原位擴挖隧道塌方處治技術(shù)

覃靖　藍健寧

摘要：文章依托廷心隧道改擴建項目，分析了原位擴挖隧道施工過程中的二次塌方原因，并提出了相應(yīng)的處治方法：先噴射混凝土并在塌方段架設(shè)工字鋼防止坍塌體擴散，再使用自進式管棚進行灌注，最后整段架設(shè)工字鋼，按Ⅴ級圍巖支護。根據(jù)該隧道塌方段下沉監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過處治后，下沉量在一個月內(nèi)逐步回歸穩(wěn)定并處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，處治結(jié)果有效。

關(guān)鍵詞：隧道;原位擴挖;塌方處治

中圖分類號：U458.3A200723

0 引言

隧道塌方是隧道中常見的災(zāi)害類型，在隧道掘進過程中常常會因為地質(zhì)、設(shè)計、施工等原因?qū)е聡鷰r失穩(wěn)而產(chǎn)生塌方，對施工人員造成的威脅極大，因此一直都是隧道研究中的重點[1-2]。而原位擴建常帶來隧道二次塌方的風(fēng)險，因其施工流程需要將既有隧道的二襯、初支等結(jié)構(gòu)進行拆除，同時加大隧道斷面面積，重新對其進行支護和襯砌，不僅破壞了既有隧道的應(yīng)力平衡，而且還需要繼續(xù)向外擴挖，多次的應(yīng)力擾動使得應(yīng)力環(huán)境十分復(fù)雜。如果施工處于原隧道塌方處，塌方災(zāi)害再次發(fā)生的可能性會進一步提高。

然而，我國在隧道原位擴建施工方面工程實例較少，研究也不多[3-4]，且前人研究的多為新建隧道的塌方問題。廣西由于經(jīng)濟和地理因素，在此之前并隧道原位無改擴建的先例，廷心隧道屬廣西首個原位擴建的高速公路隧道工程，這對相關(guān)方面的研究具有較大的意義。廷心隧道在施工過程中于既有隧道塌方處再次發(fā)生塌方，本文針對塌方的原因進行了分析，提出塌方的處治措施，以期為隧道原位擴建方面的研究提供實例支撐。

1 工程概況

既有廷心隧道位于河池市大化瑤族自治縣羌圩鄉(xiāng)洪籌村，為分離式隧道。隧道總體走向正北，左線長507.5 m，右線長516 m，進出口路面設(shè)計高程分別為211.781 m、208.961 m，屬中隧道。

廷心隧道原設(shè)計為雙向四車道高速公路，現(xiàn)擴建至雙向六車道。原隧道建筑限界：凈寬（0.75+0.75+2×3.75+1.0+1.0=11.00） m，行車道凈高5.0 m。擴建后隧道建筑限界：凈寬（0.75+0.75+3×3.75+1.0+0.75=14.5） m，行車道凈高5.0 m。

1.1 地質(zhì)條件

隧道區(qū)屬剝蝕低山地貌，地形起伏較大。廷心隧道穿越相同山體，地面高程在210～339 m，相對高差約129 m。隧道洞身埋深不深，最大為109.6 m。進口出口段山體斜坡自然坡角約為40°～60°。隧道所穿越山體的地層巖性主要為三疊系百逢組砂巖。隧道進出口段巖石較破碎，強風(fēng)化，圍巖等級為Ⅴ級。洞身段巖石較完整，中等風(fēng)化，圍巖等級為Ⅳ級，力學(xué)強度較高，抗風(fēng)化能力強，工程地質(zhì)穩(wěn)定性較好。

1.2 水文條件

隧道區(qū)內(nèi)無大的地表水體，主要為地表溪流，具有季節(jié)性，水流量受大氣降雨影響較大。地表水沿覆蓋層中的空隙或沿縱向裂縫垂直下滲，隧道開挖時洞室一般以淋雨或涌流狀出水為主，局部裂隙發(fā)育。

