高速公路隧道塌方段及其影響段處治安全技術(shù)研究

高治國

摘? 要：隧道頂部覆蓋層薄，節(jié)理發(fā)育，圍巖破碎，地下水變化起伏大、支護(hù)不及時(shí)的高速公路隧道洞段出現(xiàn)塌方，對(duì)塌方段及塌方影響段的安全處治方式進(jìn)行分析研究，為公路隧道類似塌方事故提供借鑒，預(yù)防塌方事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;塌方段及塌方影響段;安全處治技術(shù)

中圖分類號(hào)：U412 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）04-0146-03

Abstract： There is a collapse in the tunnel section of expressway with thin cover layer， developed joints， broken surrounding rock， undulating groundwater and untimely support at the top of the tunnel. The safety treatment methods of the collapse section and the section affected by the collapse are analyzed and studied. It can provide reference for similar collapse accidents of highway tunnel and prevent the occurrence of collapse accidents.

Keywords： highway tunnel; collapse section and landslide influence section; safety treatment technology

1 高速公路隧道塌方情況概述

晉寧至紅塔區(qū)高速公路起點(diǎn)位于昆明市晉寧縣城西南李和村，終點(diǎn)位于玉溪市飛井村，全長49.384km。該公路一標(biāo)段起點(diǎn)K0+000，止點(diǎn)K16+900，位于晉寧縣所轄昆陽鎮(zhèn)境內(nèi)。

晉紅高速公路總承包Ⅰ標(biāo)段安企村1號(hào)隧道[1][2]為一座小凈距隧道，右幅隧道長702m，隧道斷面為馬蹄形，寬15.37m，高9.9m，鋼筋混凝土襯砌60cm，縱坡2.0%，最大埋深70.68m，K1+275樁號(hào)塌方處隧道凈距20.73～23.00m。塌方段地下水埋深30m，巖體為棕紅色全風(fēng)化砂質(zhì)板巖，洞身段節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，遇水軟化，開挖時(shí)發(fā)生坍塌，樁號(hào)為K1+263～K1+300m，長38m。見圖1。

2 塌方原因分析

2.1 地表降雨多、隧道圍巖賦水性變化大

塌方段圍巖為中風(fēng)化，地表為沖溝與隧道路線交匯處，殘積土層較厚，塌方前2天連續(xù)降雨，地表水下滲;坍塌前初期支護(hù)表面干燥，坍塌后初期支護(hù)表面潮濕，局部滴水。地表水下滲是造成本次塌方的因素之一，雨水滲入斷裂帶及裂隙后形成滑移面，巖石間內(nèi)力擠壓造成初期支護(hù)型鋼變形誘發(fā)塌方。

2.2 節(jié)理裂隙發(fā)育、巖石破碎，穩(wěn)定性差

根據(jù)塌方段地質(zhì)雷達(dá)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[3]，該段巖性為中分化砂質(zhì)板巖，巖體較潮濕，節(jié)理較發(fā)育，完整性較差;K1+272～K1+284范圍為圍巖破碎帶，深部圍巖存在發(fā)育的構(gòu)造裂隙。巖石強(qiáng)風(fēng)化、巖體破碎是誘發(fā)塌方的主要原因。

2.3 施工人員對(duì)監(jiān)控資料分析淺，重視程度不足

施工人員對(duì)該高速公路隧道不良地質(zhì)段認(rèn)識(shí)程度不夠，對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎段及構(gòu)造裂隙發(fā)育段未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)變更，加強(qiáng)初期支護(hù);對(duì)監(jiān)控測量資料分析重視程度不夠，認(rèn)識(shí)程度不足是本次塌方的間接原因。

3 塌方段處理技術(shù)

除了塌方段需要處治外，右幅K1+263～K1+275、K1+285～K1+335、左幅Z1K1+289～Z1K1+340段受塌方影響段也進(jìn)行了相應(yīng)處治。

本工程隧道洞身段原支護(hù)方案按照新奧法原理[4，5]設(shè)計(jì)，采用初期支護(hù)與二次襯砌相結(jié)合的復(fù)合式襯砌，即以錨桿、濕噴混凝土、型鋼拱架等為初期支護(hù)，模筑混凝土為二次襯砌。超前輔助工程措施為管棚（節(jié)長5～6m，φ108×6熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40cm，設(shè)置于頂拱襯砌部位120°范圍）、超前小導(dǎo)管支護(hù)（節(jié)長3.5m，φ42×4熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距25～50cm，設(shè)置于頂拱襯砌部位120°范圍）。經(jīng)過設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算、塌方段處置方案的支護(hù)參數(shù)調(diào)整如下：

