■王柏林（泉州臺(tái)商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州362000）

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淺談大坪子隧道塌方冒頂處理技術(shù)

■王柏林
（泉州臺(tái)商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州362000）

文中以大坪子隧道為例，論述泥巖隧道塌方冒頂處理技術(shù)。對(duì)塌方產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，制定措施及實(shí)施效果的反饋，對(duì)同類(lèi)隧道的施工具有一定的參考價(jià)值。

隧道塌方冒頂注漿處理

1引言

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)快速發(fā)展，隧道作為高速公路主要結(jié)構(gòu)物其數(shù)量也成倍增長(zhǎng)，一些地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大的隧道大量涌現(xiàn)。在隧道施工過(guò)程中，塌方是一種比較易發(fā)的事故，在國(guó)內(nèi)很多隧道在建設(shè)過(guò)程中都出現(xiàn)過(guò)。隧道施工中造成塌方的原因是多樣的，有地質(zhì)自然條件的原因，也有人為施工方法、施工質(zhì)量的原因。如何處理好塌方，盡可能降低塌方對(duì)施工進(jìn)度的影響同時(shí)保證后期運(yùn)營(yíng)的安全顯得尤為重要。本文從工程實(shí)例出發(fā)，分析泥巖隧道塌方發(fā)生的原因、處理的技術(shù)要求及實(shí)施效果，為同類(lèi)隧道塌方處理提供參考。

2工程概況

大坪子隧道位于廣西荔浦縣大塘鎮(zhèn)，隧道型式為分離式隧道，隧道左線起訖里程樁號(hào)：ZK35+070～K35+ 510，長(zhǎng)440m；隧道右線起訖里程樁號(hào)：K35+090～K35+ 550，長(zhǎng)460m。隧道內(nèi)為-2.5%的單向坡，隧道凈寬10.5m，凈高5.0m，隧道最大埋深約65m。圍巖等級(jí)為IV級(jí)。隧道采用新奧法施工，光面爆破，洞身開(kāi)挖采用三臺(tái)階法開(kāi)挖。地質(zhì)資料顯示隧道圍巖從進(jìn)口至出口，其巖層均為微風(fēng)化泥巖，其節(jié)理裂隙一般發(fā)育，穩(wěn)定性較好，圍巖等級(jí)為IV級(jí)，巖體呈巨塊狀整體結(jié)構(gòu)，施工時(shí)可能產(chǎn)生零星小坍塌。在隧道進(jìn)口及出口位置埋深較淺，局部可能產(chǎn)生較多風(fēng)化帶基巖裂隙水滲出現(xiàn)象。隧道中部埋深較深，不會(huì)產(chǎn)生較多基巖裂隙水滲出現(xiàn)象，局部可能有零星滴水。

3塌方情況

2011年4月20日晚上11點(diǎn)，掌子面開(kāi)挖至ZK35+ 417時(shí)，拱頂位置突然出現(xiàn)塌方，在拱頂土體滑落帶動(dòng)下迅速延伸至ZK35+433，導(dǎo)致該段已完成的初期支護(hù)出現(xiàn)變形，并在隧道頂形成長(zhǎng)8.5m，寬6.8m的塌穴，如圖1和圖2所示。

塌方段位于隧道左洞ZK35+417～ZK35+433段，長(zhǎng)16m。該段埋深約15m，位于淺埋段。初期支護(hù)參數(shù)淺埋段為Z4Q即Ⅰ18型鋼，縱向間距0.7m；噴240mm厚C25早強(qiáng)型混凝土，Ф8@200×200mm（雙層）鋼筋網(wǎng)；Ф22砂漿錨桿，長(zhǎng)3.5m，縱向間距0.7m，環(huán)向間距1.0m，梅花形布置。

圖1　洞頂塌穴情況

圖2　洞身塌方情況

4塌方原因分析

塌方發(fā)生后，經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、勘察等相關(guān)單位現(xiàn)場(chǎng)查勘、研究后確認(rèn)以下幾點(diǎn)原因：

