黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

河源洞隧道洞口淺埋偏壓段塌方綜合處治及預(yù)防

黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

本文以湖南省汝城（贛湘界）至郴州高速公路河源洞隧道為背景，分析了淺埋偏壓段隧道坍塌的機(jī)理，提出了具有針對(duì)性的綜合處治方案，且給出了施工淺埋偏壓段隧道施工時(shí)的注意事項(xiàng)及預(yù)防坍塌的辦法，為類(lèi)似的隧道工程施工提供了參考。

隧道工程；淺埋偏壓；塌方；綜合處治；預(yù)防

湖南省汝城（贛湘界）至郴州高速公路第四合同段河源洞隧道，左洞起訖樁號(hào)ZK15+470～ZK16+305，長(zhǎng)835米，右洞起訖樁號(hào)YK15+465～ZK16+313，長(zhǎng)848米。本隧道為分離式小凈距隧道。隧道右洞軸線(xiàn)與等高線(xiàn)交角約55°，洞口軸線(xiàn)與地形的關(guān)系屬坡面斜交型，存在嚴(yán)重偏壓； 洞口段頂板為圍巖硬塑亞粘土，穩(wěn)定性差，為Ⅴ級(jí)圍巖，右洞YK16+262—YK16+310洞口段位置，隧道埋深4.8-21.6m，受地表水影響很大。

1 塌方情況

2009年12 月23 日凌晨，掌子面YK16+262拱部發(fā)生坍塌。坍塌體從坑道開(kāi)挖面拱部涌出，長(zhǎng)度約12m，呈錐坡?tīng)?，掌子面附近初期支護(hù)無(wú)明顯變形，噴射混凝土肉眼可看出坍塌沖擊力造成的裂紋，裂紋貫通整個(gè)支撐環(huán)，掌子面施工的超前注漿導(dǎo)管部分被折彎顯露出來(lái)。掌子面附近的噴射混凝土有環(huán)向裂紋，坍塌掌子面相對(duì)應(yīng)的山頂出現(xiàn)整體塌陷，塌孔呈橢圓形，最大直徑8m，深度最大8.5m。

2 塌方綜合處治方案

針對(duì)隧道拱頂下沉、塌方的情況，經(jīng)過(guò)論證和分析，處治流程如下：山頂坍塌孔、裂縫防排水處理→隧道內(nèi)塌方處理→拱頂?shù)乇碜{→仰拱地基處理→置換鋼拱架→山頂坍塌孔回填封閉。

2.1 山頂坍塌孔、裂縫防排水處理

沿山頂?shù)乇砹芽p長(zhǎng)度延伸方向人工清除裂縫周?chē)闹脖缓捅砥に赏?，裂縫每側(cè)清除2.5～3.0m范圍，用C20噴射混凝土封閉，防止地表水滲入。距裂縫5m外挖一道30×30cm臨時(shí)截水溝，溝內(nèi)噴射混凝土，其上鋪設(shè)防雨布，防雨布的邊角均用噴射混凝土封閉。

山頂塌孔內(nèi)（含側(cè)壁）噴射10cm厚C20混凝土，并在周?chē)诤门潘疁?，水溝底鋪設(shè)防雨布，塌孔上搭支架（圖1）并覆蓋防雨布（圖2），防雨布邊角延伸至水溝位置，以水泥砂漿將防雨布邊角封閉。