2 塌方概況及原因分析

2.1 塌方概況

在廷心隧道左線ZK435+376.2～ZK435+379.5路段二襯破除時左側(cè)拱腰至拱頂塌方，塌方造成進口端（都安端）7榀、出口端（巴馬端）4榀初支鋼架垮塌，塌方穩(wěn)定后確認(rèn)長度約為17 m（樁號：ZK435+365～ZK435+382），塌方量約600 cm3。該塌方路段設(shè)計采用Ⅴ級圍巖襯砌類型進行支護，初支采用Ⅰ20b型鋼，縱向間距為75 cm，超前支護采用 50 mm×5 mm超前小導(dǎo)管，長450 cm，環(huán)向間距為40 cm，縱向間距為 300 cm;二襯為55 cm厚的C35防水鉿。塌方處于夾泥破碎帶，寬約30 m，左右洞斜交貫通，塌方體為強風(fēng)化砂巖，無粘結(jié)性，松散、破碎。

2.2 塌方原因分析

事故發(fā)生后，相關(guān)工程人員趕赴現(xiàn)場，對現(xiàn)場塌方情況進行了觀察和分析，得到以下結(jié)論。

（1）塌方發(fā)生的主要原因是位于原隧道塌方部位。該部位早期本就比較脆弱，受開挖擾動等因素影響發(fā)生過坍塌，在經(jīng)過噴射混凝土等措施防護后強度依然不高，因此在擴建過程中拆除二襯后就很容易產(chǎn)生塌方。

（2）地質(zhì)條件較差。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報，兩處塌方均處于Ⅴ級圍巖段。據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)觀察，巖石巖性為強、中風(fēng)化砂巖，結(jié)構(gòu)面光滑，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力差，呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，表面發(fā)育較多節(jié)理裂隙。

3 雷達探測

為獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，保障施工的安全與進度，項目使用了超前探地雷達進行地質(zhì)預(yù)報。超前地質(zhì)雷達通過接收反射信號，觀測反射信號的波長走時，達到探測的目的，從而減少不良地質(zhì)條件帶來的危害，也能幫助制定處治地質(zhì)災(zāi)害的措施。

據(jù)雷達探測成果圖（圖1），ZK435+320～ZK435+345段圍巖為中風(fēng)化砂巖，掌子面前方0～10 m范圍內(nèi)雷達反射電磁波信號整體較強，同相軸較連續(xù)，反射波振幅較大，推測此段圍巖巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。掌子面前方10 m后，雷達反射波信號相對較弱，推斷這些區(qū)域巖體的完整性等情況相對于掌子面區(qū)域較好。而ZK435+345～ZK435+375掌子面前方0～15 m巖體較完整，15 m后完整性等情況相對較差。

整體上看，該段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面光滑，結(jié)合較差，裂隙水較發(fā)育，掌子面干燥，圍巖自穩(wěn)能力較差，無支護時易塌方。建議圍巖級別為Ⅳ級。

4 塌方處治

地質(zhì)災(zāi)害在處理上要反應(yīng)及時。首先需要快速封鎖現(xiàn)場，防止非工作人員進入，同時應(yīng)轉(zhuǎn)移臺車及施工設(shè)備，穩(wěn)固既有的坍塌體，避免二次事故的發(fā)生。

經(jīng)項目綜合討論，最終決定的處治方案如下。

（1）對塌方口進出口兩端采用反壓，并采用噴射混凝土進行封閉。在塌方臨近路段ZK435+360～ZK435+363、ZK435+382～ZK435+385增設(shè)復(fù)拱進行加固，采用Ⅰ18工字鋼作為臨時復(fù)拱防護，間距為50 cm。在塌方段前后5 m路段采取打設(shè)徑向 50 mm小導(dǎo)管（長4 m，環(huán)向間距為50 cm）注漿處理。

