隧道緊急停車帶塌方處治技術(shù)探討

李長風(fēng)

（運城南高速公路管理有限公司，山西 運城 044000）

1 工程概況

1.1 原設(shè)計情況

隧道區(qū)位于華北大陸亞塊南部鄂爾多斯塊與河淮地塊接觸帶南端。隧道橫跨運城、芮城和中條山西南段隆起帶，構(gòu)造形跡主要為背斜褶皺構(gòu)造、斷裂，最大埋深為680 m。

隧道工程區(qū)域內(nèi)為黃河水系，由于地勢高差較大，夏季降水較為集中，并且黃土質(zhì)地松軟，水力侵蝕嚴(yán)重，溝谷發(fā)育強烈，形成南北向季節(jié)性河流。隧道分水量以北主要以基巖裂隙水為主，巖體片理、節(jié)理裂隙發(fā)育，層間黏結(jié)力差，富水性較差。南部寒武系中下統(tǒng)白云巖以裂隙巖溶地下水為主，富水性較強。

中條山隧道道路等級按高速公路設(shè)計，設(shè)計行車速度為80 km/h,小凈距分離式隧道。隧道的縱坡坡率1.88%，為一字坡。設(shè)斜井一座，豎井兩座。其中1#斜井長1 498.7 m，縱坡為13.38%；1#豎井306 m，半徑為3.9 m，2#豎井396 m，半徑為3.2 m。雙洞雙車道，圍巖以Ⅲ、Ⅳ級圍巖為主，Ⅴ級圍巖次之。原設(shè)計圍巖支護參數(shù)見表1、圖1和圖2。

圖1 緊急停車帶襯砌

圖2 緊急停車帶臨時支護

表1 圍巖支護設(shè)計參數(shù)（cm）

1.2 塌方情況

（1）隧道右線7#緊急停車帶（YK10+942—YK10+902）監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示：變化速率均在8～10 mm/d，其中以YK10+935—YK10+915段變形尤為嚴(yán)重，且拱架已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重變形。（2）右線YK10+935—YK10+905段發(fā)生塌方，長度為30 m，塌腔高度平均6～8 m，最大9 m，已經(jīng)完成的初期支護遭到嚴(yán)重破壞；YK10+970—YK10+935段拱架也產(chǎn)生了明顯變形、斷裂。（3）隧道左線7#緊急停車帶（ZK10+970—ZK10+930）段初支出現(xiàn)不同程度的拱架扭曲變形、噴射混凝土開裂和脫落現(xiàn)象。

1.3 原因分析

通過對類似問題[1-3]分析，塌方主要原因：（1）該段埋深621～665 m，巖層為長城系北大尖組頁巖夾層，巖石破碎易坍塌。（2）在隧道K10+540—K11+350段內(nèi)發(fā)育一斷裂構(gòu)造，巖石破碎，滲透性強，涌水量大，對隧道的施工影響較大。（3） 在隧道掘進時未按圍巖情況及時調(diào)整開挖工法，且進尺較大。

2 塌方處治原則及方案

2.1 處治原則

（1）確保已施工完二襯至塌方段初支不存在安全隱患，加強對該段初支的沉降觀測，對已經(jīng)出現(xiàn)變形、開裂的地段采用加豎向支撐、護拱(套拱)的方法進行加固。（2）臨時支撐包括臨時仰拱封閉完成后，通過量測確定圍巖已趨于穩(wěn)定后，再逐步對變形、開裂段進行置換處理。（3）塌方鄰近段初支變形、開裂處理完成后，再進行塌方段處理，確保施工安全，穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營。

2.2 處治方案設(shè)計

處治順序：先處治右線 YK10+970—YK10+935段初支變形段；再處治 YK10+935—YK10+905 塌方段；最后施工左線ZK10+970—ZK10+930 段初支變形段。

2.2.1 YK10+970—YK10+935段初支變形段處治

（1）采用Φ100圓木或現(xiàn)場現(xiàn)有Φ100焊管對已經(jīng)開裂、變形段初支作豎向支撐，自YK10+970處開始向小里程方向采用加護拱的方式對YK10+970—YK10+935段進行加固，護拱拱架采用I22b工字鋼，間距50 cm；護拱架立完成后，采用C25噴混凝土進行封閉，使護拱與已施工初期支護形成整體受力結(jié)構(gòu)。（2）待監(jiān)控量測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，自YK10+970處開始逐榀拆除護拱，對變形、侵線處初支作鑿除或微弱爆破處理，進行置換。對置換過程中拱部產(chǎn)生塌腔的，小于50 cm的空腔采用C25噴射混凝土作噴實處理，大于50 cm的空腔在進行拱架置換時預(yù)留注漿孔，封閉后采用C30泵送混凝土對空腔進行回填。

