劉永志

1 工程概況

安康—毛壩高速公路是國家西部大開發(fā)“四縱四橫”八條西部開發(fā)省際公路通道的重要組成部分，是包頭—茂名全線高速公路的控制性工程之一，是目前陜西省已建和在建高速公路工程中橋隧比例最高、施工難度最大、地質(zhì)地形條件最復(fù)雜的項(xiàng)目。鳳凰山隧道是安毛高速公路重點(diǎn)控制性工程，左洞全長 4 971m(里程樁號為 ZK 211+174～ZK 216+145)，隧址區(qū)內(nèi)共發(fā)育 9條斷層，主要以壓扭性逆斷裂為主，在鳳凰山兩側(cè)可看到大型斷裂所造成的斷塊山。隧道平縱線形、隧道幾何尺寸和凈空斷面標(biāo)準(zhǔn)按80 km/h行車速度設(shè)計(jì)。隧道凈空寬度標(biāo)準(zhǔn)為隧道凈寬 10.25m(應(yīng)急停車帶凈寬 13m)，建筑限界高度 5.0m，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級。

洞門形式采用結(jié)構(gòu)簡單、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理，并與洞口地形、地貌協(xié)調(diào)一致的削竹式洞門，施工采用長 30m，φ89×8大管棚超前支護(hù)，實(shí)現(xiàn)拱頂零填挖處進(jìn)暗洞，隧道襯砌結(jié)構(gòu)形式均采用“新奧法”復(fù)合式襯砌。我合同段施工任務(wù)為鳳凰山隧道出口段 2 495m(里程樁號 ZK 213+650～ZK 216+145)。

2 隧道塌方描述及應(yīng)急處理措施

2.1 隧道塌方描述

鳳凰山隧道左線施工至 ZK 214+072，在 2009年 3月 5日晚23:30出碴完畢后將開挖臺架推至掌子面，遂發(fā)現(xiàn)拱頂有碎塊掉落，并不斷加劇，施工人員立即撤離，約 10min后掌子面拱頂上前部位出現(xiàn)坍塌，坍體方量超過 200m3，隨后坍體上部出現(xiàn)突泥現(xiàn)象。由于撤離及時(shí)沒有造成人員傷亡，但是 6m開挖臺架被碴體堆埋過半，重度損毀。坍塌碴體巖性破碎，呈碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化石英片巖，頂部有小股水流并夾雜有少量泥砂，有出現(xiàn)大量突泥的可能。

2.2 應(yīng)急處理措施

隧道塌方后，項(xiàng)目部立即啟動應(yīng)急預(yù)案，第一時(shí)間成立了塌方事故處理工作小組，通過對現(xiàn)場的勘查做出以下應(yīng)急處理措施:

1)立即通知業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)院等相關(guān)方到場，對塌方突泥事故的進(jìn)一步分析處理做好充分準(zhǔn)備。2)地質(zhì)工程師對掌子面進(jìn)行 24 h不間斷觀察，隨時(shí)掌握塌方發(fā)展態(tài)勢，同時(shí)測量人員對掌子面 20m范圍內(nèi)每間隔 1 h做拱頂沉降及圍巖收斂觀測，隨時(shí)分析、上報(bào)數(shù)據(jù)，為施工安全做好保證。3)掌子面退后 10m按照Ⅴ級圍巖的支護(hù)等級對原設(shè)計(jì)的Ⅲ級圍巖做進(jìn)一步的加固處理，以避免塌方向洞口方向進(jìn)一步擴(kuò)張，支護(hù)參數(shù)見表 1。其中，φ50×5超前鋼管支護(hù)，沿拱頂部位對稱布置 31根。4)由于本處隧道埋深 250m，根據(jù)塌方突泥現(xiàn)象判斷隧道可能經(jīng)過湖底或深切河床，等天亮后安排地質(zhì)工程師到隧址上方進(jìn)行地表勘察。

暫不清理塌方碴體，用來支撐掌子面前方圍巖，待專家及相關(guān)方確定方案后再做處理。

表1 支護(hù)參數(shù)對比

3 塌方原因分析

塌方發(fā)生后經(jīng)過建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及相關(guān)專家實(shí)地勘察，最終確定造成隧道塌方突泥的原因?yàn)?