2.2 隧道內(nèi)塌方處理

2.2.1 掌子面、坍塌錐坡體用10cm厚C20噴射砼封閉，穩(wěn)定坍塌土體。

2.2.2 塌方掌子面拱頂打入9m的Φ89鋼管（t=4㎜），環(huán)向間距60cm。因塌方體松散，無(wú)需配備鉆機(jī)，采用挖掘機(jī)斗齒頂進(jìn)鋼管。安裝的鋼管一端焊成圓錐形，便于入孔，管的另一端在專(zhuān)用的管床上加工好絲扣。為方便施工，采用3m、6m長(zhǎng)管節(jié)分段頂進(jìn)。同時(shí)利用洞身開(kāi)挖臺(tái)車(chē)作為人工操作平臺(tái)，根據(jù)每根鋼管的孔位，在臺(tái)車(chē)上搭設(shè)腳手架作為頂進(jìn)鋼管時(shí)定位之用，為防止鋼管末端被損壞，用30cm長(zhǎng)的Φ108鋼管一端焊接鋼板封閉作為套管置于Φ89鋼管末端。為增強(qiáng)鋼管的剛度和強(qiáng)度，以20號(hào)水泥砂漿充填。采用液壓注漿機(jī)將M20水泥砂漿注入鋼管內(nèi)，初壓0.5mpa～1.0mpa，終壓2mpa，持壓15min后停止壓注。若未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整砂漿稠度繼續(xù)壓注，確保鋼管內(nèi)砂漿飽滿(mǎn)、密實(shí)。

2.2.3 在兩根Φ89鋼管之間打入長(zhǎng)6m的Φ42鋼管進(jìn)行超前支護(hù)，并注漿。超前小導(dǎo)管安設(shè)采用挖掘機(jī)斗齒直接頂進(jìn)，挖機(jī)斗齒頂進(jìn)鋼管時(shí)，為防止鋼管尾端被挖掘機(jī)斗齒損壞，用30cm長(zhǎng)的Φ50鋼管一端焊接鋼板封閉作為套管置于Φ42鋼管尾部。鋼管頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出，安裝注漿機(jī)灌注漿液。

2.2.4 塌方掌子面附近的初期支護(hù)鋼拱架用3.5m長(zhǎng)的Φ42鎖腳鋼管加強(qiáng)固定，將鋼拱架兩側(cè)拱腰位置的噴射混凝土鑿開(kāi)，露出工字鋼面，拱架兩側(cè)焊接18工字鋼臨時(shí)豎向支撐（圖3、圖4），鋼支撐基礎(chǔ)采用45cm厚碎石，基礎(chǔ)與豎向鋼支撐間墊25a槽鋼（圖5），豎向鋼支撐之間用Φ22鋼筋連接，增加橫向穩(wěn)定型。

2.3 拱頂?shù)乇碜{

圖1 塌孔上搭支架

圖2 覆蓋防雨布

圖3 臨時(shí)豎向鋼支撐圖

洞口拱頂?shù)乇磉M(jìn)行注漿處理：注漿區(qū)域橫向?qū)?5m，縱向10m，擬定間距為1.5m×1.5m，梅花形布置，注漿采用長(zhǎng)10m的Φ108熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚6mm，管身四周帶10mm的溢漿孔，溢漿孔間距40cm，孔口2m范圍不開(kāi)花孔。注漿液采用水泥凈漿，注漿材料選擇普通水泥，水泥選用32.5R的普通硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比為1：1，注漿時(shí)，配合比的選擇原則：吸漿量大，失漿嚴(yán)重，注漿壓力不上升的情況下采用雙漿液，其余采用單漿液，注漿初始?jí)毫σ话爿^小，甚至為零，終壓可控制在1.0Mpa?？紤]到裂縫部位孔隙較大，可能遇到吃漿量很大，注漿壓力跟不上去的情況，對(duì)此以控制注漿量為主，一般達(dá)到1.0Mpa注漿壓力后，穩(wěn)定2-3 min即可停止注漿。注漿工藝流程見(jiàn)圖6。

2.4 仰拱地基處理

河源洞隧道洞口段仰拱地基承載力不足，是導(dǎo)致隧道拱頂發(fā)生沉降，侵入二襯的因素之一。為此對(duì)洞口段仰拱地基進(jìn)行鋼管注漿處理（圖10）：注漿區(qū)域橫向?qū)?2.54m，縱向10m，注漿管間距1.0m×1.0m，梅花形布置，注漿采用Φ42鋼管，管身前端切削成尖錐狀，鋼管總長(zhǎng)3.0m，前端2.0m范圍布置梅花形泄?jié){孔，泄?jié){孔孔徑8mm，孔間距30cm。采用手持風(fēng)鉆鉆孔，并將φ42鋼管打入孔內(nèi)，如地層松軟也可用鐵錘或手持風(fēng)鉆將鋼管直接打入，如出現(xiàn)堵孔，用φ20mm鋼管制作吹風(fēng)管，將吹風(fēng)管緩緩插入孔中，用高壓風(fēng)吹孔，成孔后將鋼管插入，并用膠泥將管口密封。