（1）塌方段圍巖為微風(fēng)化泥巖，遇風(fēng)即風(fēng)化、遇水即軟化，強(qiáng)度降低，自身穩(wěn)定性差。

（2）施工期間處于廣西的雨季，連日的降雨導(dǎo)致地表水滲透進(jìn)土層及微風(fēng)化泥巖裂隙中，造成圍巖軟化，力學(xué)強(qiáng)度降低，同時(shí)土體飽和水作用下壓力劇增，造成初期支護(hù)型鋼變形，引起圍巖失穩(wěn)而產(chǎn)生大面積塌方。

（3）隧道開(kāi)挖時(shí)，下導(dǎo)坑開(kāi)挖未及時(shí)跟進(jìn)，初期支護(hù)不能形成封閉環(huán)，影響整體受力。

（4）針對(duì)泥巖遇風(fēng)即風(fēng)化、遇水即軟化的特性，未及時(shí)將掌子面暴露的圍巖采用噴射混凝土將其封閉。圍巖在空氣中暴露的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成泥巖風(fēng)化，且隧道內(nèi)濕氣過(guò)大，圍巖軟化失穩(wěn)。

（5）隧道埋深較淺，掌子面圍巖坍塌形成空洞，隧道頂土體失去穩(wěn)定下滑造成隧道冒頂。

5處理技術(shù)方案

5.1地面塌陷處理

（1）在塌陷坑四周5m外開(kāi)挖一條80cm×80cm的截水溝，底部采用水泥砂漿封閉，截水溝與洞頂及路基排水系統(tǒng)相連接；在塌陷坑位置搭設(shè)遮雨棚，雨棚寬度比塌陷坑四周各寬出2m，防止雨水及地表水流入；雨棚下四周設(shè)置30cm×30cm排水溝，并在最低點(diǎn)位置與截水溝相連接。

（2）用挖掘機(jī)清除塌穴內(nèi)的表土及其他雜物，并對(duì)塌穴進(jìn)行1：1削坡處理，夯實(shí)后噴射10cm厚C25早強(qiáng)型混凝土封閉坡面及塌穴底部。并在該位置采用梅花型布置、間距1.0m×1.0m、長(zhǎng)度為5m的Ф50小導(dǎo)管注漿加固。

（3）混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，用土對(duì)塌陷坑分層填筑、分層碾壓夯實(shí)，每層厚度不超過(guò)20cm，距地表1.5m范圍內(nèi)采用粘土回填夯實(shí)，并高出地面20cm。回填完成后，采用梅花型布置、間距1.0m×1.0m、長(zhǎng)度為5m的Ф50小導(dǎo)管注漿加固。

圖3　洞頂塌坑處理示意圖

5.2洞身塌方處理

（1）首先進(jìn)行排水處理，在隧道兩側(cè)重新開(kāi)挖布設(shè)排水溝，將洞內(nèi)水排出到洞外。

（2）掌子面用土及時(shí)回填反壓，防止塌方體繼續(xù)拓展，并及時(shí)噴射10cm厚C25混凝土封閉。完善掌子面的排水系統(tǒng)，防止地下水在掌子面出匯集，保持掌子面處于干燥狀態(tài)，避免由于積水狀態(tài)導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

（3）對(duì)ZK35+417至ZK35+450段進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，目的是防止塌方向洞口方向發(fā)展。臨時(shí)支護(hù)采用Ⅰ18型鋼作為臨時(shí)支撐，間距為0.7m。臨時(shí)支撐與原初期支護(hù)之間用木楔塞緊，端部設(shè)置4根3m長(zhǎng)的鎖腳錨桿。臨時(shí)支撐工字鋼之間縱向加設(shè)三道型鋼，加強(qiáng)整體性?？v向沿已施做的型鋼支護(hù)，環(huán)向間距1.5m施做徑向注漿小導(dǎo)管加固。

