瑯岐隧道塌方綜合處理技術(shù)研究

王建東

摘要：瑯岐隧道由于地質(zhì)條件復(fù)雜，在施工中出現(xiàn)圍巖坍塌，地表塌陷現(xiàn)象。本項(xiàng)目根據(jù)隧道坍塌的具體情況，結(jié)合以往處理隧道坍塌的成功經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行工藝創(chuàng)新。最終通過采取地表阻水、錨桿注漿加固圍巖、小導(dǎo)管及管棚形成保護(hù)層、塌腔填充泡沫混凝土、預(yù)留核心土環(huán)形開挖法清除塌方渣體等綜合處理措施，順利完瑯岐隧道的坍塌處理。

Abstract： Due to the complicated geological conditions of the Langqi Tunnel， the surrounding rock collapse and surface collapse occurred during the construction. According to the specific circumstances of tunnel collapse， this project combines the successful experience of dealing with tunnel collapse in the past， and carries out technological innovation. Finally， comprehensive treatment measures such as surface water blocking， bolt grouting to reinforce surrounding rock， small pipes and pipe sheds to form a protective layer， cavern filling with foam concrete， and ring-shaped excavation of the reserved core soil to remove the collapsed slag body， have successfully completed the treatment of Langqi tunnel collapse.

關(guān)鍵詞：隧道坍塌;圍巖注漿加固;小導(dǎo)管及管棚保護(hù)圈;泡沫混凝土;施工技術(shù)

Key words： tunnel collapse;surrounding rock grouting reinforcement;small conduit and pipe roof protection ring;foam concrete;construction technology

中圖分類號：U458.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0162-03

0 ?引言

在隧道施工掘進(jìn)施工時，常遇到巖溶、塌方、變形及突泥突水等各種事故，其中以塌方最為常見，是較為典型的一種隧道施工事故，往往給施工帶來巨大的困難。塌方的處理不僅耗費(fèi)大量資金，且嚴(yán)重影響工期。隧道受地質(zhì)情況、圍巖狀態(tài)及受力情況、地下水變化、施工作業(yè)方法等不可控的因素影響，隧道施工時出現(xiàn)坍塌很難避免。故隧道坍塌后的施工處理方法和措施以確保施工安全、降低成本和減少工期延誤是工程技術(shù)人員最為關(guān)切的問題，本文結(jié)合工程實(shí)例將隧道坍塌后的綜合處理措施與各位進(jìn)行交流，為處理隧道坍塌提供一些思路。

1 ?工程簡介

瑯岐隧道位于福州市馬尾區(qū)瑯岐鎮(zhèn)金砂村，采取雙洞分離式，為長大隧道，本合同段負(fù)責(zé)施工瑯岐隧道的一部分。施工范圍：左線起迄里程ZK29+430.17～ZK30+468，長1037.83m;右線起迄里程YK29+410～YK30+461，全長1051m。

隧道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)。隧道為六車道分離式公路隧道，按行車速度100km/h設(shè)計。

隧道區(qū)屬丘陵地貌，地形起伏大，進(jìn)口段自然坡度在30～60°，洞口山體自然坡度約60°;隧道洞身圍巖為中-微風(fēng)化花崗巖/花崗斑巖，屬較硬-堅硬巖，但受區(qū)域構(gòu)造帶影響，隧址區(qū)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體總體較破碎，隧址區(qū)發(fā)育有F14、F14a、F17a三處斷層及5處裂隙密集發(fā)育帶，施工安全風(fēng)險高;洞身圍巖以Ⅲ級為主，節(jié)理裂隙密集帶附近圍巖級別以Ⅳ、Ⅴ級為主，容易出現(xiàn)涌水突泥、坍塌等事故。ZK29+620處隧道頂板上方約25m處為季節(jié)性小溪，與隧道有一定水力聯(lián)系，可能發(fā)生地下水突涌，其水量受水庫泄水及季節(jié)性降雨影響大。