2.2.2 YK10+935—YK10+905塌方段處治

（1）將塌方產(chǎn)生的石渣修成平臺，為便于機械操作及確定安全，平臺長度控制在5 m，平臺高度根據(jù)現(xiàn)場實際確定。為保證石渣的穩(wěn)定性，需對石渣堆體作注漿處理，并在石渣表面噴20 cm厚C25噴射混凝土。（2）平臺渣體穩(wěn)定后，采用C25噴射混凝土對拱部圍巖進行封閉。采用I22型工字鋼進行支護，間距為50 cm。為確保施工安全，應(yīng)根據(jù)實際縮短每環(huán)進尺。噴射混凝土采用環(huán)形、分次噴射，同時預(yù)埋好注漿管。（3）按照錯挖馬口的方法，將石渣右側(cè)下挖2.0 m，并修成平臺，對側(cè)墻初支進行置換,單次開挖長度控制在1 m以下。（4）采用C30泵送混凝土對拱部塌腔進行回填，并盡量保持兩側(cè)平衡?；靥畹幕炷凉叭穸劝凑? m控制，頂部剩余空腔采用泵送粉煤灰混凝土填充。（5）待泵送混凝土凝固后，對掌子面附近剩余的變形初支進行拆除加固。見圖3、圖4。

圖3 塌腔回填

圖4 塌方處理石渣堆放體注漿穩(wěn)固

2.2.3 左線ZK10+970—ZK10+930段初支變形段

受右線塌方影響，左線7#緊急停車帶初期支護也發(fā)生不同程度變形，為防止應(yīng)力二次分布影響左線圍巖穩(wěn)定，對左線采用加護拱（I22型工字鋼，1 m間距）的方案進行加固。

3 施工注意事項及治理效果

結(jié)合其他項目經(jīng)驗[2-4]和現(xiàn)場施工過程，施工注意事項：（1）為使處理過程安全、快速、有效，自三個作業(yè)面支護班組中選擇較高操作水平的施工人員組成突擊隊，由項目經(jīng)理負總責(zé)，全面處理過程中的施工安全、人員及設(shè)備組織、技術(shù)方案的靈活運用及優(yōu)化工作。（2）現(xiàn)場安全員配備3名，處理工程中全程跟蹤，同時負責(zé)對周邊初支開裂段的觀察、排險工作，重點協(xié)調(diào)其它作業(yè)面的爆破作業(yè)面。（3）石渣平臺必須結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止平臺出現(xiàn)垮塌事故。（4）塌腔處理必須在對塌腔巖面采用C25噴混凝土封閉穩(wěn)定后進行，排險必須徹底。（5）置換后的拱架、連接筋、鋼筋網(wǎng)及鎖腳錨管施工必須符合《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60-2009）要求。（6）護拱的拆除嚴(yán)格按照穩(wěn)扎穩(wěn)打、處理完成一處再進行下處處理的方法進行，確保施工安全。（7）本段處理過程中，切實加強監(jiān)控量測工作，以數(shù)據(jù)為依據(jù)。

根據(jù)塌方處理段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，塌方段處理后，拱頂沉降與周邊收斂呈下降趨勢并趨于穩(wěn)定。三處塌方及塌方影響段，在初支穩(wěn)定及初支無侵限情況完成了二襯施工，運營幾年來，未出現(xiàn)過變形過大、襯砌開裂等情況，處治效果良好。

4 結(jié)語

由于隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)在隧道施工中高度重視監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報工作，采取合理的開挖和支護方法，防止塌方發(fā)生。塌方發(fā)生后，首先要采取有效的搶險措施，防止塌方范圍繼續(xù)擴大。在處理塌方時，中、小型巖石類塌方可通過觀察坍壁穩(wěn)定情況是否采用清碴處理，同時可根據(jù)坍腔矢跨比采取不同的處理措施；大型巖石類和土質(zhì)類塌方一般采取“注漿+管棚”的整體加固處理方法。塌方段處治完成后，要重點做好該區(qū)域防排水設(shè)施并增加二襯配筋設(shè)計，可有效減少運營期襯砌滲水和變形現(xiàn)象。