1)實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)本里程段線路右側(cè)地表有天然水湖一個(gè)，距地表線路樁點(diǎn)位置不足 50m，面積大概 2 800m2，受地質(zhì)深切影響最深達(dá) 28m，常年積水。在基巖構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化裂隙水的共同作用下，對圍巖造成了較大侵蝕。2)經(jīng)過TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，本段存在小斷層，長度 40m左右。隧道穿越地段主要為綠泥石(石英)片巖，呈灰黃色，變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，受斷裂構(gòu)造影響，巖體穩(wěn)定性較差。地質(zhì)斷裂構(gòu)造復(fù)雜使得圍巖分級與原設(shè)計(jì)的Ⅲ級圍巖分級不夠準(zhǔn)確，由此引出一系列支護(hù)參數(shù)和施工措施偏弱，缺少了超前支護(hù)和拱架支護(hù)，難以對圍巖進(jìn)行較好的加固處理。3)按照原設(shè)計(jì)的Ⅲ級圍巖進(jìn)行施工時(shí)，爆破施工的振動波對圍巖擾動過大，破壞了圍巖原有的承重結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致巖體失穩(wěn)發(fā)生坍塌。

4 塌方處理方案

1)做好塌方段后方的加固處理，按照應(yīng)急處理措施對掌子面后 10m范圍加固圍巖。2)掌子面噴射 30 cm厚C 20混凝土將整個(gè)碴體面進(jìn)行封閉，形成止?jié){墻，對掌子面進(jìn)行加固處理。3)由于坍塌方量不大，沒有造成較大的塌腔，所以沒必要對塌穴進(jìn)行復(fù)雜處理，只需做好掌子面前方圍巖的預(yù)加固處理。最終決定沿拱頂 120°范圍內(nèi)做長 6m，間距 40 cm，外插角 20°的 φ50×5熱軋無縫鋼管，前端做成尖錐形，管壁上每隔 7.5 cm設(shè)孔直徑為 8mm的注漿孔(尾部 30 cm范圍不設(shè)，作為預(yù)留止?jié){段)，一環(huán) 4排呈梅花形布置，注 1∶1水泥漿，注漿終壓以不小于 1.5MPa為準(zhǔn)，避免發(fā)生較大突泥涌水現(xiàn)象。4)采用三臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，臺階間距控制在 20m內(nèi)，下臺階與中臺階間距在 5m～15m，可以根據(jù)圍巖穩(wěn)定情況適當(dāng)縮短以便于施工，下臺階采用馬口跳槽施工，馬口間距左右側(cè)錯(cuò)開，同側(cè)相鄰馬口間距 2m，盡量采用機(jī)械配合人工開挖，必要時(shí)可放小炮，減少對周邊圍巖的擾動，核心土的開挖時(shí)間以鋼拱架支護(hù)、噴射混凝土完畢時(shí)施工為準(zhǔn)。5)徑向系統(tǒng)錨桿采用長4m的φ25中空注漿錨桿，環(huán) ×縱 =100 cm×50 cm(環(huán)向 100 cm，縱向 50 cm)，梅花形布置，注 1∶1水泥漿，以加固圍巖和固定周邊較大塊石，防止發(fā)生大塌方。6)增設(shè)拱架支撐:用Ⅰ20a工字鋼，間距 50 cm，分 5個(gè)單元施工，拱架施工需緊跟掌子面，并在拱架連接部位增設(shè)鎖腳錨桿，規(guī)格為長4m的 φ25砂漿錨桿兩根，以減少先開挖的上、中臺階發(fā)生過大沉降。7)由于巖體極其破碎，呈碎裂狀，加之地表水湖存在，為防治水患增設(shè)徑向小導(dǎo)管，規(guī)格為長 5 mφ42×4的焊管，沿拱圈180°范圍間距為 200 cm×200 cm，呈梅花形布置，外插角為 60°，以便于施工，前端做成尖錐形，管壁上每隔 7.5 cm設(shè)孔直徑為8mm的注漿孔(限前端 2.5m范圍內(nèi))，一環(huán) 4排呈梅花形布置，注水泥—水玻璃雙液漿，水玻璃濃度 35 Be，模數(shù) 2.4，水泥漿∶水玻璃漿液體積比控制在 1∶0.6～1∶0.8之間，注漿終壓以不小于2MPa為準(zhǔn)，以此固結(jié)塌方處松散圍巖，同時(shí)對圍巖周邊的裂隙水進(jìn)行封堵。8)鋼筋網(wǎng)采用 Φ8鋼筋，網(wǎng)格尺寸 20 cm×20 cm，雙層布置，拱架內(nèi)外各一層，噴射混凝土為 C20，厚度 26 cm。9)仰拱施工采用半幅施工，5m一個(gè)單元跳槽開挖，盡早澆筑混凝土。10)除防水按設(shè)計(jì)正常施工外，襯砌混凝土采用 50 cm厚防水混凝土，抗?jié)B等級不低于 S8，同時(shí)增設(shè)襯砌鋼筋，提高結(jié)構(gòu)安全儲備，襯砌混凝土的施工時(shí)間以拱頂沉降及圍巖收斂監(jiān)控量測分析結(jié)果為依據(jù)，以圍巖變形基本穩(wěn)定時(shí)間施工為準(zhǔn)。

