公路工程隧道施工塌方治理技術(shù)研究

祝偉正

山東方正公路工程監(jiān)理咨詢有限公司 山東煙臺 264000

作為一種地下條狀構(gòu)筑物，隧道多修建于山嶺當(dāng)中，用于克服高程障礙，改善道路線形，提升行車速度，對于提升整體運(yùn)輸能力意義重大。然而，在隧道掘進(jìn)施工過程中，往往會因為多種因素導(dǎo)致塌方等事故發(fā)生。隧道塌方原因很多，不僅包含不良地質(zhì)的內(nèi)在原因，同時還包括施工管理等外部原因。

1 隧道塌方的原因

第一個原因是公路工程選擇的工程地質(zhì)較差，圍巖自穩(wěn)能力低，工程施工時還沒有進(jìn)行初期保護(hù)措施時就發(fā)生了塌方，這些復(fù)雜的地質(zhì)有時是不具有預(yù)見性的，危險也很致命，幾乎沒有辦法去預(yù)防。

第二個原因是在勘探過地形過后，沒能夠在設(shè)計地形中的隧區(qū)地質(zhì)條件做出準(zhǔn)確地判斷，也沒有考慮不良地質(zhì)帶來的后果。在公路建設(shè)開工以后，沒有專業(yè)工作人員跟進(jìn)工程的進(jìn)度，導(dǎo)致很多時候問題的出現(xiàn)沒來得及提前預(yù)知和預(yù)防，沒有人員跟蹤分析使圍巖分類、支護(hù)參數(shù)設(shè)計和開挖進(jìn)尺要求不合理。這些人為的失職使得整個公路工程的建設(shè)都處在危險的環(huán)境之中[1]。

第三個原因，在建設(shè)過程中，對脆弱的周邊巖盤和淺埋層等不合適的地質(zhì)體進(jìn)行挖掘和超前支護(hù)預(yù)處理。那么時間一長，危險程度越大，也就無法保證圍巖有足夠的自穩(wěn)能力和自穩(wěn)時間，塌方現(xiàn)象很容易就會出現(xiàn)。很多不專業(yè)的進(jìn)程和步驟，不去按照規(guī)范進(jìn)行公路建設(shè)施工，這些都會導(dǎo)致開挖爆破效果差，那么圍巖應(yīng)力集中，初支背后有空洞、初始支撐厚度不夠，螺栓長度和數(shù)量不足，鋼架間距過大，最終出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。

第四個原因是監(jiān)管不到位，監(jiān)控管理兩者都沒有發(fā)揮作用，這兩方面對于塌方問題的出現(xiàn)有很重要的作用。這就體現(xiàn)了公路建設(shè)過程中對于公路建設(shè)工程的安全意識薄弱。而目前很多隧道塌方造成人員傷亡、財產(chǎn)損失的原因就是監(jiān)管不到位。

2 塌方處理技術(shù)

2.1 塌方體固結(jié)

進(jìn)行塌方區(qū)域地表沉降及隧洞洞身拱頂沉降量的監(jiān)測，并充分掌握塌方體及周圍基巖的性能情況，上述兩方面的測量必須貫穿于工程黃土隧道塌方施工處理全過程，并將塌方區(qū)域內(nèi)預(yù)留沉降量從120mm的設(shè)計值調(diào)整至20cm。為避免塌方范圍再次擴(kuò)大，工程業(yè)主方、設(shè)計方、施工方與監(jiān)理方現(xiàn)場勘查并研究后決定，為防止地表水向塌陷坑槽內(nèi)下滲，應(yīng)先在塌陷處2m外增設(shè)排水溝，在不改動隧洞內(nèi)塌陷體的情況下采用原土回填塌陷區(qū)域，根據(jù)塌方區(qū)域現(xiàn)有的承載水平，應(yīng)將回填高度保持在拱頂之上3.0m±0.5m。按照1：1的坡率進(jìn)行回填區(qū)域到原地面區(qū)段的放坡開挖，并將?50注漿鋼管按照50cm×50cm的間距打入頂面和四周坡面，再按12cm×12cm間距掛設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)并噴25cm厚度混凝土漿液加固處理。

