呂建偉，郭 霄，陸維特

(1. 杭州市公路管理局，杭州 310030；2. 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州 310006；

隧道破碎帶塌方治理技術(shù)與效果分析

呂建偉1，郭 霄2，陸維特3

(1. 杭州市公路管理局，杭州 310030；2. 浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州 310006；

3. 浙江理工大學(xué)，杭州 310018)

峰坳隧道為58省道泰順段的關(guān)鍵性工程，在施工過程中，開挖至K16+240時(shí)發(fā)生了塌方。塌方段圍巖的巖石結(jié)構(gòu)為碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充填泥質(zhì)夾層，是較為典型的斷層破碎帶塌方。首先分析了峰坳隧道塌方的具體原因，提出了塌方的處理方法、施工要求，并且根據(jù)實(shí)際處理效果，對(duì)處理方法動(dòng)態(tài)調(diào)整；其次基于量測(cè)資料，對(duì)塌方處理效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)；最后總結(jié)了破碎帶塌方處理的結(jié)論和建議。

隧道；塌方；破碎帶

1 工程概況

58省道泰順段位于浙江省浙南山區(qū)，工程所在區(qū)域地勢(shì)由西向東南傾斜，西北部是洞宮山脈的延伸，東南部屬雁蕩山脈。山峰連綿不斷，最高海拔1320m。河谷切割較深，地勢(shì)陡峻。在巖性和構(gòu)造等影響下，常形成山間小盆地。路線區(qū)為山嶺重丘地貌類型，區(qū)內(nèi)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，植被發(fā)育，河谷及坡麓地帶發(fā)育第四系堆積地貌。路線穿山跨溝，地貌類型變化及地形起伏較大，基巖裂隙發(fā)育、巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化面較陡易造成滑坡、崩塌等災(zāi)害。

該省道為雙向兩車道的二級(jí)公路，設(shè)計(jì)時(shí)速為40km/h。由于路線穿山跨溝，橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)物眾多。隧道內(nèi)行車寬度7.0m，兩側(cè)各設(shè)0.75m的人行道，隧道總基本寬度9.0m，凈高5.0m。隧道采用三心圓曲墻襯砌。本文介紹的塌方隧道為峰坳隧道，全長1114m，最大縱坡2.4%，是58省道泰順段的控制性工程。

2 工程地質(zhì)

隧道區(qū)內(nèi)巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，山脊渾圓狀為主，植被發(fā)育，河谷及坡麓地帶發(fā)育第四系堆積地貌。山體較矮，山坡較緩，相對(duì)高差較小。工程區(qū)內(nèi)主要為上侏羅統(tǒng)C段酸性火山碎屑巖，九里坪組的流紋巖和下白堊統(tǒng)沉積巖。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NE向斷裂，傾向NW。區(qū)域性大斷裂派生的次級(jí)構(gòu)造普遍發(fā)育，主要表現(xiàn)為小斷裂和節(jié)理帶，影響隧道局部穩(wěn)定性。

峰坳隧道最大埋深約100m，洞身主要穿越玻屑凝灰?guī)r和微風(fēng)化流紋巖，較堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育。隧道中部穿越NW向硅化碎裂帶，產(chǎn)狀40°∠46°-80°，帶中巖石為碎裂巖，堅(jiān)硬，不規(guī)則裂隙發(fā)育。兩側(cè)洞口處于斜坡地貌，坡度40°～45°，表部分布第四系殘坡積含粘性土碎石，厚2～4m，下伏強(qiáng)風(fēng)化玻屑凝灰?guī)r，裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差。隧道區(qū)地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，水量貧乏。

3 塌方情況

隧道掘進(jìn)至K16+235附近時(shí)，隧道地質(zhì)逐漸變差，巖石結(jié)構(gòu)為碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充填泥質(zhì)夾層，圍巖穩(wěn)定性差。當(dāng)開挖至K16+240時(shí)，隧道拱頂左側(cè)部位發(fā)生坍塌，塌方在拱頂左側(cè)形成一個(gè)上口窄下口寬的倒漏斗形塌穴，塌穴區(qū)域?yàn)镵16+235～ K16+245，縱向長度約10m，深度約7m，楔形寬度3～5m，兩端縱向有多處裂縫，大小石頭呈錐形散開，縱向長度約30m，坍塌約280m3，如圖1所示。

圖1 塌方區(qū)實(shí)際情況

4 塌方原因分析

通過對(duì)峰坳隧道塌方現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查和分析，塌方的主要原因如下：

(1)地質(zhì)原因。該段圍巖為流紋巖與玻屑凝灰?guī)r的接觸帶，巖石結(jié)構(gòu)為碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面有泥膜層，自穩(wěn)性差，存在明顯的斷層帶。此區(qū)域隧道埋深50m左右，塌前剛剛經(jīng)歷“珍珠”臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨，使得大量的地表水沿?cái)鄬訋B入隧道圍巖內(nèi)，加速了層間移動(dòng)，這是誘發(fā)坍塌的關(guān)鍵原因。

(2)人為因素。施工過程中沒有重視地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，施工過程中對(duì)隧道滲水重視程度不足。

