復雜地質(zhì)條件下隧道塌方涌水處理技術(shù)措施★

代成良 王斌元 程朝博 龐旭卿

(1.華能西藏雅魯藏布江水電開發(fā)投資有限公司，西藏 拉薩 850000； 2.德陽寶萊塢建設(shè)工程有限公司，四川 德陽 618000；3.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550081; 4.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院，陜西 渭南 714000)

隧道塌方事故在隧道施工過程中較為常見且高發(fā)，易造成安全事故、工期延誤、經(jīng)濟損失等后果，隧道塌方事故的預防與處治成為隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。塌方的處理是工程搶險，需要工程人員快速提出針對性方案，盡可能縮短塌方處理的時間，避免產(chǎn)生二次塌方，保證人員安全[1-7]。本文以某大跨隧道洞口段產(chǎn)生的塌方涌水為例，詳細分析了塌方產(chǎn)生的原因，給出了塌方處理方案，達到了預期的目標。

1 工程概況

某公路隧道地質(zhì)條件復雜，全長2 114 m，埋深約為350 m。洞室左側(cè)巖體發(fā)育三組裂隙，裂隙相互切割構(gòu)成不利組合；洞室右側(cè)裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)呈碎裂狀結(jié)構(gòu)完整性差。隧道塌方掌子面為薄～中層狀石英片巖，掌子面核部存在一條寬約3.6 m～4 m斷層破碎帶，圍巖自身穩(wěn)定性非常差。開挖后掌子面中部及右側(cè)滲漏水由點滴狀出水發(fā)展為線狀出水，掌子面左側(cè)拱部忽然出現(xiàn)間歇溜塌并伴有泥漿流出。

2 隧道塌方原因分析

根據(jù)現(xiàn)場詳細勘查分析，該段圍巖穩(wěn)定性非常差，隧道右側(cè)拱腳出現(xiàn)一條寬約3.6 m～4 m破碎帶，自拱腳小角度與軸線相交，向頂拱延伸。開挖至塌方所處掌子面時，破碎帶延伸至左側(cè)頂拱，由于破碎帶內(nèi)充填松散土、石屑夾塊狀碎石，充填物無膠結(jié)性，加上連日的持續(xù)降雨影響，在地下水滲入作用下造成圍巖斷層破碎帶充填物持續(xù)溜渣垮塌，進而引發(fā)大的垮塌，造成支護拱架受損，掌子面位置形成較大空腔。此次塌方原因主要是由于不良地質(zhì)破碎帶加上地下水的影響造成的。

在溜渣間歇期間，現(xiàn)場組織完成拱架安裝2榀，然后施工了鎖腳錨桿。次日凌晨，溜塌持續(xù)加大，造成較大塌方，掌子面超前錨桿全部掉落。為防止塌方影響段塌方，現(xiàn)場決定立即對隧道掌子面及塌方影響變形段采取堆渣反壓應急處置措施，填渣反壓掌子面至隧道拱頂封閉塌口，約束塌方持續(xù)塌方。并在現(xiàn)場立即組織召開了隧道塌方處治專題會議，確定了隧道塌方處治方案。隧道塌方影響示意圖見圖1。

3 塌方處理方案

3.1 塌方影響段加固措施

1)注漿加固破碎巖體。該段右側(cè)邊墻(靠山側(cè))至左側(cè)拱架位置采用注漿小導管φ 42×4 mm(L=4.5 m)進行固結(jié)破碎帶圍巖，注漿小導管沿兩榀拱架間垂直巖面設(shè)置，間排距1 m×1 m,梅花形布置(見圖2)。小導管尾端30 cm不設(shè)注漿孔，前端按照縱向10 cm間距設(shè)3排直徑為φ 8 mm的梅花形注漿孔，注M20水泥漿，限量注漿，單根小導管平均注漿量按照注P.O42.5水泥量250 kg/根控制，水灰比1∶1。注漿施工應自下而上、跳孔進行，注漿壓力0.3 MPa～1.0 MPa?，F(xiàn)場采取相應措施確保注漿質(zhì)量。

2)增加鎖腳錨桿加固拱架。在鋼拱架拱腳及拱腰位置兩側(cè)位置分別增加兩根自進式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)鎖固，每榀拱架共計8根。通過錨桿鎖固，提高拱架受力，增強與圍巖連接，防止變形。

3)噴混凝土補強拱架支護體系。在原拱架支護內(nèi)側(cè)鋪設(shè)環(huán)向Φ8×縱向Φ8鋼筋網(wǎng)(間距20 cm×20 cm)，設(shè)置Ф22縱向連接筋，環(huán)向間距100 cm，然后噴射C25鋼纖維混凝土(厚度10 cm)進行整體補強。

