大斷面千枚巖隧道塌方處治施工技術(shù)研究

李長(zhǎng)林

(中國(guó)路橋集團(tuán)西安實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 西安 710075)

0 前 言

隧道塌方的預(yù)測(cè)和處理技術(shù)研究一直是隧道工程的一項(xiàng)較難的科研課題,但目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)大斷面千枚巖隧道塌方處理的研究卻較少，沒(méi)有成型的大斷面千枚巖隧道塌方處理技術(shù)可以參考和借鑒。塌方是隧道施工過(guò)程中常見(jiàn)的工程地質(zhì)災(zāi)害之一，一旦發(fā)生往往造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。如果在塌方段施工技術(shù)選擇應(yīng)用不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致塌方范圍和經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致工期出現(xiàn)延誤，而且會(huì)大幅提高塌方處理的工程費(fèi)用。查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，葛正輝等[1]、徐自享等[2]、張強(qiáng)[3]、曹海明等[4]人介紹千枚巖隧道塌方原因，同時(shí)鄧嘉偉[5]、張東星[6]、陳人豪等[7]人對(duì)千枚巖隧道塌方預(yù)防和處理施工技術(shù)進(jìn)行介紹。

在隧道塌方處理過(guò)程中，針對(duì)圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，巖體極易破碎，圍巖自穩(wěn)能力較差，無(wú)支護(hù)時(shí)拱部易坍塌。千枚巖的特性為遇水后軟化為粉末狀或泥化呈淤泥狀，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性特別差，容易引發(fā)隧道塌方等工程病害。

1 技術(shù)原理

針對(duì)隧道塌方地段采用土方回填進(jìn)行穩(wěn)定，在上部空洞部位打設(shè)鋼管進(jìn)行加固，同時(shí)注入輕質(zhì)混凝土，減少后期圍巖壓力，提高整體穩(wěn)定性。對(duì)地表下沉裂縫范圍外側(cè)布置截水溝，對(duì)上部設(shè)置防水雨布進(jìn)行覆蓋。在塌方處置過(guò)程中設(shè)置定型型鋼對(duì)塌方附近進(jìn)行加固，同時(shí)采用專(zhuān)用仰拱施工機(jī)具加快仰拱施工速度。對(duì)塌方附近20 m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固。開(kāi)挖過(guò)程中采用雙層小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固。洞內(nèi)二襯加快施工進(jìn)度，同時(shí)加大塌方地段二襯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。洞內(nèi)二襯施工強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)地面進(jìn)行回填，同時(shí)采用注漿加固對(duì)土體進(jìn)行加固處理。在塌方處理過(guò)程中，采用監(jiān)測(cè)手段對(duì)塌方地段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況對(duì)塌方處理方案進(jìn)行調(diào)整。淺埋強(qiáng)風(fēng)化千枚巖隧道塌方存在一定季節(jié)性規(guī)律，雨季和雨季后因圍巖含水量變化導(dǎo)致圍巖變化，易引發(fā)塌方；強(qiáng)風(fēng)化千枚巖隧道施工時(shí)導(dǎo)洞與主洞掌子面距離不宜過(guò)大，應(yīng)控制在10 m以?xún)?nèi)為宜，以爭(zhēng)取及落底施做仰拱早成環(huán)，保證合理受力；塌腔處理時(shí)應(yīng)盡量采用輕質(zhì)混凝土將塌腔充填密實(shí)，在減少頂部荷載的同時(shí)避免塌腔擴(kuò)大引發(fā)次生塌方。

2 工藝流程與操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程(見(jiàn)圖1)

圖1 施工工藝流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

1)認(rèn)真審核相關(guān)地勘資料，在特殊情況下可以針對(duì)前方地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，可以及時(shí)預(yù)報(bào)掌子面前方不良地質(zhì)情況，以便提前采取有效措施，減少直至避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，確保隧道施工的安全。

2)做好材料儲(chǔ)備工作，為塌方處理提供材料支持，防止因?yàn)椴牧显蛟斐伤教幚硎┕ぶ袛?，影響塌方體的整體穩(wěn)定性，造成塌方處理范圍擴(kuò)大。

2.2.2 塌方體封閉

采用噴射混凝土對(duì)塌方體進(jìn)行封閉，同時(shí)防止掌子面塌方涌出松散體。

2.2.3 回填土方反壓

在洞內(nèi)采用土方回填進(jìn)行穩(wěn)定塌方體，用洞碴堆填反壓形成塌方處理施工平臺(tái)。

2.2.4 塌方體地面處理

對(duì)地表下沉裂縫范圍外側(cè)布置截水溝，對(duì)上部設(shè)置防水雨布進(jìn)行覆蓋。

2.2.5 洞內(nèi)增設(shè)臨時(shí)支撐

在塌方處置過(guò)程中設(shè)置定型化型鋼對(duì)塌方部位附近的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐加固，提高塌方體附近的支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)強(qiáng)度，減少二次災(zāi)害的發(fā)生。

2.2.6 空洞處理

在塌方體內(nèi)頂進(jìn)長(zhǎng)度2～9 m的Φ108×6 mm鋼管，環(huán)向間距設(shè)置為50 cm，并在鋼管上設(shè)置注漿孔方便注漿。采用Φ50×5 mm小導(dǎo)管進(jìn)行加固處理，環(huán)向間距為100 cm、縱向間距為50 cm，與管棚一起依長(zhǎng)短分批次間隔注漿加固；在施做管棚與小導(dǎo)管時(shí)在頂部塌腔內(nèi)埋設(shè)2～9 m不等的鋼管，用作泵送混凝土，泵送混凝土采用輕質(zhì)混凝土以減少頂部壓力。

