老虎嘴隧道塌方應(yīng)急搶險(xiǎn)處理方案研究

代成良，王斌元，程朝博

(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)

塌方是隧道施工過程中經(jīng)常遇見的技術(shù)難題，工程技術(shù)人員在隧道塌方處治過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。這些經(jīng)驗(yàn)基本上可以概括為“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”。工程實(shí)踐表明，這些經(jīng)驗(yàn)是行之有效的，能夠解決絕大部分的隧道塌方問題。

1 工程概況

老虎嘴隧道位于西藏林芝派墨公路地質(zhì)條件復(fù)雜地段，隧道全長2 114 m，斷面為9 m×7 m。塌方掌子面左右幅巖體為薄～中層狀石英片巖，巖面銹染。左幅拱頂至掌子面核部存在一條寬約3.6～4 m斷層破碎帶，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，圍巖自身穩(wěn)定性非常差。根據(jù)縱斷面圖，該段隧道埋深約350 m。該段圍巖級(jí)別屬于Ⅳ級(jí)偏差。

隧道出口端開挖至K46+490樁號(hào)，一直按Ⅳ級(jí)圍巖進(jìn)行開挖支護(hù)施工。現(xiàn)場連續(xù)多日持續(xù)降雨導(dǎo)致掌子面中部及右側(cè)滲漏水由點(diǎn)滴狀出水發(fā)展為線狀出水。由于圍巖破碎，穩(wěn)定性較差，加上地下水影響，掌子面開挖后易掉塊、溜渣，現(xiàn)場都及時(shí)采用噴混凝土進(jìn)行了封閉處理。

2 隧道塌方情況

隧道出口端掌子面開挖至K46+449樁號(hào)，隧道掌子面左側(cè)拱部忽然出現(xiàn)間歇溜塌，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。5 h后，溜塌持續(xù)、頻繁，并伴有泥漿流出，造成較大塌方，靠近掌子面已支護(hù)的3榀拱架拱部破壞脫落，7榀已支護(hù)拱架拱部局部變形(最大變形量20～25 cm)，部分鋼架表面混凝土脫落，掌子面超前錨桿全部掉落。因持續(xù)溜渣有擴(kuò)大趨勢，立即暫停掌子面施工，組織現(xiàn)場人員立即撤離至安全區(qū)域，未發(fā)生安全事故。隧道塌方示意圖見圖1。

圖1 隧道塌方示意圖

3 塌方處理方案

3.1 塌方段應(yīng)急處理

為防止塌空區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大，現(xiàn)場啟動(dòng)預(yù)案防止對(duì)后續(xù)拱架穩(wěn)定造成影響，采用拉渣回填反壓措施。掌子面至退后11 m范圍(K46+449～K46+465)采用全斷面封閉，K46+465～K46+470段右側(cè)(靠山側(cè))反壓至拱腰位置，以確保拱架穩(wěn)定?；靥罘磯和瓿珊?，對(duì)掌子面素噴C25混凝土進(jìn)行封閉，厚度5～8 cm。

全斷面反壓堆渣后的填渣坡面不陡于1∶1.5，右側(cè)邊墻反壓堆渣高度不低于4 m，在回填部位留寬度為200 cm寬的馬道施工平臺(tái)，填渣外坡比不陡于1∶1.5。

3.2 塌方段處理措施

針對(duì)塌方段(K46+453～K46+449)采取了空腔回填處理，采用半洞開挖預(yù)留核心土法施工，并采用超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行了超前支護(hù)。

(1)空腔回填處理。

該段隧道頂拱塌方形成較大空腔，需妥善處理后方可進(jìn)行向前掘進(jìn)施工。由于該段進(jìn)行了回填反壓封閉塌口，不清楚后頂拱積渣情況，因此在施工前，采用潛孔鉆打孔，判斷空腔部位及深度情況。根據(jù)不同情況采用相應(yīng)的處理措施，具體如下。

①如頂拱空腔未堆渣，可直接采用泵送C20混凝土回填，凝土回填厚度不小于2 m，回填采取分層進(jìn)行施工(厚度1 m)，泵送混凝土緊貼現(xiàn)有塌腔巖體。

②如頂部空腔有部分堆渣，厚度小于2 m，采用潛孔鉆打孔安裝Ф150鋼管(1根施工孔，1根檢查孔)伸入頂拱長度不小于2 m，然后灌注混凝土，混凝土從檢查孔流出停止灌注，以保證混凝土頂面至隧道頂拱厚度不小于2 m。針對(duì)灌注混凝土和拱架上部之間的松散堆渣層采用超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)。

