隧道工程塌方的處理措施

陳志丹

摘要：塌方是隧道工程中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一，隧道圍巖為破碎的松散體結(jié)構(gòu)是隧道發(fā)生大規(guī)模塌方的主要原因，采用切實(shí)可行的處治措施可以減少塌方對(duì)工程進(jìn)度、工程投資、工程質(zhì)量的影響，順利安全通過(guò)塌方段并積累經(jīng)驗(yàn)，本文以?xún)|扎隧道塌方采用回填反壓體、加強(qiáng)型鋼拱架、塌方空腔錨噴支護(hù)、塌方松散體固結(jié)、空腔回填混凝土、侵限段換拱的方式實(shí)例論述其處治的施工技術(shù)，可供Ⅴ級(jí)圍巖類(lèi)似隧道塌方施工參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程;塌方;小導(dǎo)管;支護(hù);回填

一、工程概況及工程地質(zhì)情況

億扎隧道是雅礱江兩河口水電站工程的附屬交通隧道，前期是電站大壩填筑土料運(yùn)輸通道，電站蓄水后為庫(kù)區(qū)復(fù)建公路的一部分，按設(shè)計(jì)速度30km/h的三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。隧道長(zhǎng) 1680 米，建筑限界寬 8.5 米，高 5.0 米，行車(chē)方式為單洞雙車(chē)道隧道雙向行車(chē)。

億扎隧道洞身圍巖以變質(zhì)松散板巖為主，巖層為薄層、層片狀，巖體較軟且破碎，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體卸荷松動(dòng)強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙極其發(fā)育，裂隙張開(kāi)，裂隙有泥質(zhì)及鈣化物充填，巖層產(chǎn)狀為220～225°∠60～80°，施工期間存在較豐富裂隙水，巖層極不穩(wěn)定，屬于Ⅴ級(jí)圍巖，自穩(wěn)能力差。

二、億扎隧道K16+019～K16+061段塌方變形情況及原因分析

K16+019～K16+061.65段于2013年7月初按設(shè)計(jì)圖初期支護(hù)參數(shù)完成施工，經(jīng)后期收斂、沉降觀測(cè)，該段處于穩(wěn)定狀態(tài)。2014年5月15日進(jìn)行K16+035～K16+041段仰拱開(kāi)挖，晚間23：30左右，K16+038～K16+048段洞軸線左側(cè)2.2米至右側(cè)拱部部位在松散圍巖壓力作用下，右側(cè)邊墻及右側(cè)拱部發(fā)生剪切破壞產(chǎn)生垮塌，受垮塌影響：K16+019～K16+038段右側(cè)墻及拱部位置出現(xiàn)擠壓變形現(xiàn)象，侵占二襯空間，侵占最大值為81cm;K16+038～K16+057段左側(cè)墻受擠壓變形，侵占二襯空間最大值為35cm;K16+048～K16+061段右側(cè)墻及拱部位置擠壓變形，侵占二襯空間最大值為91cm。K16+048～K16+058段右側(cè)墻及拱部位置受垮塌影響，出現(xiàn)擠壓變形現(xiàn)象，侵占二襯空間。K16+058～K16+061.65段右側(cè)邊墻部位出現(xiàn)噴射混凝土局部開(kāi)裂。

原因分析：K16+019～K16+061.65段以變質(zhì)松散板巖為主，巖體較軟且破碎，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)能力較差，加之汛期該段地下水富集，受地下水浸泡，導(dǎo)致圍巖軟化，使圍巖受到地下水靜態(tài)、動(dòng)態(tài)壓力作用下沿最薄弱處釋放壓力。仰拱開(kāi)挖導(dǎo)致隧道應(yīng)力重新分布且部分應(yīng)力非常集中，是億扎隧道塌方的誘因之一，受自重及仰拱開(kāi)挖擾動(dòng)的影響從而導(dǎo)致隧道大規(guī)模塌方的產(chǎn)生。綜合分析認(rèn)為該隧道塌方主要在于潛在的散體結(jié)構(gòu)的斷層破碎帶的地質(zhì)原因。

三、塌方的處理措施

施工步驟1：由于K16+038～K16+048段垮塌，造成洞身其它部位出現(xiàn)不同程度擠壓、沉降及裂隙的產(chǎn)生，為保證K16+019往小樁號(hào)方向洞身穩(wěn)定，先將K16+019～K16+007段洞身進(jìn)行二襯施工，保證洞身安全，減少塌方對(duì)相鄰區(qū)域圍巖穩(wěn)定的影響。

施工步驟2：受K16+038～K16+048段垮塌部位影響，K16+019.0～K16+038.0、K16+048～K16+058段右側(cè)邊墻、拱部范圍出現(xiàn)擠壓開(kāi)裂變形現(xiàn)象，為確保該范圍不再發(fā)生變形，從洞外倒運(yùn)石渣對(duì)洞身進(jìn)行回填反壓，再搭設(shè)腳手架對(duì)邊墻、拱部范圍巖體進(jìn)行注漿固結(jié)，打設(shè)Φ25 L=4.5m自進(jìn)式中空錨桿，間排距1.0m*1.0m，梅花型布置，注漿壓力≤0.2Mpa。

