鄧 華

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

公路隧道常見中小規(guī)模塌方處治及預防控制措施

鄧 華

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

受自然地質條件、施工方法和施工質量等的影響，中小型塌方在公路隧道施工中經常發(fā)生，造成人員傷亡、工期延誤、機械設備毀壞、工程費用增加等后果。分別對冒頂塌方、未冒頂塌方等兩種塌方處治方法進行了探討，并提出了塌方預防控制措施。對隧道塌方處治及預防有一定的指導意義。

隧道； 塌方； 處治； 預防

1 概述

在采用鉆爆法施工的隧道工程中，塌方災害是隧道建設過程中的普遍災害,尤其是中小型塌方較多。根據塌方堆積體的體積大小，劃分為較小、小、中、大塌方。對于常見的上下臺階法開挖的2車道隧道，其上臺階為單心半圓，內輪廓半徑從5.1～5.55 m，延米體積為50～63 m3，根據塌方堆積體頂部充填長度l和塌方堆積體體積V，將塌方按照塌體規(guī)模劃分為較小、小、中、大塌方，見表1。

表1 塌方分類表塌方類別塌方堆積體頂部充填長度l/m塌方堆積體體積V/m3較小l≤1V≤50小1

本文主要探討中小型規(guī)模塌方的處治及預防方法。對于中小型塌方事故的處治，國內已經積累了一些經驗，大多是根據每一處塌方的實際情況，進行針對性的處治，而沒有形成系統(tǒng)的中小型塌方處治手冊。塌方分為冒頂塌方、未冒頂塌方的兩種型式，冒頂塌方就是巖體坍塌至地表，未冒頂塌方就是巖體坍塌未至地表，在圍巖內部形成一空腔。本文比較詳細地探討了中小型塌方處治方法，并提出了一些塌方預防控制措施。

2 塌方處治

2.1 中小型冒頂塌方的處治

1) 塌方體頂面在隧道輪廓線附近(2 m范圍內)。

隧道發(fā)生冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線附近，見圖1。

圖1 冒頂塌方

為了保證施工安全及處治效果，具體處理措施為： ①在地表沿塌坑四周施做排水溝并用彩布遮蓋塌坑； ②把塌方體沿著隧道輪廓線抹平(把塌方體頂面做為底模)，并澆筑C20混凝土護拱,護拱高1 m，護拱中埋設2根Φ89鋼管，鋼管嵌入圍巖不小于0.5 m，見圖2；③塌體開挖并支護，鋼拱架間距0.5 m每榀；④塌坑回填并拍實。

圖2 護拱法處治

2) 塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上。

隧道發(fā)生冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上，見圖3所示。

圖3 冒頂塌方

針對這種情況，具體處理措施為： ①在地表沿塌坑四周施做排水溝并用彩布遮蓋塌坑； ②在塌方體頂面澆筑一層C20混凝土，厚20 cm，防止跑漿； ③在塌腔部位施做Φ42小導管并注漿，注漿終壓為1.5 MPa，小導管長4 m，環(huán)向間距40 cm，縱距2 m，見圖4所示； ④塌體開挖并支護，鋼拱架間距0.5 m每榀；⑤塌坑回填并拍實。

圖4 注漿小導管處治

2.2 中小型未冒頂塌方的處治

中小型未冒頂塌方的處治應根據塌方體的情況而定，可以分為以下兩種情況：

1) 塌方體頂面在隧道輪廓附近(2 m以內)。

隧道發(fā)生未冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線附近，見圖5。

圖5 空腔塌方

為了施工安全，采用如下處治措施： ①反壓回填塌方體并加固，防止塌方的進一步發(fā)生； ②抹平塌方體，并澆筑混凝土護拱，護拱厚度1.5～2 m； ③對塌腔進行吹沙回填； ④隧道開挖并支護。見圖6。

圖6 護拱法空腔塌方處治

2) 塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上。

隧道發(fā)生空腔塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上，見圖7所示。

圖7 空腔塌方

具體處治措施為： ①對塌腔進行吹沙回填； ②在塌腔部位施做Φ42小導管并注漿，注漿終壓為1.5 MPa，小導管長4 m，環(huán)向間距40 cm，縱距2 m，見圖8所示；③塌體開挖支護鋼拱架間距0.5 m/榀。

圖8 小導管注漿空腔塌方處治

3 隧道塌方預防研究

在軟弱位移或斷層地帶，塌方很容易發(fā)生，但實際上大多數的塌方是可以控制的，本文通過加強超前支護及改變開挖方法來控制塌方，超前支護有小導管、長管棚、錨桿等等，開挖方法有三臺階法、弧形導坑預留核心土法等。

3.1 超前支護控制措施

超前支護是在隧道開挖前沿隧道輪廓線對圍巖進行加固，加固的范圍一般為隧道輪廓線外2～3 m，長管棚一般用在隧道洞口破碎段，超前小導管通常用于Ⅴ級圍巖地段，而超前錨桿一般用在Ⅳ圍巖地段。超前支護施工完畢之后，再對隧道進行開挖，在加固圈保護的作用下隧道開挖之后的圍巖變形會小很多。