（4）在塌方段采用縱向間距0.5m、環(huán)向間距0.3m、長(zhǎng)度為5m的Ф50超前小導(dǎo)管注漿加固，傾角15°至20°。注漿順序由拱腳向拱頂推進(jìn)，由外側(cè)向內(nèi)側(cè)跳孔進(jìn)行。注漿材料為水泥漿液，水灰比為1∶1，注漿壓力為1.0MPa。

（5）將該段初期支護(hù)參數(shù)由Z4Q調(diào)整為Z5Q，即Ⅰ20a型鋼，縱向間距0.6m；噴260mm厚C25早強(qiáng)型混凝土，φ8@150×150mm（雙層）鋼筋網(wǎng)；Ф22砂漿錨桿，長(zhǎng)4.0m，縱向間距0.6m，環(huán)向間距0.8m，梅花形布置，增加仰拱部分型鋼支護(hù)。

（6）待水泥漿液固結(jié)后，采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法開(kāi)挖，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開(kāi)挖面施工。拱頂部分分左右兩側(cè)進(jìn)行，采用人工沿隧道開(kāi)挖輪廓線先開(kāi)挖出進(jìn)尺0.3m，環(huán)向長(zhǎng)度2.5m的工作面，及時(shí)安裝型鋼支護(hù)，施做錨桿及噴射混凝土封閉，采用同樣的方法施做另一側(cè)拱頂部分，沿隧道縱向延伸1.0m后施做拱腰部位，并依次向兩側(cè)拱腳施做。

（7）ZK35+417至ZK35+433段初期支護(hù)由于受到土體擠壓侵入二襯斷面，為保證二襯厚度，在塌方處理完成后對(duì)該段進(jìn)行換拱作業(yè)。在保證安全的前提下，拆除一榀支護(hù)一榀的作業(yè)方式進(jìn)行。

6塌方段監(jiān)控量測(cè)

6.1洞身監(jiān)控量測(cè)

隧道內(nèi)每隔5m沿?cái)嗝嬖诠绊敗⒐把?、邊墻位置共布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，拱頂和拱腰以下沉監(jiān)測(cè)作為重點(diǎn)，邊墻位置以水平收斂監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)距開(kāi)挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，并應(yīng)保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測(cè)讀初次讀數(shù)。在1～15d內(nèi)，每天早晚各測(cè)量1次；16～30d內(nèi)每天測(cè)量1次；1～3個(gè)月后每周測(cè)量1次，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)增加測(cè)量頻率。現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)繪制位移-時(shí)間曲線，曲線的時(shí)間坐標(biāo)軸下應(yīng)注明施工工序以及開(kāi)挖工作面離量測(cè)斷面的距離。

6.2地表沉降監(jiān)測(cè)

以隧道軸線為中點(diǎn)，10m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)5個(gè)點(diǎn)。點(diǎn)位采用混凝土澆筑固定。開(kāi)挖面距量測(cè)斷面前后＜2B時(shí)，1～2次/d；開(kāi)挖面距量測(cè)斷面前后＜5B時(shí)，1次/ 2d；開(kāi)挖面距量測(cè)斷面前后＞5B時(shí)，1次/周。

6.3監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)繪制位移-時(shí)間曲線，曲線的時(shí)間坐標(biāo)軸下應(yīng)注明施工工序以及開(kāi)挖工作面離量測(cè)斷面的距離。當(dāng)位移-時(shí)間曲線趨于平緩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，以推算最終位移和位移變化規(guī)律。采用回歸分析時(shí)，可在下列函數(shù)中選用：

（1）對(duì)數(shù)函數(shù)：例如：u=alg（1+t）、u=a+b/lg（1+t）

（2）指數(shù)函數(shù)：例如：u=ae、u=a（1-e）

（3）雙曲函數(shù)：例如：u=t/（a+bt）、u=a［1-1/（1+bt）］，式中a、b為回歸常數(shù)；t為初讀數(shù)后的時(shí)間（d）；u為位移值（mm）。