對(duì)于打入的鋼管應(yīng)先沖洗管內(nèi)積物，然后注漿。注漿水灰比選用1:1、1:0.8、1:0.6三個(gè)等級(jí)。漿液由稀到濃逐漸變換，注漿完成后立即堵塞鋼管孔口，防止?jié){液外流。若地下水豐富，可采用水泥—水玻璃雙液注漿

2.5 初期支護(hù)換拱處理

施作仰拱后，拆除相應(yīng)拱、墻位置初期支護(hù)，鑿除侵入土石方，開(kāi)挖時(shí)預(yù)留20cm作為預(yù)留變形量，再重新施工初期支護(hù)。在河源洞隧道右洞出口換拱過(guò)程中，嚴(yán)格進(jìn)行地表、拱頂下沉、水平凈空收斂三項(xiàng)量測(cè)。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖7。

2.5.1 布點(diǎn)觀(guān)測(cè)

施工前，在洞內(nèi)該段初期支護(hù)鋼架上布置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，拱頂下沉觀(guān)測(cè)點(diǎn)及凈空收斂觀(guān)測(cè)點(diǎn)按每2米一個(gè)斷面進(jìn)行布設(shè)，以觀(guān)測(cè)圍巖及初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化；洞頂原地表，每5米一個(gè)斷面布設(shè)地表下沉觀(guān)測(cè)點(diǎn)，以觀(guān)測(cè)地表沉降。周邊收斂、拱頂下沉及地表下沉各項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)盡量集中斷面布設(shè)，以便量測(cè)成果分析。

地表下沉觀(guān)測(cè)點(diǎn)，以隧道中線(xiàn)為中心，間隔4米布共設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，從隧道換拱施工開(kāi)始進(jìn)行地表沉降觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)頻率為每天一次。

拱頂下沉觀(guān)測(cè)點(diǎn)，在隧道需換拱的初期支護(hù)上每三米設(shè)置一個(gè)點(diǎn)，換拱施工完的初期支護(hù)上每?jī)擅自O(shè)置一個(gè)點(diǎn)，并且在換拱施工完6小時(shí)內(nèi)用水準(zhǔn)儀進(jìn)行第一次觀(guān)測(cè)，觀(guān)測(cè)頻率為每天兩次，直至二襯完成后為止。

凈空收斂觀(guān)測(cè)點(diǎn)，在拱頂下沉觀(guān)測(cè)點(diǎn)同一斷面設(shè)置，儀器采用高精度收斂?jī)x，觀(guān)測(cè)頻率同拱頂下沉觀(guān)測(cè)。

2.5.2 測(cè)量數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)量測(cè)結(jié)果整理與分析，及時(shí)安排置換鋼拱架的時(shí)間，是控制隧道下沉，保證隧道施工安全與凈空的重要一環(huán)。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)單位提供離塌方最近測(cè)點(diǎn)YK16+250的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)整理分析，該樁號(hào)測(cè)點(diǎn)的洞內(nèi)收斂、拱頂沉降、地表下沉數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線(xiàn)關(guān)系圖見(jiàn)圖8、圖9、圖10。

圖4豎向鋼支撐頂部與拱架焊接

圖5 豎向鋼支撐底部墊25槽鋼

圖6

圖7 測(cè)點(diǎn)布置圖

從上述洞內(nèi)收斂、拱頂沉降、地表下沉數(shù)據(jù)與時(shí)間的曲線(xiàn)關(guān)系圖可以看出，變形曲線(xiàn)在2009年12月23日至2010年1月2日這段時(shí)間收斂和沉降由大逐漸變小，速率變化均勻，截止2010年1月3日，變形曲線(xiàn)明顯趨于平緩，表明圍巖向穩(wěn)定方向發(fā)展，則說(shuō)明隧道變形基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，換拱架的工作可以開(kāi)始。