2 ?隧道坍塌過程及情況

2017年6月13日約9時30分，隧道左洞ZK29+633掌子面圍巖為Ⅳ級，采用兩臺階法開挖，ZK29+628下臺階已完成開挖放炮，正在進(jìn)行清碴作業(yè)，在施工中，現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)ZK29+615斷面處左側(cè)拱腰至拱頂部分工字鋼鋼架出現(xiàn)變形、初支混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。施工員立即安排現(xiàn)場的施工人員及所有機(jī)械停止作業(yè)，速撤離施工現(xiàn)場，留下兩名技術(shù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測。約至10時10分，隨著鋼拱架變形、裂縫的加大，左側(cè)拱腰部分突然出現(xiàn)坍塌，并迅速擴(kuò)散，形成了約直徑2.2m左右的塌方孔洞;至19時20分，塌方體段不斷擴(kuò)大，縱向延伸至ZK29+613～

+618，橫向整個拱頂及左側(cè)墻身出現(xiàn)坍塌，形成長約為5m，寬約為9m，高約為6m的塌腔。隨著坍塌的不斷發(fā)生，塌方體全部填充隧洞。且觀察到地表出現(xiàn)沉陷長6m×寬7m，深為3.6m塌坑。

6月15日坍塌處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 ?塌方原因分析

①查閱之前記錄的監(jiān)測資料，此段隧道收斂變形沒有明顯突變現(xiàn)象，表明瑯岐隧道在ZK29+615處的坍塌具有突發(fā)性。根據(jù)塌方段（ZK29+615）施工時記錄的地質(zhì)描述：該里程揭示圍巖為中風(fēng)化花崗巖，節(jié)理及裂隙發(fā)育，巖體呈現(xiàn)碎石狀，且拱頂及邊墻圍巖出現(xiàn)較嚴(yán)重滲水，圍巖級別應(yīng)是為Ⅴ級，但設(shè)計圖紙的支護(hù)參數(shù)還是按Ⅳ級圍巖的要求。

②對隧道坍塌體的工程地質(zhì)進(jìn)行了分析：塌方處隧道圍巖較為破碎，且雜夾著大量泥狀黃土，含水量較大。坍塌處隧道頂埋深約為25m，從地表塌陷處坑壁顯示，地表表層上覆土厚度約為2.5m，土體主要為無粘性粉狀黃土，粘土層下為強(qiáng)風(fēng)化片麻狀破碎巖層，土體的自穩(wěn)能力差，在隧道爆破掘進(jìn)的擾動下，容易誘發(fā)圍巖坍塌。

③隧道坍塌處的上方為季節(jié)性小溪，溪流處發(fā)育構(gòu)造F14斷層。地表水與隧道洞身位置構(gòu)造帶存在連通性，地表水易沿構(gòu)造帶下滲，補(bǔ)給地下水，對隧道圍巖穩(wěn)定性影響大。福州地區(qū)6月～7月為雨季，隧道坍塌前連續(xù)多天暴雨，大于往年降雨量，且在設(shè)計院下發(fā)的隧道圖紙中，沒有針對地表的處理及隔水方案，造成雨水下滲，影響隧道初期支護(hù)穩(wěn)定。可認(rèn)為因滲水破壞了圍巖的自穩(wěn)能力是導(dǎo)致隧道坍塌的主要原因。

4 ?塌方處理方案

4.1 塌方處理總體思路

根據(jù)瑯岐隧道坍塌的具體情況，并結(jié)合以往處理類似圍巖坍塌的成功經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)目處治圍巖坍塌的總體指導(dǎo)思路是：

①阻水：對坍塌處上方的地表進(jìn)行阻水處理，避免地表水再向圍巖里滲透，引起圍巖軟化，減少粘結(jié)力而導(dǎo)致失穩(wěn)坍塌。

②固巖：對洞內(nèi)初支變形及超限段、受影響段采取圍巖加固措施，確保坍塌及初支變形范圍不再擴(kuò)大。

③防護(hù)：在洞頂輪廓以外的坍塌體分別施做小導(dǎo)管注漿和大管棚注漿，形成兩層保護(hù)圈，以確保進(jìn)行洞內(nèi)坍塌體掘進(jìn)清理時的施工安全。