3.1.1 長管棚

隧道洞口段一般圍巖破碎，為了施工安全，左右洞一般都要施做長管棚。管棚鋼管采用φ108×6 mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距40 cm，接頭用長15 cm的絲扣直接對口連接。鋼管設置于襯砌拱部，平行路面中線布置。要求鋼管偏離設計位置的施工誤差徑向不大于20 cm，沿隧道縱向同一橫斷面內接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭數至少須錯開1.0 m。為增強鋼管的剛度，注漿完成后管內以M30號水泥砂漿填充。為了保證鉆孔方向，在明洞襯砌外設80 cm厚C30鋼筋混凝土套拱，套拱縱向長2.0 m，套拱內設置φ133×4 mm孔口管?？紤]鉆進中鉆頭下垂，鉆孔方向應較鋼管設計方向上偏1°。鉆孔位置、方向均應采用測量儀器測定，在鉆進過程中也必須用測斜儀測定鋼管偏斜度，發(fā)現偏斜有可能超限，應及時糾正，以免影響開挖和支護。長管棚布置圖見圖9所示。

圖9 長管棚布置圖(單位： cm)

3.1.2 超前小導管

隧道Ⅴ級圍巖地段設置了超前小導管，在掌子面超前施作后可以為后續(xù)初期支護的施工提供足夠的時間和安全保護。鋼管采用φ42×3.5 mm的熱軋無縫鋼管。鋼管環(huán)向間距40 cm，外插角控制在5°～10°左右，尾端支撐于鋼架外側，每排小導管縱向至少需搭接1.0 m。超前小導管注漿采用水泥漿液，注漿參數及注漿量應根據現場實際情況定，注漿參數建議如下：水泥漿水灰比：0.5∶1～1∶1；水玻璃溶度：35波美度，模數為2.4，摻量按水泥用量的5%計；注漿壓力按0.5～1.0 MPa，每孔注漿量達到設計注漿量時可以結束注漿。對于極破碎段可以考慮雙排超前小導管，小導管的布置圖見圖10所示。

圖10 小導管布置圖(單位：cm)

3.1.3 超前錨桿

隧道Ⅳ級圍巖地段設置了超前錨桿。錨桿采用直徑22 mm，長4.5 m(5.0 m)的Φ22鋼筋，環(huán)向間距約40 cm。錨桿施作方向應根據巖體結構面產狀確定，以盡量使錨桿穿透更多的結構面為原則，外插角可采用7°～20°不等。采用早強藥卷作為粘接材料，每排錨桿縱向至少須搭接1 m。超前錨桿布置見圖11所示。

圖11 超前錨桿(單位： cm)

3.2 開挖方法控制

在塌方風險存在的區(qū)域，通常采用三臺階法、弧形導坑預留核心土法，兩種方法均沒有增加工程數量，只是在開挖方面比普通的上下臺階要復雜一點，三臺階法、弧形導坑預留核心土法能更好地控制圍巖變形，從而達到控制塌方的目的。

弧形導坑預留核心土法開挖見圖12所示，三臺階法開挖見圖13。

圖12 弧形導坑預留核心土法

圖13 三臺階法開挖

弧形導坑預留核心土法的開挖步驟如下： ①拱部開挖并支護； ②核心土開挖； ③下導坑左側開挖； ④下導坑右側開挖； ⑤施工二次襯砌。

三臺階法的開挖步驟如下： ①上部開挖并支護； ②中部開挖并支護； ③下部開挖并支護； ④施工二次襯砌。

4 結論及建議

在隧道施工中，受自然地質條件、施工方法和

施工質量等的影響，隧道塌方經常出現。塌方的處治實際上是搶險工程，一旦發(fā)生塌方，應首先弄明白兩個問題：是冒頂塌方還是空腔塌方？塌方的范圍有多大？然后根據現場實際情況進行處治，處治的方法可以參照前文所述的方法進行，以確保施工安全和后期的結構運營的安全。

隧道塌方對工程安全存在著巨大的危害,施工過程中一定要把防塌列為隧道施工重點問題。在不良地質條件下進行隧道施工應以防塌為重點,一定要施做超前支護，并且要保證超前支護施工的質量，然后采用弧形導坑預留核心土法或者三臺階法進行隧道的開挖,做到弱爆破,短進尺,強支撐,早封閉。另外，在那些存在著塌方風險的地段，應加強監(jiān)控量測工作，適當加大監(jiān)控量測的頻率、觀測斷面及觀測點。及時掌握初期支護變形情況，根據量測結果，及時分析判定圍巖支護結構的穩(wěn)定性，一旦發(fā)現異常，應及時采取有效措施并上報有關單位，避免次發(fā)生坍塌事故。施工過程中，應安排專職的觀察員，不間斷地觀察施工作業(yè)面圍巖情況，發(fā)現異常及時通知作業(yè)人員撤出，確保施工人員安全。

[1] 鐵道第四勘察設計院. 宜萬鐵路宜昌至萬州段新建工程施工資料[R]. 武漢：鐵道第四勘察設計院，2005.

[2] 王立忠，胡亞員，王百林，等. 崩塌松散圍巖隧道施工穩(wěn)定分析及監(jiān)控[J]. 巖石力學與工程學報，2003，22(4)：589-595.

[3] 李術才，朱維申. 彈塑性大位移有限元方法在軟巖隧道變形預估系統(tǒng)研究中的應用[J]. 巖石力學與工程學報，2002，21(4)：466-470.

[4] 劉宏．隧道塌方的預防措施[J]．中南公路工程，2000，25(4)：86-88．

[5] 王石光．關口埡隧道塌方原因分析及處治措施[J].湖南交通科技．2006，32(1)：139-142．

[6] 車廣才，杜以昌．淺埋隧道塌方冒頂處理[J].國防交通工程與技術，2003(4).

2016-08-29

鄧華( 1978-) ，男，工程師，主要從事公路橋梁與隧道施工與管理工作。

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