李科 楊旭東

【摘要】以某高原高寒地區(qū)隧道為研究對象，在隧道施工過程中針對隧道坍塌進(jìn)行原因分析，較詳細(xì)的闡述了塌方處理方案，同時對同類隧道塌方的處理和防治提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】隧道；塌方；處理；預(yù)防

1、工程概況

某高原高寒地區(qū)隧道位于青海省境內(nèi)，該隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕高山地貌區(qū)，隧道范圍內(nèi)中線高程2958m～3025m，最大高差約67m。隧址區(qū)第四系覆蓋層主要為沖積成因卵石，下伏基巖主加里東中期侵入花崗巖，地下水主要為基巖裂隙水，碎石及卵石亦為地下水主要賦存空間。隧道圍巖為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級，洞口土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段采用上下臺階留核心土法開挖，隧道洞身段的Ⅳ、Ⅴ級圍巖按上下臺階法開挖，Ⅲ級圍巖按全斷面法開挖。按照新奧法設(shè)計施工，隧道主洞內(nèi)輪廓采用單心圓形式。拱半徑為5.61m，凈空面積為64.49m2。

2、塌方經(jīng)過及原因分析

該高原高寒地區(qū)隧道2012年2月2日19：22在進(jìn)口左洞ZK6+163處掌子面開挖時，隧道開挖以淋雨狀、涌流狀出水，掌子面圍巖呈破碎狀，拱頂出現(xiàn)塌方，ZK6+163-ZK6+160已施做完成的鋼拱架局部垮塌、變形，ZK6+160-ZK6+150段初支表面出現(xiàn)裂縫。隧道進(jìn)口段圍巖級別為V級，襯砌形式為S5c型，洞身巖性為花崗巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，全風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化，富含裂隙水，巖體自穩(wěn)能力差。塌方段洞頂覆蓋層較淺，隧道開挖以淋雨狀、涌流狀出水，上導(dǎo)施工時開挖擾動原巖，因圍巖壓力增大，未及時初噴混凝土封閉掌子面，在拱頂位置致使塌方。塌方主要原因是，地質(zhì)條件與原設(shè)計存在較大差異，隧道開挖至此處時，沒有正確、有效預(yù)報地質(zhì)情況并采取措施，導(dǎo)致了本次突發(fā)性塌方事故的發(fā)生。

3、處理方案

該高原高寒地區(qū)隧道塌方治理，主要采取了直接支護(hù)治理、雙層超前小導(dǎo)管注漿施工、泵送混凝土回填及其綜合應(yīng)用措施。

3.1塌方后方加固處理。（1）在ZK6+160-ZK6+150段10m范圍內(nèi)，初支內(nèi)側(cè)架設(shè)工字鋼架，作為臨時加強(qiáng)支撐。工字鋼采用I20b工鋼，工字鋼架應(yīng)緊貼原有初支工字鋼下方，采用φ20鋼筋將工字鋼焊接連接成整體。每榀工字鋼拱腳設(shè)置鎖腳錨桿4根，左右兩側(cè)各2根，鎖腳錨桿采用φ22砂漿錨桿，長度3.5m。（2）在ZK6+160-ZK6+155段5m范圍內(nèi)，自起拱線以上打設(shè)徑向注漿錨管加固圍巖，錨管采用長3.5m，壁厚4mm，外徑φ42mm的熱軋無縫鋼管加工制成，前段加工成錐型，并在管壁四周打四排φ6mm壓漿孔。注漿管呈梅花型布置，注漿管間距為100×100cm。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿終壓力為0.6—1Mpa，其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行核定。

3.2塌方段處理方法。（1）為防止塌方的縱向延伸，采用10cm厚C25噴射混凝土封閉坍塌體掌子面。（2）ZK6+170-ZK6+160段10m范圍內(nèi)，加強(qiáng)超前支護(hù)，在拱頂120°范圍內(nèi)設(shè)置雙層超前小導(dǎo)管注漿加固松散圍巖（小導(dǎo)管外徑φ42mm，L=4.5m，環(huán)向間距35cm），小導(dǎo)管第一層打入角度45°，排距為1.5m。第二層打入角度10°，排距為1.5m。內(nèi)外層小導(dǎo)管錯開一榀布設(shè)。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿終壓力為0.6—1Mpa，其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行核定。（3）塌方體處理段落先暫定為10m（里程為：ZK6+170-ZK6+160）。該段塌方體在處理過程中，如塌方堆積體厚度高于拱頂不足3米，則需泵送C25混凝土形成護(hù)拱，高度按0.6m-0.8m控制，如塌方堆積體厚度高于拱頂3米以上，則不需要泵送C25砼。（4）ZK6+170-ZK6+160段10m范圍內(nèi)，襯砌類型變更為S5a型。其中，鋼拱架間距調(diào)整為50cm，系統(tǒng)錨桿由D25中空注漿錨桿調(diào)整為φ42mm注漿鋼管，環(huán)距、排距均為100cm。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿終壓力為0.6—1Mpa，其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進(jìn)行核定。（5）開挖至ZK6+170后，再根據(jù)現(xiàn)場情況確認(rèn)是否調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