塌方處理平面圖見圖1。

5 施工監(jiān)控量測

加強(qiáng)該段的監(jiān)控量測工作，加大量測的頻率，增加觀測點(diǎn)。通過監(jiān)控量測的結(jié)果來確定支護(hù)的穩(wěn)定性，在洞內(nèi)每個(gè)斷面的拱頂、拱腰及邊墻共布設(shè)了 7個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每隔 2m設(shè)置一組測點(diǎn)，以拱頂和拱腰的下沉監(jiān)測為重點(diǎn)，邊墻以水平收斂監(jiān)測為主。觀測點(diǎn)的埋設(shè)在噴射混凝土之前完成，第一次量測在噴射混凝土?xí)r完成，下次量測在后續(xù)工作施工前進(jìn)行，特別注意鋼支撐連接前后到沉降穩(wěn)定過程的圍巖收斂情況。根據(jù)量測結(jié)果找出回歸方程，并及時(shí)繪制變形曲線及應(yīng)力—應(yīng)變曲線，由回歸方程推算最終的位移值，以判定最終變形值，再根據(jù)變形量及時(shí)調(diào)整開挖預(yù)留變形量和支護(hù)參數(shù)。根據(jù)該段隧道量測結(jié)果，邊墻處最大水平收斂5.61 cm，拱頂處最大沉降 4.65 cm，拱腰處最大沉降 3.55 cm。施工中出現(xiàn) 4次數(shù)據(jù)異常處，采用增設(shè)鎖腳錨桿、加快噴射混凝土、注漿等加固措施，確保了施工安全。

6 施工保證措施

6.1 質(zhì)量保證措施

1)塌體的注漿必須飽滿，將松散圍巖固結(jié)，超前小導(dǎo)管施工完畢，漿液凝固后方可進(jìn)行開挖。

2)每榀拱架由測量組現(xiàn)場控制進(jìn)行調(diào)整，合格后方能定位，確保隧道凈空，保證襯砌厚度。

3)拱架必須與隧底垂直，螺栓連接牢固，確保拱架受力良好。

4)注漿管及錨桿注漿飽滿，注漿壓力和長度滿足要求，與拱架焊接牢固。

5)嚴(yán)格按配合比拌料及添加外加劑，確保注漿及噴射混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 安全保證措施

1)項(xiàng)目部主要領(lǐng)導(dǎo)輪流值班，對塌方處理進(jìn)行安全觀察，優(yōu)化方案，同時(shí)監(jiān)督質(zhì)量，確保安全、順利渡過塌方段。2)所有施工工序?yàn)樗蕉翁幚碜尩溃牧霞霸O(shè)備保證滿足施工需求。3)值班人員隨時(shí)觀察前方圍巖穩(wěn)定情況，出現(xiàn)異常情況無法保證安全時(shí)，立即通知所有施工人員撤離至安全位置。4)現(xiàn)場照明應(yīng)滿足施工要求。5)施工用電纜必須完好，且要懸掛，避免漏電傷人。

7 結(jié)語

隧道塌方處理后經(jīng)過兩個(gè)雨季的考驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)塌方段襯砌不滲不漏，表面干燥，無裂縫，說明塌方突泥段處理取得了預(yù)期效果。通過塌方突泥處理得出如下經(jīng)驗(yàn):

1)工程地質(zhì)條件的突變是造成鳳凰山隧道塌方突泥的主要因素，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧址區(qū)地形、地貌相結(jié)合，充分了解圍巖特性，從而制定合理的施工方法才能很好的避免隧道施工的突發(fā)情況。

2)做好監(jiān)控量測工作，用圍巖收斂數(shù)據(jù)指導(dǎo)隧道支護(hù)參數(shù)的調(diào)整是“新奧法”施工的主旨，同時(shí)也使隧道施工達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理的效果。

3)針對不同的隧道圍巖地質(zhì)情況制定切實(shí)、詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案很有必要，這樣有利于減少解決塌方、突泥涌水等突發(fā)情況的反應(yīng)時(shí)間，有條不紊，把損失降到最低。

[1] JTJ 042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 朱永全，宋玉香.隧道工程[M].北京:中國鐵道出版社，2005:9.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社，2003.

[4] 李建軍.隧道超前支護(hù)管棚工法設(shè)計(jì)與計(jì)算研究[J].公路交通技術(shù)，2007(2):57-58.