隧道右幅塌方段圍巖級(jí)別Ⅴ級(jí)，初期支護(hù)型式為I22b鋼拱架，間距60cm;29cm厚噴射C25混凝土，φ8單層鋼筋網(wǎng)片15×15cm;Φ22砂漿錨桿L=350cm，間距100×60cm;縱向每3m施作一循環(huán)φ42×4、L=450cm超前注漿導(dǎo)管，環(huán)向間距25cm。

塌方段影響段段圍巖級(jí)別Ⅳ2級(jí)，初期支護(hù)為I18鋼拱架，間距100cm;25cm厚噴射C25混凝土，φ8雙層鋼筋網(wǎng)片20×20cm;Φ22砂漿錨桿L=350cm，間距100×100cm;Φ42×4注漿小導(dǎo)管L=450cm;縱向每3m施作一循環(huán)φ42×4、L=450cm超前注漿導(dǎo)管，環(huán)向間距50cm。

3.1 施工方法

首先從洞外拉渣對(duì)K1+263～K1+275段進(jìn)行施工操作平臺(tái)的填筑與平整，平整后對(duì)外露表面掛網(wǎng)（φ8鋼筋網(wǎng)片20×20cm）噴20cm厚C25混凝土;并對(duì)堆渣采用小導(dǎo)管（L=450cm，φ42×4、L=450cm，間距100×100cm，布置兩排，梅花形布置）進(jìn)行徑向注漿加固，注漿材料采用水泥、水玻璃雙液漿，待初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，盡早施工二次襯砌，再對(duì)塌方段的渣料進(jìn)行平整封閉，塌方段安全施工操作平臺(tái)[7]，見圖2。

3.1.1 塌方影響段初期支護(hù)加固處理

首先對(duì)K1+263～K1+275初期支護(hù)進(jìn)行加固處理：先增加徑向背拱，背拱采用I18工字鋼，間距100cm;其次背拱單元接口處采用2根注漿小導(dǎo)管鎖腳;最后采用Φ42×4注漿小導(dǎo)管，L=450cm@50×50cm對(duì)頂拱180°范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固，漿液采用1：1水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa，終壓3.0MPa。

3.1.2 塌穴坍渣料厚度探測及清除處理

在K1+275m樁號(hào)拱頂采用手風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔上傾角不小于45°，鉆孔深度6.0m，根據(jù)鉆桿鉆進(jìn)情況，判斷塌穴坍渣厚度。如坍渣厚度小于3m，對(duì)坍穴進(jìn)行注漿或泵送M20水泥砂漿回填;如厚度大于3m，進(jìn)行上導(dǎo)洞開挖支護(hù)施工。

3.1.3 塌方段超前支護(hù)

塌方段超前支護(hù)采用φ108×6管棚，環(huán)向間距40cm，角度小于15°，在K1+275m塌方前緣位置采用JL-6000型鉆機(jī)鉆孔施工，管棚施工前架設(shè)3榀I22b工字鋼拱架用于管棚鎖定。工字鋼底部采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，并采用型鋼進(jìn)行支墊，背拱單元接口處采用2根Φ42×4，L=450cm注漿小導(dǎo)管鎖腳。

3.1.4 塌方體開挖與支護(hù)

待超前支護(hù)注漿漿液固結(jié)后進(jìn)行塌方體開挖，分上下導(dǎo)洞施工，上層采用“環(huán)形預(yù)留核心土”法。

（1）上導(dǎo)洞開挖與支護(hù)

開挖過程中，采用破碎錘或人工進(jìn)行開挖，盡量避免爆破作業(yè)。開挖循環(huán)進(jìn)尺0.5m，開挖完成后，進(jìn)行初期支護(hù)鋼拱架安裝及錨噴支護(hù)（鋼拱架采用I22b工字鋼，間距0.5m，縱向采用Φ22鋼筋連接，間距50cm，φ8雙層鋼筋網(wǎng)片15×15cm，噴C25混凝土厚30cm），該循環(huán)施工完成后，進(jìn)行下一循環(huán)上導(dǎo)施工，每施工3個(gè)循環(huán)，進(jìn)行系統(tǒng)錨桿（Φ42×4mm注漿小導(dǎo)管，L=450cm@50×25cm，注漿壓力0.5MPa）施工。

（2）下導(dǎo)洞開挖與支護(hù)

上導(dǎo)洞開挖完成11個(gè)循環(huán)（5m）支護(hù)后，組織下導(dǎo)洞施工。下導(dǎo)洞施工分左右側(cè)壁進(jìn)行，先施工側(cè)壁需超前后施工側(cè)壁5榀以上拱架，支護(hù)型式按照上導(dǎo)洞進(jìn)行。按照以上方法進(jìn)行上下導(dǎo)洞開挖，直至度過塌方段。