（2）打設(shè)大角度孔，鉆孔長度≥10 m，從進出口兩端對存在的空腔采用C25混凝土進行泵送填充。泵送過程中應(yīng)分層施工，泵送混凝土應(yīng)適當(dāng)添加早強劑。泵送完成后從進出口兩端打設(shè)大角度灌漿孔，鉆孔高度≥10 m，鉆孔完成后采用M30水泥砂漿進行壓漿灌注，壓漿壓力≥0.5 MPa。施工過程中應(yīng)對施工情況進行記錄，有異常時應(yīng)及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

（3）壓漿完成后應(yīng)采用長管棚進行超前加固。管棚支護有效長度約為20 m（32根，環(huán)向間距為50 cm），管棚要超過塌方段≥3 m，端部應(yīng)設(shè)臨時套拱，套拱長度≥2 m。套拱內(nèi)鋼架、管棚相關(guān)參數(shù)參照洞口淺埋段超前大管棚設(shè)計圖執(zhí)行。

（4）塌方段反壓開挖施工過程中采用ZS5-P進行支護，施工過程中應(yīng)加強控制，確保鎖腳錨桿、鋼架連接質(zhì)量。

（5）塌方段臨近原隧道人行橫通道，在正式反挖施工前采用C15混凝土進行回填，回填后應(yīng)在頂部進行補壓漿，并設(shè)排水設(shè)施。

（6）加強塌方段排水處理，設(shè)置一道環(huán)向盲管，間距為2～3 m，并設(shè)置孔深≥5 m的主洞泄水孔。

（7）在塌方路段兩端按相關(guān)要求布設(shè)沉降變形觀測點，施工過程中項目部加強隧道監(jiān)控量測，收集好相關(guān)數(shù)據(jù)，為圍巖支護提供參考，確保擴洞施工安全。

5 監(jiān)控量測

根據(jù)地質(zhì)條件和工程特點，本隧道周邊收斂測點在每個臺階每10 m布置一條水平測線;拱頂下沉測點每10 m布置一個量測斷面，每個斷面布置兩個測點，兩個測點對稱布置在中軸線附近，間距2 m。依據(jù)規(guī)范要求周邊收斂與拱頂下沉應(yīng)布置在同一個斷面。

根據(jù)塌方段下沉監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)（表1）顯示，塌方段在塌方發(fā)生的首周內(nèi)最大下沉量達到5.3 mm，變形速率達0.6 mm/d。經(jīng)過塌方處治后，下沉量在一個月內(nèi)逐步回歸穩(wěn)定并處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，處治結(jié)果有效。

6 結(jié)語

在改擴建隧道項目的塌方處理上，首要的原則就是迅速反應(yīng)，及時封閉現(xiàn)場同時穩(wěn)固坍塌體，避免造

成二次事故。既有項目的塌方實際上多數(shù)是地質(zhì)條件的問題，施工擾動使其受力結(jié)構(gòu)變得更加脆弱，在[KG（0.2mm]實際施工過程中很難避免。因此，在改擴建隧道項目中，對于災(zāi)害的預(yù)防，更應(yīng)該引起管理人員的重視，通過規(guī)范施工和提高人員安全意識，減少塌方事故發(fā)生的可能性。在施工方式上，應(yīng)嚴(yán)格控制開挖進尺，及時進行支護，同時做好超前支護措施，加強監(jiān)測。做到超前支護一段，開挖一段;開挖一榀，支護一榀。在施工管理上，要注意提醒施工團隊安全作業(yè)，定期開展安全培訓(xùn)，強調(diào)安全紀(jì)律，培養(yǎng)安全意識。

參考文獻

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[2]張玉軒.公路隧道塌方誘因及處治技術(shù)研究[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2021，21（1）：101-104.

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[4]梁文輝.土質(zhì)淺埋隧道擴建技術(shù)研究[J].山西交通科技，2021（1）：71-73.

作者簡介：

覃 靖（1973—），高級工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作;

藍健寧（1996—），碩士，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作。