2.2.7 初支加強(qiáng)處理

從塌方段面向洞口方向范圍內(nèi)，對(duì)塌方體附近的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置臨時(shí)鋼支撐進(jìn)行加固處理，防止結(jié)構(gòu)變形進(jìn)一步擴(kuò)大。加固方式：在原初支結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置I20b工字鋼60 cm間距與原初支錯(cuò)開(kāi)布置進(jìn)行支撐加固。

洞內(nèi)開(kāi)挖時(shí)，每隔一榀拱架，左右側(cè)拱腰處各增設(shè)5根注漿錨管(即每榀增設(shè)10根小導(dǎo)管)、間距100 cm,梅花形布置于拱架兩側(cè)，小導(dǎo)管規(guī)格為Φ50×5 mm鋼管，鋼管安裝過(guò)程中要與鋼架焊接牢固，導(dǎo)管安裝完成后，要及時(shí)進(jìn)行注漿，提高塌方體整體穩(wěn)定性，導(dǎo)管內(nèi)注漿應(yīng)飽滿(mǎn)、密實(shí)。

2.2.8 二襯加強(qiáng)處理

二襯混凝土強(qiáng)度由C25變更為C30，襯砌鋼筋主筋由Φ22 mm變?yōu)棣?5 mm；即采用V塌方復(fù)合式襯砌形式(見(jiàn)圖2)。

圖2 加固型襯砌結(jié)構(gòu)圖

2.2.9 地面處理

對(duì)地表下沉裂縫范圍外側(cè)布置截水溝，下陷部位進(jìn)行回填。在隧道塌方地表范圍按隧道線(xiàn)路向兩端各延長(zhǎng)5 m，左右開(kāi)挖斷面范圍各延長(zhǎng)3 m范圍內(nèi)注漿，采用FL100型潛孔電動(dòng)鉆機(jī)(Φ70鉆頭)鉆孔，孔位布置按200 cm×200 cm梅花型布置，孔深從地表至洞頂范圍內(nèi)，從地面打孔安裝注漿管，導(dǎo)管加工時(shí)前端部分做成尖錐形以方便打入。

在地表采用2TGZ-120/105型雙液調(diào)速高壓注漿泵從周邊裂縫至中間注漿，先邊緣孔再中間孔，注漿采用間隔、間隙式注漿，注漿量按空隙比及注漿壓力雙控(水灰比為1∶1，水泥采用P.042.5R)：中部區(qū)域(地表塌陷范圍外2～5 m)內(nèi)單孔延米注漿量不大于1.696 m3，注漿率5%；中部至區(qū)域(隧道范圍外4～6 m)范圍內(nèi)單孔注漿量不大于0.42 m3，注漿率20%；當(dāng)注漿壓力達(dá)到2.5 MPa時(shí)停止注漿。

塌方體處理完成后需要采用雷達(dá)對(duì)填充效果進(jìn)行檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)塌方體中出現(xiàn)空洞現(xiàn)象須增加注漿孔進(jìn)行注漿處理，確保塌腔密實(shí)，杜絕后患。

2.2.10 監(jiān)控量測(cè)

隧道塌方處治過(guò)程中，要注意周邊天氣降水情況，針對(duì)千枚巖隧道受雨季地表水影響大，圍巖穩(wěn)定性變差的特點(diǎn)，同時(shí)由于隧道圍巖對(duì)變形、沉降的要求較高，監(jiān)控量測(cè)的過(guò)程和數(shù)據(jù)及時(shí)處理極為重要，因此，必須安排專(zhuān)人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和支護(hù)狀態(tài)的安全穩(wěn)定情況進(jìn)行觀(guān)察并及時(shí)反饋，做好地表沉降量測(cè)工作，及時(shí)掌握在塌方處理過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，并做安全預(yù)警。根據(jù)施工過(guò)程中所得到的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)資料，對(duì)圍巖穩(wěn)定性和處理方案進(jìn)行分析，確定合適的施工方法進(jìn)行塌方處理，必要時(shí)改進(jìn)施工方案，以確保塌方處理的安全進(jìn)行。

進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)，如出現(xiàn)數(shù)據(jù)不正?；蛲蛔?，當(dāng)洞內(nèi)初期支護(hù)表面或地面出現(xiàn)裂縫時(shí)，均應(yīng)視為坍塌的危險(xiǎn)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)人員必須立即撤離施工現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)處理完成達(dá)到可以安全作業(yè)后才可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)施工。在塌方處理過(guò)程中，采用監(jiān)測(cè)手段對(duì)塌方地段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況對(duì)塌方處理方案進(jìn)行調(diào)整，提高塌方處理過(guò)程的安全性。

3 結(jié) 論

本技術(shù)應(yīng)用于國(guó)家高速公路G85渝昆高速公路昭通至?xí)啥胃臄U(kuò)建工程第8標(biāo)段等多個(gè)工程項(xiàng)目，取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。

1)隧道塌方地段采用土方回填進(jìn)行穩(wěn)定，在上部空洞部位打設(shè)鋼管進(jìn)行加固，注入輕質(zhì)混凝土，減少?lài)鷰r壓力，提高整體穩(wěn)定性，提高施工效率15%。

2)塌方處置過(guò)程中設(shè)置定型型鋼對(duì)塌方附近進(jìn)行加固，同時(shí)采用專(zhuān)用仰拱施工機(jī)具加快仰拱施工速度，節(jié)約工時(shí)20%。

3)塌方處理過(guò)程中，采用監(jiān)測(cè)手段對(duì)塌方地段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況對(duì)塌方處理方案進(jìn)行調(diào)整，與傳統(tǒng)施工方法相比綜合節(jié)約成本13%左右。

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