劉 剛

（山西路橋集團(tuán)國(guó)際交通建設(shè)有限公司，山西 太原 030006）

隧道施工過程中特別是黃土隧道施工過程中，由于不同的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工方法不當(dāng)，致使隧道開挖過程中出現(xiàn)不同類型的塌方，本文通過對(duì)新莊黃土隧道塌方冒頂原因的分析，根據(jù)塌方的原因制定了詳細(xì)的處治方案，并順利通過了塌方段，保證了隧道施工運(yùn)營(yíng)過程中的質(zhì)量、安全，取得了良好的處治效果。

1 隧道工程概況及塌方段工程地質(zhì)

1.1 隧道工程概況和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

新莊隧道為雙洞分離式兩車道隧道，左洞全長(zhǎng)542 m，起始點(diǎn)為 K84+285—K84+827；右洞全長(zhǎng)647 m；起始點(diǎn)為 ZK84+186—ZK84+828，隧道的平縱線形、幾何尺寸、凈空斷面和隧道照明均按80 km/h行車速度設(shè)計(jì)，凈寬10.25 m，凈高5.0 m。以新奧法原理設(shè)計(jì)和施工，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)荷載采用公路-I級(jí)。

1.2 隧道塌方段工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

新莊隧道該施工段處于V級(jí)圍巖淺埋段，根據(jù)地質(zhì)鉆探和地質(zhì)調(diào)查，隧址區(qū)出露地層由新到老為第三系上新統(tǒng)靜樂組（N2j）粉質(zhì)黏土，第四系上更新統(tǒng)馬蘭組黃土（Q3m）。

水文地質(zhì)類型為松散類孔隙水，圍巖巖性結(jié)構(gòu)松散，開挖過程中易產(chǎn)生變形和塌方。

2 新莊隧道塌方經(jīng)過介紹

隧道從出口掘進(jìn)，掘進(jìn)至掌子面ZK84+386，仰拱ZK84+394，二襯ZK84+395時(shí)，仰拱至掌子面區(qū)段拱架下沉，已經(jīng)侵占二襯厚度，同時(shí)下沉區(qū)段對(duì)應(yīng)地表出現(xiàn)裂縫及錯(cuò)臺(tái)；考慮到地表地形及右洞也將要進(jìn)入該區(qū)段，決定采用綜合處治的方案：洞外采用山體卸載并將卸載土體反壓回填至洞身兩側(cè)沖溝，洞內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，采用Ⅰ20b鋼拱架，間距60 cm，同時(shí)徑向錨管注漿加雙層超前小導(dǎo)管的方案。2013年4月，新莊隧道左洞發(fā)生塌方，該隧道左洞掌子面樁號(hào)ZK84+366，仰拱和二襯樁號(hào)仍為ZK84+394和ZK84+395，下沉量約3 m，鋼拱架扭曲變形、隧道初期支護(hù)變形損壞，同時(shí)地表出現(xiàn)寬10 m，長(zhǎng)10余米，深1～2 m的陷坑。

3 新莊隧道塌方原因分析

a）地形地質(zhì)不良,該區(qū)段隧道洞身兩側(cè)均為沖溝，地形較復(fù)雜，塌方區(qū)段位于土山邊緣，多為上部塌落土體，土體松散。

b）近期雨雪頻繁，再加上正值春融，地表水下滲，客觀上加速了圍巖軟化失穩(wěn)。

4 新莊隧道塌方處治方案

本隧道塌方區(qū)段（ZK84+366—ZK84+395），埋深、長(zhǎng)度和塌方量均較大，且位于山體邊緣，拱頂最大（覆蓋層）為60 m，如果采取明開挖施做明洞的方法，隧道長(zhǎng)度將減少約90 m，但洞口仰坡最高達(dá)12級(jí)，開挖總高度達(dá)96 m，挖方量達(dá)45萬m3，施工期間隨時(shí)有邊坡失穩(wěn)的可能性，即使完成，以后通車后運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較大。因此經(jīng)研究并參考業(yè)主專家組意見，決定對(duì)塌方冒頂陷穴段進(jìn)行地面處理后，仍采用暗挖通過的方案。

5 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的塌方情況制定如下處理方案

a）處理塌方的原則 安全第一，穩(wěn)打穩(wěn)扎，逐步推進(jìn)，確保洞內(nèi)初期支護(hù)不會(huì)出現(xiàn)二次塌方，嚴(yán)格按施工方案進(jìn)行塌體處治。

b）根據(jù)塌方冒頂處的地表及地形情況在洞頂?shù)乇硐菘痈浇O(shè)地表截水溝，截水溝做成50 cm×50 cm的土溝，坍穴上部覆蓋防雨布，阻止地表水及雨水進(jìn)入，以防止地面覆蓋層軟化造成更大的塌方。

c）施做未變形段(ZK84+395—ZK84+405)段臨時(shí)鋼拱架，防止塌方體下沉造成二襯開裂，臨時(shí)鋼拱架緊貼二襯內(nèi)緣，采用Ⅰ20a工字鋼，間距1.5 m。