4)排水孔施工。在隧道初期支護加固完成，在破碎帶滲水部位按2排間距2 m徑向設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

5)臨時支撐設(shè)置。該段加固施工前，根據(jù)現(xiàn)場實際情況在隧道中間部位置采用型鋼或鋼管設(shè)置臨時豎向支撐，縱向間距2 m，防止過程中拱架可能會出現(xiàn)的二次變形，確保施工安全。臨時支撐底部必須落在堅實基礎(chǔ)上，上部和拱架焊接。

3.2 塌方影響未開挖段施工

1)支護參數(shù)。該段按Ⅴ級圍巖(按Ⅴ9.0型襯砌類型)進行施工，對初期支護參數(shù)進行調(diào)整，具體如下：

超前支護采用雙層小導管，采用不同角度的注漿小導管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm；鋼架采用Ⅰ18工字鋼，間距調(diào)整至50 cm；鎖腳錨桿由砂漿錨桿調(diào)整至自進式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每側(cè)設(shè)置4根，共8根；隧道拱部150°范圍外系統(tǒng)錨桿由砂漿錨桿調(diào)整為φ 42×4 mm(L=4.5 m)注漿小導管(水泥量250 kg/根控制)。超前支護采用雙層小導管，采用不同角度的注漿小導管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm；鋼架采用Ⅰ18工字鋼，間距100 cm；鎖腳錨桿由砂漿錨桿調(diào)整至自進式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每側(cè)設(shè)置4根，共8根；系統(tǒng)錨桿由砂漿錨桿調(diào)整為φ 42×4 mm(L=4.5 m)注漿小導管(水泥量250 kg/根控制)，其中頂拱部位150°范圍大角度與圍巖相交(注漿水泥量350 kg/根控制)。鋼筋網(wǎng)環(huán)向Φ8×縱向Φ8，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。型鋼拱架間設(shè)Φ22縱向連接筋，環(huán)形間距1.0 m(內(nèi)外緣交錯布置),噴射C25鋼纖維混凝土厚25 cm。

2)開挖施工。開挖采用分臺階上下半洞開挖，高度按3 m～4 m控制。由于該段是塌方過渡段，受塌方影響較大，因此采用短進尺開挖(循環(huán)進尺0.5 m～1 m),強支護施工(拱架間距0.5 m，雙層超前小導管)。

3)超前支護。小角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前小角度注漿小導管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環(huán)向間距40 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角5°～10°(見圖3)。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.2 MPa～0.3 MPa(參考注漿壓力)，平均每根注漿小導管注P.O42.5水泥量250 kg。

超前大角度注漿小導管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前大角度注漿小導管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導管環(huán)向間距100 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角45°。小導管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa(參考注漿壓力)，平均每根小導管注P.O42.5水泥量350 kg。

4)排水孔施工。針對隧道滲水部位設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔，間排距2.0 m×2.0 m。

3.3 塌方段處理措施

1)空腔回填處理。該段隧道頂拱塌方形成較大空腔，對該段進行回填反壓封閉塌口，直接采用泵送C20混凝土回填，混凝土回填厚度不小于2 m,回填采取分層進行施工(厚度1 m)，泵送混凝土緊貼現(xiàn)有塌腔巖體。

2)開挖支護施工。該段采用半洞開挖預留核心土法施工，高度按3 m～4 m控制。由于是塌方體和回填反壓段，人工采用風鎬進行開挖，開挖一榀支護一榀。每循環(huán)開挖前，為確保超前支護注漿質(zhì)量，對掌子面素噴C25混凝土進行封閉，厚度5 cm～8 cm。

3)超前支護。采用雙層超前注漿小導管，不同角度的注漿小導管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm。

4)排水孔施工。在隧道初期支護加固完成二次襯砌前，在破碎帶滲部位按2排間距2 m徑向設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

4 結(jié)語

通過對實際案例的總結(jié)，在隧道塌方涌水處理過程中需注意如下幾點[8]：

1)事故發(fā)生后要建立警戒區(qū)，避免無關(guān)人員進入，有序開展塌方處理工作；

2)應采取措施控制好地表水對塌方部位的影響，做好塌方及影響段的加固，避免發(fā)生二次坍塌；

3)第一時間建立測量監(jiān)控體系，掌握周邊收斂、初支應力等監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，及時反饋相關(guān)信息，以指導現(xiàn)場事故處理；

4)根據(jù)地質(zhì)、水文情況及現(xiàn)場塌方情況，制定科學合理處理方案，處理措施應以保障作業(yè)人員安全為第一要務(wù)。