④慎進(jìn)：坍塌體清理時，依據(jù)：“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測、速反饋、跟二襯”的原則。本項(xiàng)目采取二臺階預(yù)留核心土弧形開挖，每次進(jìn)尺0.5m，并隨挖隨進(jìn)行初支的施做，謹(jǐn)慎進(jìn)行坍塌體的清理。

4.2 具體的處理技術(shù)措施

4.2.1 ZK29+603～+613侵限段處理方案

經(jīng)對隧道進(jìn)行斷面量測，ZK29+603～+613段支護(hù)出現(xiàn)10～35cm變形侵限，需進(jìn)行拱架換拱處理，支護(hù)采用間距為50cm的Ⅰ20工字鋼鋼架，鋼架間設(shè)置間距為100cm的？準(zhǔn)22連接筋;噴射混凝土平均厚度為27cm，采用間距20×20cm的？準(zhǔn)8網(wǎng)片;隧道洞身圍巖設(shè)置？準(zhǔn)25中空注漿錨桿加固，長度為5m，中空注漿錨桿洞身縱向間距50cm，環(huán)向間距75cm;注漿材料采用1∶1水泥砂漿。

同時加大ZK29+588～+613段段圍巖監(jiān)控量測，及時分析圍巖變形，根據(jù)監(jiān)控量測情況，及時動態(tài)調(diào)整加固長度。

4.2.2 ZK29+588～+603受坍塌影響段處理方案

ZK29+588～+603段初支沒有出現(xiàn)變形超限及開裂現(xiàn)象，但作為受影響的段落，后期存在變形超限和坍塌風(fēng)險，本項(xiàng)目對此段隧道洞身圍巖采取設(shè)置？準(zhǔn)25中空注漿錨桿加固，長度為3m，中空注漿錨桿洞身縱向間距75cm，環(huán)向間距100cm;注漿材料采用1∶1水泥砂漿。

4.2.3 ZK29+613～+618坍塌段處理方案

①地表阻水及坍陷坑處理方案。

地表水滲入圍巖是導(dǎo)致本次隧道坍塌的主要原因之一，為了避免地表水持續(xù)下滲，使破碎圍巖的物理力學(xué)性能更為惡化而加劇坍塌風(fēng)險，首要任務(wù)就是對地表水采取阻滲措施，具體措施如下：

1）對地表水進(jìn)行臨時的截、排，避免惡化坍塌情況。在地表沉陷區(qū)域的上方及兩側(cè)外設(shè)置漿砌片石截水溝、排水溝;并對地表塌穴處進(jìn)行覆蓋。

2）對地表塌穴進(jìn)行回填。為提高竣工后安全運(yùn)營系數(shù)，塌穴內(nèi)采用2∶8灰土分層回填，每層回填夯實(shí)，每層回填厚度不大于0.5cm。對坍陷的周邊地表進(jìn)行刷坡，人工夯實(shí)局部松散或有裂縫部位，且同時全坡面進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土，噴射厚度為10cm。

3）在坍陷區(qū)內(nèi)打入注漿鋼花管，鋼管采用無縫鋼管，長度為6m，規(guī)格為？準(zhǔn)45×3.5，鋼花管下端制成錐形，管上鉆設(shè)？準(zhǔn)8注漿孔。鋼管布置呈梅花形，間距為1.5×1.5m，鋼花管與坡面垂直打入，且外露25cm以聯(lián)接注漿軟管。

4）注漿管施打完成后，對整個坡面進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土，掛設(shè)@25cm×25cm的？準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng);且鋼筋網(wǎng)與鋼花管接觸處焊接牢固，然后再由上至下噴混凝土10cm。

5）對鋼花管進(jìn)行注漿，注漿材料為雙液漿（水泥漿與水玻璃混合），注漿由下至上逐根進(jìn)行，注漿嚴(yán)格按設(shè)計的配合比、注漿量及注漿壓力進(jìn)行，以使坍陷區(qū)坡體的圍巖穩(wěn)定及有效阻水為最終目的。