當(dāng)位移-時(shí)間曲線出現(xiàn)反常的急驟現(xiàn)象時(shí)，表明此時(shí)的圍巖-支護(hù)系統(tǒng)已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)停止開(kāi)挖，對(duì)危險(xiǎn)地段加強(qiáng)支護(hù)，確保已開(kāi)挖段的安全。

根據(jù)量測(cè)結(jié)果及變形曲線圖，計(jì)算并判定最終變形數(shù)據(jù)并及時(shí)反饋。監(jiān)測(cè)由塌方治理開(kāi)始至二襯施工完成結(jié)束，根據(jù)結(jié)果顯示該段相關(guān)量測(cè)數(shù)據(jù)均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

7結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)一系列的加固處理，塌方段隧道二襯未出現(xiàn)滲水、漏水、混凝土開(kāi)裂等現(xiàn)象，說(shuō)明該塌方冒頂處理方案正確、處理及時(shí)、措施恰當(dāng)、組織嚴(yán)密，處理效果良好。針對(duì)泥巖隧道塌方處理總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)：

（1）隧道發(fā)生塌方，應(yīng)及時(shí)迅速處理。處理時(shí)必須詳細(xì)觀測(cè)坍方范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明塌方發(fā)生的原因和地下水活動(dòng)情況，認(rèn)真分析，制定最佳處理方案。

（2）塌方冒頂，在清渣前應(yīng)支護(hù)陷穴口，地層極差時(shí)，在陷穴口附近地面打設(shè)小導(dǎo)管進(jìn)行地表注漿，洞內(nèi)可采用管棚或小導(dǎo)管配合鋼架支撐支護(hù)。

（3）處理塌方應(yīng)先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。塌方渣體完全堵住洞身時(shí)，宜采取先護(hù)后挖的方法。在查清塌穴規(guī)模大小和穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖體和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按先上部后下部的順序清除渣體，采取短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉的原則挖坍體，并盡快完成襯砌。

（4）隧道圍巖以泥巖為主，泥巖具有遇風(fēng)風(fēng)化，遇水泥化、軟化和脫水開(kāi)裂等特征，施工中應(yīng)堅(jiān)持“隨挖隨支護(hù)和先噴后錨”的原則，即噴錨或鋼架支護(hù)必須緊跟開(kāi)挖工作面，應(yīng)在爆破、通風(fēng)和清浮石后及時(shí)對(duì)巖面進(jìn)行初噴混凝土，盡快封閉圍巖，控制圍巖的初期變形。及時(shí)施作錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、架立鋼架，最后復(fù)噴混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，在噴錨作業(yè)期間，應(yīng)有人隨時(shí)觀察圍巖變化情況。

（5）處理塌方的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防排水工作。對(duì)隧道內(nèi)積水應(yīng)進(jìn)行及時(shí)排除，不要讓積水長(zhǎng)時(shí)間浸泡拱腳。同時(shí)做好地表水引排、截流措施，防止地表水由塌穴滲入塌體或地下，引截地下水防止?jié)B入塌方地段，以免塌方擴(kuò)大。

（6）塌方后要加設(shè)量測(cè)點(diǎn)，增加量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)信息及時(shí)研究對(duì)策。淺埋隧道，要進(jìn)行地表下沉量測(cè)。

［1］JTG/801，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).

［2］JTGF60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范.

［3］蘇建軍.淺談隧道塌方的處理技術(shù).中國(guó)水運(yùn)，2012（10）.

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

［5］閆東.隧道塌方分析及其整治.鐵道建筑，2007（1）.

［6］任文勝.隧道塌方原因分析及處理方案研究.山西建筑，2008（3）. ［7］孫聯(lián)偉.通過(guò)隧道塌方冒頂段施工技術(shù).隧道建設(shè)，2009（3）.