③如堆渣厚度大于2 m的，采用超前小導(dǎo)管固結(jié)灌漿，頂拱上部已形成固結(jié)拱圈，厚度不小于2 m。

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

由于該段內(nèi)有3榀拱架支護(hù)損壞(主要為頂拱)，重新安裝拱架時(shí)，未損壞的邊墻拱架可利用，不宜拆除。由于拱架間距加密，新安裝的拱架布置在原拱架內(nèi)側(cè)，盡量減少侵占結(jié)構(gòu)尺寸。該段按Ⅴ型襯砌類型配筋，按Ⅳ1型襯砌類型襯砌厚度施工。

(3)超前支護(hù)：采用雙層超前注漿小導(dǎo)管，不同角度的注漿小導(dǎo)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，具體支護(hù)參數(shù)如下。

超前小角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前小角度注漿小導(dǎo)管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角5°～10°。小導(dǎo)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0.2～0.3 MPa，平均每根注漿小導(dǎo)管注P.O 42.5水泥量250 kg。

超前大角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前大角度注漿小導(dǎo)管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距100 cm，縱向間距50 cm，超前向上外插角45°、75°，按排交錯(cuò)布置(即第一排45°，第二排75°)。小導(dǎo)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0.2～0.5 MPa，平均每根小導(dǎo)管注P.O 42.5水泥量350 kg。

在隧道初期支護(hù)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Ф50 mm(L=4.0 m)排水孔。

3.3 塌方變形段處理措施

由于塌方變形段(K46+460～K46+453)內(nèi)的拱架頂拱位置變形嚴(yán)重，且上部有塌方空腔，因此該段處理尤為重要。根據(jù)現(xiàn)場制定了兩種方案進(jìn)行必選，具體對(duì)比分析見表1。

表1 塌方變形段立拱方案

圖2 超前支護(hù)示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，為確保安全快速通過塌方區(qū)域，建議采取方案一，具體施工如下。

(1)開挖施工。

該段采用半洞開挖預(yù)留核心土法施工，高度按3～4 m控制。由于是回填反壓段，人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，開挖一榀支護(hù)一榀。每循環(huán)開挖前，為確保超前支護(hù)注漿質(zhì)量，對(duì)掌子面素噴C25混凝土進(jìn)行封閉，厚度5～8 cm。

(2)超前小導(dǎo)管施工。

小角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前小角度注漿小導(dǎo)管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，縱向間距200 cm，超前向上外插角5°～10°。小導(dǎo)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0.2～0.3 MPa(參考注漿壓力)。平均每根注漿小導(dǎo)管注P·O 42.5水泥量250 kg。

大角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前大角度注漿小導(dǎo)管(Ф42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距100 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角45°(見圖2)。小導(dǎo)管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，針對(duì)破碎帶

注漿壓力0.2～0.5 MPa，針對(duì)巖體注漿壓力0.5～1 MPa(參考注漿壓力)。平均每根小導(dǎo)管注P·O 42.5水泥量350 kg。

注漿應(yīng)從下向上注漿，則左右對(duì)稱注漿，同一環(huán)應(yīng)跳孔注漿。小角度的注漿小導(dǎo)管，應(yīng)該盡量控制漿液的流動(dòng)距離，采用濃漿，加速凝劑，間歇性注漿，跳孔注漿。大角度注漿是固結(jié)破碎圍巖或塌渣，應(yīng)從下向上注漿，間歇注漿，應(yīng)采用稀漿液，使?jié){液流動(dòng)路徑長點(diǎn)，可注性好點(diǎn)，使?jié){液充分充填空隙，固結(jié)塌渣。如果吃漿量很大，可采用加速凝劑，間歇性注漿或灌注水泥砂漿等方式，以確保注漿質(zhì)量。

(3)排水孔施工。

在隧道初期支護(hù)加固完成后，在破碎帶滲部位按2排間距2 m徑向設(shè)置Ф50 mm(L=4.0 m)排水孔。

4 結(jié) 語

綜上所述，我國公路工程、高鐵工程、地鐵修建為隧道工程施工行業(yè)帶來新的發(fā)展契機(jī)，同時(shí)也使隧道施工單位不得不面對(duì)隧道塌方地段施工問題。為了保障隧道整體工程的施工質(zhì)量，隧道施工企業(yè)應(yīng)該不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的施工技術(shù)，提高隧道塌方地段的施工技術(shù)與施工管理效果及質(zhì)量，為隧道塌方地段施工與應(yīng)急搶險(xiǎn)處理奠定良好的基礎(chǔ)。