對于隧洞頂部地表鋼管注漿加固處理應(yīng)采用長4.5-5.5m的?50鋼管，并按0.6m×0.6m間距采用梅花型布設(shè)，將三排孔徑8mm、孔距15.5m的注漿孔均勻布置于鋼管表面，以達(dá)到注漿飽滿的目的。漿液使用1：1水泥砂漿，注漿壓力應(yīng)保持在1.5-3.0MPa范圍內(nèi)[2]。

2.2 加強(qiáng)排水工作

處理塌方的同時，要加強(qiáng)防排水工作。地表沉陷、裂縫采用防滲土夯實，開挖截水溝，防止地表水滲入崩塌體。當(dāng)塌方到達(dá)頂部時，應(yīng)在洞口表面周圍挖溝排水，并在洞頂設(shè)置雨棚?？涌诨靥罡叱龅孛妫谜惩粱蚱鲶w封閉排水。當(dāng)崩塌體內(nèi)有地下水運(yùn)動時，采用管溝引至排水溝排放，防止塌方擴(kuò)大。塌方段襯砌應(yīng)根據(jù)塌孔大小和地質(zhì)條件進(jìn)行加固。塌方發(fā)生后，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測和測量，增加測量頻率，并根據(jù)測量信息及時研究對策。對于淺埋隧道，應(yīng)測量地表沉降。

2.3 澆筑混凝土

在對空腔部位在管棚及型鋼拱架支立完成后，往塌腔泵送C30混凝土。這樣就能夠在塌腔部位形成超出2m厚度的混凝土保護(hù)層。而后，經(jīng)預(yù)留注漿管處理且達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，就可進(jìn)行下一次泵送作業(yè)。當(dāng)預(yù)留泵送管道的空腔內(nèi)部發(fā)揮作用時，應(yīng)保證長度間隔為2m，以為后續(xù)注漿填充提供條件。完成拱頂塌腔回填作業(yè)后，水泥強(qiáng)度應(yīng)超出70%。值得注意的是，為規(guī)避二次塌方問題出現(xiàn)，需對洞內(nèi)塌方體進(jìn)行清理。

2.4 塌方治理效果評價

為驗證塌方治理效果，選取具有代表性的斷面鋪設(shè)檢測儀器，對隧道塌方治理效果進(jìn)行評價分析。根據(jù)治理情況，將斷面壓力盒、砼應(yīng)變計等測量儀器安設(shè)到指定位置，按照規(guī)范規(guī)定要求，對隧道周邊收斂變形初次支護(hù)等情況進(jìn)行檢測。

在塌方災(zāi)害治理中，作為治理措施初次支護(hù)結(jié)構(gòu)作用狀態(tài)和圍巖穩(wěn)定性的宏觀指標(biāo)，隧道周邊收斂變形具有重要作用。根據(jù)檢測結(jié)果可知，其變形發(fā)展共經(jīng)歷4個階段，即緩慢增長、迅速增長、逐步穩(wěn)定、暫時穩(wěn)定。下沉量最大處位于拱頂部位，最終在37.81mm處穩(wěn)定。通過該變形發(fā)展變化情況，可見雙層鋼拱架的支撐作用良好，在治理塌方災(zāi)害當(dāng)中具有良好成效。

通過6個月的跟蹤觀測，隨著時間的不斷增加，襯砌間接觸壓力逐步呈現(xiàn)出“波動—穩(wěn)定”的發(fā)展趨勢。接觸壓力最大處位于拱頂部位，為0.305MPa，通過計算可得，在二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計承載值以內(nèi)，與隧道結(jié)構(gòu)承載需求相符。混凝土應(yīng)力屬于壓應(yīng)力，最大值為6.109MPa，位于左邊墻處。

通過分析鋼筋、混凝土等受力狀況，可見隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)主要受壓應(yīng)力影響，基于鋼筋的性能作用，可以很好地彌補(bǔ)壓力問題，保證隧道結(jié)構(gòu)受力合理，進(jìn)而提高隧道的整體穩(wěn)定性。通過上述分析，可以間接表明塌方段圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明已經(jīng)克服了充填巖溶對隧道的穩(wěn)定性影響，治理效果良好[3]。

3 結(jié)語

通過對公路工程隧道施工塌方問題原因的探索，處理措施的詳細(xì)列舉以及治理技術(shù)的初步探討，希望可以有助于公路建設(shè)中存在的塌方問題，減少危險性，保證人身安全。