3.3方案實施。對坍塌體掌子面進(jìn)行噴射砼封閉，緊接著對ZK6+160-ZK6+150段施作護(hù)拱，工字鋼架緊貼原有初支工字鋼下方，嚴(yán)格施作鎖角錨桿，保證鋼拱架拱腳落在堅硬巖石上。再施作超前小導(dǎo)管，但由于塌方段圍巖破碎，φ42mm雙層超前小導(dǎo)管鉆孔困難，打設(shè)深度1m多后易塌孔，小導(dǎo)管無法搭設(shè)至設(shè)計孔深，施工緩慢。項目部與設(shè)計溝通采用L=4.5m長自進(jìn)式錨桿，第一層打入角度45°，排距為1.5m。第二層打入角度10°，排距為1.5m。注漿采用水泥漿液，水灰比1：1，注漿終壓力為0.6—1Mpa。較好的解決鉆孔難的問題，及時對塌方段圍巖進(jìn)行加固。超前導(dǎo)管施工完成后，采用上下臺階留核心土法開挖。每循環(huán)進(jìn)尺0.5米，工字鋼采用Ⅰ20b，按設(shè)計預(yù)留核心土對掌子面進(jìn)行反壓，鎖角錨桿采用D25中空注漿錨桿，一側(cè)兩根設(shè)置，長度3.5m，同時嚴(yán)格按照處理方案要求打設(shè)系統(tǒng)錨桿。第一個循環(huán)施工完成后，經(jīng)觀測掌子面及后側(cè)的初支基本無變形，洞頂圍巖固結(jié)較好。繼續(xù)進(jìn)行下一循環(huán)的施工，安排專人對圍巖進(jìn)行觀測，增加監(jiān)控量測的頻率。同時及時施工仰拱及二襯，縮短施工步距。緩慢通過坍方段，經(jīng)檢測測塌方體厚度不足3米，無需泵送C25砼。塌方完全處理完畢，整個處理過程再無發(fā)生坍塌現(xiàn)象，且無任何安全事故發(fā)生。

4、處理效果監(jiān)測

塌方后項目加大監(jiān)控量測頻率，及時掌握塌方段后方初支變形情況。在隧道出口端斷層帶沿隧道縱向每隔5m布置測點分別對初次支護(hù)拱頂下沉、凈空位移（拱腳水平收斂及墻腰水平收斂和二次襯砌的收斂 ）等進(jìn)行量測。監(jiān)測儀器分別使用DSZ2水準(zhǔn)儀（配測微器）和JSS30A型數(shù)顯收斂計，測點布置如圖。

在掌子面塌方穩(wěn)定后，項目部及時組織量測初始值時，經(jīng)檢測 ZK6+160-ZK6+150段12小時內(nèi)拱頂沉降1.5cm，項目部及時按照處理方案，增加臨時護(hù)拱，嚴(yán)格施作連接筋和鎖角錨桿，使工字鋼與初支面密貼。施工完成后，當(dāng)天累計沉降量1.5mm，有效的加固該段的初支，預(yù)防塌方段的延伸擴(kuò)大。

5、隧道塌方預(yù)防措施

（1）做好超前地質(zhì)預(yù)報工作。尤其是洞口Ⅴ級圍巖強(qiáng)風(fēng)化段，要認(rèn)真及時地分析和觀察開挖工作面巖性變化，遇有滲水增大、圍巖破碎和整體性變差等現(xiàn)象，應(yīng)及時改變施工方案。（2）加強(qiáng)圍巖量測工作。通過對量測數(shù)據(jù)分析處理，按照時間一位移曲線規(guī)律，及時調(diào)整和加強(qiáng)初期支護(hù)。（3）嚴(yán)格控制爆破裝藥量，盡量減小對軟弱破碎圍巖的擾動。（4）加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報監(jiān)控，及時使用EKKO地質(zhì)雷達(dá)對圖紙揭示的圍巖破碎帶進(jìn)行預(yù)測，同時采用多種方式聯(lián)合檢測，相互印證綜合預(yù)報，指導(dǎo)施工。（5）必要時采用超前水平鉆進(jìn)行超前探孔，探測掌子面前方圍巖情況，同時又能增加爆破臨空面，提高爆破效果。（6）保證施工質(zhì)量，超前預(yù)注漿固結(jié)止水，鋼架制作、支護(hù)質(zhì)量必須符合設(shè)計及驗標(biāo)要求。（7）嚴(yán)格控制開挖工序，尤其是一次開挖進(jìn)尺，杜絕各種違章施工。

6、結(jié)語

（1）隧道坍塌方對工程的進(jìn)度和效益影響巨大，所以在隧道施工中首要的任務(wù)是切實做好各種防坍塌措施，防止坍塌的發(fā)生。（2）在隧道坍塌方處理中，如坍塌方體積較大，對坍塌體不宜先行清除，否則可能引起坍塌的加大。采用注漿固結(jié)能保證施工安全，投入小、見效快，施工方便。（3）加強(qiáng)此段隧道洞內(nèi)外監(jiān)控量測工作，并應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度、增強(qiáng)臨時支撐剛度等應(yīng)對措施以確保安全。（4）隧道坍塌方處理當(dāng)中應(yīng)堅持“嚴(yán)注漿，強(qiáng)支護(hù)，短進(jìn)尺，快成環(huán)，勤量測，二襯緊跟”的原則，采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，保證掌子面穩(wěn)定，發(fā)揮機(jī)械優(yōu)勢，減少開挖時間，確保施工安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳豪雄，殷杰主編.隧道工程.北京：中國鐵道出版社，2003.

[2]關(guān)寶樹編著.隧道工程施工要點集.北京：人民交通出版社，2003.

[3]朱漢華，尚岳全，符文熹，等著.公路隧道設(shè)計與施工新法.北京：人民交通出版社，2002.

[4]公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTJ042-94）.人民交通出版社第1版.1995.

作者簡介

李科（1982.03—），男，漢族，四川瀘州，碩士，工程師，工作單位：中交路橋技術(shù)有限公司，主要研究方向：土木工程.