d）洞內(nèi)塌方段塌腔(ZK84+366—ZK84+395)采用水泥砂礫粉煤灰進(jìn)行噴灌回填（回填料配合比：50%砂礫、40%～45%粉煤灰、5%～10%低標(biāo)號(hào)水泥，要求對(duì)回填料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度不小于5 MPa，要求必須噴灌密實(shí)，灌注前用砂袋碼砌ZK84+395—ZK84+400段，碼砌砂袋的作用，一是有利于塌腔回填密實(shí)，二是重新開挖時(shí)作為上導(dǎo)坑工作平臺(tái)。

e）洞內(nèi)塌方段回填完成后即可進(jìn)行地表陷坑治理，首先在陷穴頂部四周外側(cè)5 m開挖土質(zhì)截水溝引排地表水，以防地表水流入陷穴；其次對(duì)陷穴進(jìn)行分層回填并夯實(shí)，要求壓實(shí)度不小于93%，回填夯實(shí)完成后，表層施作0.5 m厚二八灰土隔水，并使回填土體高于原地面約0.5 m，土質(zhì)截水溝作為永久性排水設(shè)施保留。

f）地表處治完成后進(jìn)行洞內(nèi)開挖，洞內(nèi)開挖，采用三臺(tái)階七步開挖方，開挖時(shí)隨挖隨支，必須預(yù)留好核心土，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)仰拱。施工時(shí)遵循：預(yù)加固、管超前、小斷面、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、快封閉、勤量測(cè)的原則。超前支護(hù)用φ42超前小導(dǎo)管，初期支護(hù)用 I 20b工字鋼，@=60 cm，φ42系統(tǒng)錨管，L=500 cm，φ6雙層鋼筋網(wǎng)，@=15×15 cm，C25噴射混凝土28 cm，C25模筑鋼筋混凝土50 cm，具體設(shè)計(jì)圖如下圖。

（a）ZK84+356—ZK84+395 區(qū)段支護(hù)結(jié)構(gòu)見圖 1[1]。

圖1 ZK84+356—ZK84+395襯砌設(shè)計(jì)圖

（b）超前小導(dǎo)管施工一定要注意小導(dǎo)管打設(shè)的角度，嚴(yán)格控制在10°～15°，超前小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度不得小于1 m，注漿材料為水泥水玻璃漿液，水玻璃含量為5%～10%，控制好注漿壓力，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，超前小導(dǎo)管支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖2。

圖2 超前小導(dǎo)管支護(hù)設(shè)計(jì)圖

（c）為了有效防止黃土隧道塌方事故的發(fā)生，初期支護(hù)施工要做到下列規(guī)定：錨桿施工應(yīng)采用干鉆成孔，并采用早強(qiáng)材料錨固；不得在噴射混凝土前用水沖洗開挖面；施工中注意觀察垂直節(jié)理，必要時(shí)采取措施。泥土密貼，鋼拱架支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖3。

圖3 鋼拱架支護(hù)設(shè)計(jì)圖

（d）二次襯砌鋼筋安裝過程中，注意鋼筋和縱向排水系統(tǒng)的相互干擾，如有干擾，可適當(dāng)調(diào)整排水管的位置，保證鋼筋保護(hù)層的厚度符合要求，要保證鋼筋的搭接長(zhǎng)度不小于規(guī)范要求，二次襯砌配筋設(shè)計(jì)圖如圖4。

圖4 二次初砌配筋設(shè)計(jì)圖

g）按以上方法對(duì)待塌方區(qū)及擾動(dòng)段完全處理完成后，方可按原設(shè)計(jì)支護(hù)方案進(jìn)行開挖。

h）在施工過程中必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，必要時(shí)修改支護(hù)參數(shù)，確保施工安全。

i）施工前項(xiàng)目部要根據(jù)方案的要求做好施工組織設(shè)計(jì)，要求施工人員必須細(xì)化施工方案，細(xì)化每一道工序，按照施工方案實(shí)施，保證施工質(zhì)量。

j）為了有效防止黃土隧道塌方事故的發(fā)生，初期支護(hù)施工要做到下列規(guī)定：錨桿施工應(yīng)采用干鉆成孔，并采用早強(qiáng)材料錨固；不得在噴射混凝土前用水沖洗開挖面；施工中注意觀察垂直節(jié)理，必要時(shí)采取措施。

6 結(jié)語(yǔ)

用以上開挖方法和支護(hù)參數(shù)對(duì)黃土隧道塌方冒頂進(jìn)行加固處治后，順利通過了塌方段落，同時(shí)通過加密埋設(shè)拱頂下沉和周邊位移收斂的監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，獲得了準(zhǔn)確的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)拱頂沉降和水平收斂趨于穩(wěn)定[2]，說明該處理方法達(dá)到了預(yù)期的效果，為黃土隧道設(shè)計(jì)、施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。