K16+061.6～K16+103.35為ⅤT8.5型襯砌類(lèi)型，為確保錯(cuò)車(chē)道不受垮塌影響，K16+058～K16+061.6段搭設(shè)腳手架對(duì)右側(cè)邊墻、拱部范圍打設(shè)Φ25自進(jìn)式中空錨桿，L=4.5m，間排距1.0m*1.0m，梅花型布置，注漿壓力≤0.2Mpa，對(duì)巖體進(jìn)行注漿加固處理。待巖體穩(wěn)定后，后期對(duì)該段侵占二襯空間范圍進(jìn)行換拱，按原設(shè)計(jì)圖初期支護(hù)參數(shù)支護(hù)，更換偶數(shù)榀鋼拱架，每拆除一節(jié)立即更換一節(jié)。偶數(shù)榀施工完成后從小到大逐節(jié)更換奇數(shù)榀鋼拱架。采用逐榀更換拱架及拱架間鋼筋網(wǎng)錨桿，型鋼與Φ25自進(jìn)式中空錨桿尾部焊接。

施工步驟3：加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方法。在K16+038～K16+048段垮塌部位巖層穩(wěn)定后，在確保安全的前提下，利用已垮塌石渣作為施工平臺(tái)將垮塌空腔巖層周邊初噴10cm 的C25混凝土，防止碎石掉塊。

施工步驟4：待K16+038～K16+048段垮塌部位空腔巖壁噴射混凝土形成殼體后，距洞身拱頂2.0m范圍內(nèi)架設(shè)Ι18型鋼封頂，縱向間距75cm。鋪設(shè)?6.5雙層網(wǎng)格間距20cm鋼筋網(wǎng)，噴射C25混凝土25cm。Ι18型鋼與巖壁接觸部位采用鎖腳?25自進(jìn)式中空錨桿，L=4.5m，2根，縱向間距75m，注漿壓力≤0.2Mpa，錨桿尾部與型鋼鋼架焊接。左側(cè)未垮塌拱頂部位，為確保圍巖穩(wěn)定，在該部位打設(shè)兩排?25自進(jìn)式中空錨桿，L=4.5m，縱向、環(huán)向間距1.0m，錨桿尾部與鋼架焊接，注漿壓力≤0.2Mpa，使巖體固結(jié)。

施工步驟5：對(duì)K16+038～K16+048垮塌部位加固后，拆除垮塌鋼架，再進(jìn)行垮塌堆體部位的施工?？逅w采用分層開(kāi)挖、分層支護(hù)的原則，渣體開(kāi)挖高度控制在1.0m～2.0m之間，每層渣體清除完后，巖壁打設(shè)Φ25自進(jìn)式中空錨桿，L=4.5m，環(huán)向間距為1.0m、縱向間距為0.5m，注漿壓力≤0.2Mpa，注漿后及時(shí)進(jìn)行掛網(wǎng)噴C25混凝土厚20cm，?6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm*20cm。施工程序：分層注漿、分層開(kāi)挖、分層掛網(wǎng)后噴混凝土，垮塌區(qū)安裝拱架按設(shè)計(jì)尺寸單進(jìn)行控制，架立一榀、支護(hù)一榀的原則進(jìn)行施工，恢復(fù)后的型鋼鋼架與中空錨桿尾部焊接。

在K16+038～K16+048拱頂部位安設(shè)回填混凝土泵管，L=1.9m，外露40cm、混凝土回填高度150cm，以及回填混凝土控制高度回漿管L=1.75m（含初期支護(hù)25cm），縱向間距3m?？逅鷧^(qū)鋼拱架支護(hù)完成后，對(duì)于垮塌區(qū)上部的空腔采用C20混凝土進(jìn)行分層回填，分層回填采用泵送混凝土進(jìn)行，利用垮塌區(qū)上部預(yù)埋的泵送管進(jìn)行泵送混凝土回填，分層回填按每次20～30cm高度進(jìn)行回填，回填高度到達(dá)洞頂以上1.5m范圍之后，采用預(yù)埋回漿管進(jìn)行判斷，垮塌區(qū)泵送混凝土回填結(jié)束后，再利用前期預(yù)埋的回漿管作為后期的排水管。

施工步驟6：回填完混凝土后定期進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，待該部位穩(wěn)定后，進(jìn)行洞身二襯混凝土襯砌。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，億扎隧道發(fā)生大規(guī)模塌方，該塌方段引發(fā)初期支護(hù)擠壓變形及混凝土開(kāi)裂，分析原因主要與散體結(jié)構(gòu)的斷層破碎帶有關(guān)，應(yīng)認(rèn)真查明斷層破碎帶工程性質(zhì)及其對(duì)工程的 不利影響，確保施工安全和工程質(zhì)量。隧道塌方處治方案不僅應(yīng)滿(mǎn)足變更的襯砌結(jié)構(gòu)有足夠受力強(qiáng)度，并應(yīng)針對(duì)性的采取切實(shí)可行的施工方法、工藝和技術(shù)措施。按制定的塌方處理措施已安全順利通過(guò)塌方段，其變形量測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求。因此，現(xiàn)如今施工單位必須要及時(shí)掌控塌方主要影響因素，在控制塌方范圍的基礎(chǔ)上，提出具有針對(duì)性的處理措施，這樣既可以保障隧道施工的質(zhì)量安全，又可以為后續(xù)施工建設(shè)提供豐富經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，施工單位要及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)施工材料和設(shè)備的供應(yīng)情況，科學(xué)組織高素質(zhì)施工團(tuán)隊(duì)，嚴(yán)控現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量安全，以此用最快的速度、最好的質(zhì)量完成塌方處理工作。

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（作者單位：中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司;廣西省百色市凌云縣那位水庫(kù)）