地表阻水及坍陷坑處理方案如圖1、圖2所示。

②施工人員及機(jī)具防護(hù)措施。

為了確保在坍塌進(jìn)行施工的人員及機(jī)具的安全，采用管棚注漿加小導(dǎo)管注漿處理措施。具體為：

1）沿掌子面前進(jìn)方向，在拱頂180°范圍內(nèi)施打？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管，向坍塌渣體內(nèi)注漿固結(jié)，即在拱頂坍塌體內(nèi)注入雙液漿（水玻璃和水泥漿液），將拱頂3m范圍內(nèi)的坍塌渣體固結(jié)，形成第1層保護(hù)圈。小導(dǎo)管為？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管，長度為600cm，環(huán)向間距按30cm，外插角為10度。

2）隧道拱頂180°范圍內(nèi)采用10m長的？準(zhǔn)108注漿管棚，管棚環(huán)向間距按40cm，外插角15°，嵌巖長度大于3.0m，且管內(nèi)設(shè)置由4根？準(zhǔn)20鋼筋構(gòu)成的鋼筋籠，注單液漿，形成第2層保護(hù)圈。

③初支方案。

初支采用I20鋼拱架，拱架間距為50cm，且拱架每處拱腳設(shè)置4根錨管鎖腳，鎖腳錨管為？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管，長度為5m，在拱腳處按正方形布置在工字鋼兩側(cè);鋼架環(huán)向設(shè)置水平的？準(zhǔn)22連接筋，間距為100cm;

塌方段二次襯砌參照Ⅴ級圍巖加強(qiáng)復(fù)合式襯砌圖進(jìn)行襯砌施做。

④塌方體開挖處理。

隧道坍塌穩(wěn)定后，對塌方體渣面采取噴射C20混凝土封閉，厚度為15cm，并在塌方體坡腳處堆碼高度2m的石碴進(jìn)行反壓防護(hù)，以免塌方體再溜滑變形。

兩層防護(hù)圈施做完成后，進(jìn)行塌方體的清理，采取預(yù)留核心土環(huán)形開挖法，每掘進(jìn)一榀鋼架的跟，換一榀鋼架，鋼架拱底部成環(huán)，并及時施打鎖腳錨管;全環(huán)環(huán)向設(shè)置？準(zhǔn)25中空注漿錨桿，長度為4m，梅花型設(shè)置，縱向間距0.5m，環(huán)向間距0.6m。

⑤塌腔處理。

進(jìn)行兩層保護(hù)圈施工時，預(yù)埋深入塌腔內(nèi)的？準(zhǔn)80注漿管，以便在完成坍塌體清理后進(jìn)行塌腔填充處理。

本次塌腔較大，需壓入大方量的填充物，如果填充物為混凝土或是砂漿時，在填充物未達(dá)強(qiáng)度前，其巨大的重量荷載均需由保護(hù)圈及初支承受，存在壓垮初支的風(fēng)險。為此，本項(xiàng)目進(jìn)行工藝創(chuàng)新，采用輕質(zhì)的泡沫混凝土進(jìn)行塌腔的填充。

塌腔回填采用的泡沫混凝土容重僅為普通混凝土的1/4，在大幅降低支護(hù)承受的荷載值的同時，也大幅降低了施工成本。

4.2.4 ZK29+618～+626加固處理

塌方段處理完后，經(jīng)量測ZK29+618～+626段初支也存在拱架變形侵限，需進(jìn)行初支換拱處理，采用間距為50cm的Ⅰ20工字鋼鋼架，鋼架間設(shè)置間距為100cm的？準(zhǔn)22連接筋;噴射混凝土平均厚度為27cm，采用間距20×20cm的？準(zhǔn)8網(wǎng)片;隧道洞身圍巖采用？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管加固，長4m，洞身縱向間距75cm，環(huán)向間距100cm。

坍塌綜合處理方案如圖3、圖4所示。

5 ?結(jié)束語

本項(xiàng)目根據(jù)隧道坍塌的具體情況，采取科學(xué)有效的系統(tǒng)綜合處理措施。同時，坍塌空腔采用泡沫混凝土填充技術(shù)，不僅取得了良好的技術(shù)處理效果，順利、安全完成了坍塌的處理，且降低了處理成本，給類似隧道坍塌的處理提供了借鑒作用。

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