2.5.3 置換鋼拱架

置換鋼拱架之前，首先應(yīng)將隧道仰拱施作完，并對(duì)初期支護(hù)鋼拱架施做臨時(shí)支撐，即利用換拱臺(tái)車(chē)每間隔一榀對(duì)初期支護(hù)鋼架連接處采用20工字鋼架設(shè)臨時(shí)豎撐、橫撐，橫豎撐間采用Φ22鋼筋連接，以免在換拱過(guò)程中相臨拱架受力過(guò)大而失穩(wěn)。

圖8

圖9

圖10

置換順序：利用換拱臺(tái)車(chē)從大里程逐環(huán)進(jìn)行，對(duì)每環(huán)的拱架置換應(yīng)遵循先墻后拱的原則，且每次只能開(kāi)挖一榀；侵入二襯的土方主要以人工利用風(fēng)鎬開(kāi)挖為主，嚴(yán)禁采用爆破作業(yè)，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，開(kāi)挖預(yù)留量20cm。

開(kāi)挖前要將制作好的Ⅰ20鋼架及鋼筋網(wǎng)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，噴漿機(jī)等設(shè)備調(diào)試好，開(kāi)挖拆除原初期支護(hù)鋼架完成后立即對(duì)巖面進(jìn)行初噴，架設(shè)新鋼架，安裝Φ42注漿鎖腳導(dǎo)管，將注漿鎖腳導(dǎo)管和鋼架焊接固定，并鋪鋼筋網(wǎng)片，完成后立即進(jìn)行C20噴砼作業(yè)，待噴砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一循環(huán)開(kāi)挖。對(duì)已換拱段，及時(shí)分段施工二次襯砌。

2.5.4 換拱安全控制措施

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間專(zhuān)職安全人員在場(chǎng)監(jiān)視圍巖變化，用哨聲通知作業(yè)人員撤離，在換拱臺(tái)架的前后各堆放沙堆，在極度危險(xiǎn)的情況下，人員可以跳到沙堆上迅速撤離。

施工期間，現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人會(huì)同技術(shù)人員對(duì)各部支護(hù)進(jìn)行定期檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)量測(cè)數(shù)據(jù)有突變或異變時(shí)，立即通知現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，采取應(yīng)急措施或通知施工人員撤離危險(xiǎn)地段。

對(duì)換拱段的地表水系進(jìn)行疏通，保證地表沒(méi)有積水，在降雨的過(guò)程中雨水可以盡快的排走，如地表出現(xiàn)裂縫，對(duì)地表的裂縫灌注水泥漿封閉，防止有水從裂縫滲入，對(duì)地表裂縫每天進(jìn)行觀(guān)察，一發(fā)現(xiàn)有新的情況，立即采取措施，根據(jù)裂縫的大小，現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，監(jiān)控量測(cè)資料綜合進(jìn)行分析，在分析的結(jié)果出來(lái)后決定是否施工還是采取措施加固。

2.6 山頂塌孔回填及封閉

塌孔段二襯混凝土澆筑完待強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，山頂塌孔采用不透水土分層回填，以小型夯實(shí)機(jī)具夯實(shí)，厚度以夯實(shí)厚度不超過(guò)30cm，回填標(biāo)高應(yīng)高出原地面，再澆注18cm厚C25防水混凝土封頂，封頂范圍較塌孔尺寸大2m。

結(jié)語(yǔ)

河源洞隧道右洞出口淺埋偏壓段塌方的綜合處治歷經(jīng)一個(gè)多月，經(jīng)過(guò)采取綜合處治措施之后，該處通過(guò)對(duì)洞頂塌方處地表沉降、洞內(nèi)拱頂下沉以及收斂觀(guān)測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生大量的沉降和收斂。實(shí)踐表明該處綜合處理技術(shù)能夠有效處治隧道淺埋偏壓段超沉、塌方等問(wèn)題。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].人民交通出版社.

[2]長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心.隧道監(jiān)控量測(cè)周報(bào)、月報(bào)[J].

[3]GB50086-2001，錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)計(jì)劃出版社.

[4]JTG H12-2003，公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].人民交通出版社.

[5]陳秋南.隧道工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.025