3.1.5 隧道K1+285～K1+300段、Z1K1+285～Z1K1+340段初期支護(hù)加固處理

初期支護(hù)鋼拱架安裝及錨噴支護(hù)采用鋼拱架采用I22b工字鋼，間距0.5m，縱向采用Φ22鋼筋連接，間距50cm，φ8雙層鋼筋網(wǎng)片15×15cm，噴C25混凝土厚30 cm），每施工3個(gè)循環(huán)，進(jìn)行系統(tǒng)錨桿（Φ42×4注漿小導(dǎo)管，L=300cm@50×25cm，注漿壓力0.5MPa）施工。

3.1.6 仰拱及二次襯砌施工

仰拱施工：仰拱每次開挖長度不得大于3榀拱架，并及時(shí)成環(huán)。

二襯施工：為確保永久結(jié)構(gòu)及運(yùn)行安全，對(duì)該段及前后影響段（K1+263～K1+300）二次襯砌進(jìn)行加強(qiáng)處理。二襯內(nèi)置I18鋼架加強(qiáng)，內(nèi)置鋼架靠隧道凈空側(cè)布設(shè)，間距100cm，鋼架保護(hù)層厚度12cm，鋼架縱向采用Φ22鋼筋連接，其拱部120°范圍內(nèi)間距50cm，其余部位為100cm。

4 加強(qiáng)監(jiān)控量測、設(shè)置安全逃生通道

（1）塌方段開挖和拱架安裝時(shí)，設(shè)專人進(jìn)行安全監(jiān)控，每榀拱架均設(shè)置沉降觀測點(diǎn)7個(gè)。開挖過程中注意觀察初期支護(hù)狀態(tài)，包括噴砼層是否產(chǎn)生裂縫、剝離和剪切破壞、支撐是否壓屈變形進(jìn)行觀察分析;對(duì)原初期支護(hù)鋼架變形進(jìn)行觀測，對(duì)新增加的拱架加強(qiáng)觀測，及時(shí)進(jìn)行量測結(jié)果的分析。

（2）安排專人對(duì)塌方段地表進(jìn)行巡視;施工過程中加強(qiáng)左幅隧道監(jiān)控量測。

（3）待高速公路隧道塌方體一旦具備安裝條件時(shí)，立

即按《鐵路隧道施工搶險(xiǎn)救援指導(dǎo)意見》的規(guī)定安裝安全逃生通道[6]。逃生管道采用直徑Φ1020mm，壁厚10mm的鋼管，節(jié)長12m;一端靠近掌子面，一端延伸至二襯（延伸至二襯不小于5m）;固定在隧道一側(cè)，兩管節(jié)連接應(yīng)牢固;塌方處理期間在掌子面設(shè)立高頻對(duì)講機(jī)，保證通信質(zhì)量;風(fēng)水管緊跟塌方體處理進(jìn)程，在管口附近應(yīng)配備醒目的工具箱，箱內(nèi)存放應(yīng)急電筒、活動(dòng)扳手、錘子、鋼釬等應(yīng)急工具，便于遇緊急情況時(shí)打開風(fēng)水管法蘭盤，開通救生管道，及時(shí)輸送水和食物。

5 結(jié)束語

為保障高速公路隧道塌方段施工過程中的安全、防止塌方事故再次發(fā)生，根據(jù)國家《安全生產(chǎn)法》法規(guī)，結(jié)合安企村1號(hào)隧道塌方段的現(xiàn)狀，建設(shè)方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方、施工方等多方參與了塌方段原因分析、地質(zhì)勘察、復(fù)核設(shè)計(jì)、專家評(píng)審會(huì)等流程，制定了本次事故的處治方案，該處治方案得到了嚴(yán)格執(zhí)行，塌方段及其影響段處治相當(dāng)成功，隧洞坍渣開挖方式、支護(hù)形式、混凝土襯砌安全可靠，目前該隧洞已經(jīng)正常通車，且該高速公路隧道工程的質(zhì)量、安全、工期均得到了保證，印證了塌方段處治方案的正確性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.晉寧至紅塔區(qū)高速公路一標(biāo)寶峰段兩階段施工圖設(shè)計(jì) 第四冊(cè)[Z].2015.

[2]云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.安企村1號(hào)隧道右幅1+275“4.29”塌方段處治設(shè)計(jì)圖[Z].2015.

[3]安企村1號(hào)隧道施工安全專項(xiàng)方案.中國水利水電第十四工程局有限公司晉紅高速公路總承包部Ⅰ標(biāo)段[Z].2015.

[4]林伯順，繆李興.新奧法及規(guī)范要求在隧道工程施工中的作用[Z].溫嶺市隧道工程有限公司.2009.

[5]水工設(shè)計(jì)手冊(cè).第七卷.水電站建筑物[Z].華東水利學(xué)院，1984.

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵路隧道施工搶險(xiǎn)救援指導(dǎo)意見[Z].2010.