(3)施工質(zhì)量問題。在施工過程中存在初期支護(hù)噴砼厚度不足、中空注漿錨桿長度不足、漿液充填不密實(shí)、錨桿端部未設(shè)置墊板，以及爆破未采用設(shè)計(jì)中要求的光面爆破，造成圍巖松動(dòng)、開挖面不平整等施工質(zhì)量問題，這些問題存在一定程度削弱了對(duì)圍巖加固效果。

5 塌方處理方法與措施

為防止塌方擴(kuò)大，考慮先加固塌方影響段，即塌方區(qū)域前后5m范圍，再處理塌方區(qū)。加固處理的原則是在臨時(shí)支撐保證安全的情況下，塌穴內(nèi)增打錨桿，增設(shè)鋼拱架，加強(qiáng)初支，二次襯砌改為配筋混凝土[1]。

5.1 影響段加固

(1)先用14號(hào)工字鋼進(jìn)行臨時(shí)支撐，超挖部位用木楔頂緊,榀距1m，靠近塌穴區(qū)5m范圍榀距0.5m。

(2)逐榀拆換臨時(shí)鋼支撐，欠挖部分應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)挖并嵌入拱架，鋼拱架用縱向鋼筋連接成整體。采用注漿錨桿噴砼支護(hù)，參數(shù)按設(shè)計(jì)Ⅳ級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)布置。

(3)在確保二襯設(shè)計(jì)厚度35cm的情況下,盡快澆筑測(cè)穩(wěn)定段鋼筋砼二次襯砌。

5.2 塌方區(qū)治理

(1)對(duì)塌體進(jìn)行封閉并注砂漿固結(jié)。

(2)對(duì)塌穴內(nèi)表面進(jìn)行錨噴掛網(wǎng)封閉，并用14號(hào)工字鋼頂緊。再掛模施作200cm厚護(hù)拱，兩側(cè)錨桿尾部埋入護(hù)拱70cm，護(hù)拱底面工字鋼支撐下鋪掛20×20cmφ22鋼筋網(wǎng)。通過預(yù)埋管向護(hù)拱頂部空穴壓注50cm厚C20細(xì)石砼回填。塌穴噴砼表面應(yīng)設(shè)置與主洞相同的環(huán)向軟式排水管。待砼達(dá)到強(qiáng)度后二次開挖，按設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行襯砌支護(hù)。塌穴范圍初支系統(tǒng)錨桿打設(shè)方向應(yīng)盡量垂直塌穴表面，如圖2所示。

(3)開挖應(yīng)按雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，二襯必須緊跟施作。

(4)滲漏水較嚴(yán)重處應(yīng)打孔排水，即在集中出水點(diǎn)處打入φ50mm軟式透水管，外裹土工布，端頭用鐵絲扎緊，再將其引入隧道兩側(cè)縱向排水管排出。

(5)回填C20砼體中應(yīng)預(yù)留排水管，每5m布設(shè)一處，防止回填砼頂面積水。布置環(huán)向φ50mm軟式透水管，縱向間距1.5～3m，富水區(qū)段為1.5m。

(6)在確保二襯設(shè)計(jì)厚度45cm的情況下，澆筑鋼筋砼二次襯砌。

(7)預(yù)留吹填管，二襯施工完成后吹填粉煤灰等輕質(zhì)材料(摻入一定量水泥以利固結(jié))，并盡量充滿空腔。

圖2 塌方段處理斷面圖(單位:cm)

圖3 砂袋擋墻支擋塌體情況

6 實(shí)際施工情況

由于塌方段持續(xù)掉塊，在實(shí)際施工塌方區(qū)治理第一步時(shí)，又發(fā)生了第二次塌方。為確保安全，遏制塌方繼續(xù)擴(kuò)大，在原塌方區(qū)治理措施的基礎(chǔ)上，需加強(qiáng)處理力度。首先對(duì)洞內(nèi)施作回填棄渣封堵，并對(duì)塌方體進(jìn)行錨噴防護(hù)，并在靠近塌方體處位置用編織袋裝砂碼砌成擋墻，如圖3所示；其次對(duì)主洞進(jìn)行必要的掛網(wǎng)補(bǔ)噴，在塌方體穩(wěn)定的情況下再重新開挖。塌方體開挖要以“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、少擾動(dòng)，襯砌和仰拱緊跟”的原則[2]，采用“封堵塌體、重新開挖、加強(qiáng)支護(hù)”的處理方法進(jìn)行，其詳細(xì)的處理措施如圖4所示。

圖4 塌方區(qū)縱向施工示意圖(單位:cm)

7 理論計(jì)算分析

根據(jù)以上處理措施，采用荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)算，即根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)中的暗埋暗洞設(shè)計(jì)荷載計(jì)算方法，確定荷載壓力，然后按彈性地基上結(jié)構(gòu)物的計(jì)算方法計(jì)算襯砌內(nèi)力。材料參數(shù)按相應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)選取，初期支護(hù)的作用考慮分擔(dān)30%的荷載，其余70%荷載由二襯承擔(dān)[3]。二次襯砌結(jié)構(gòu)以梁?jiǎn)卧M，圍巖彈性抗力按只承受壓力的彈簧模擬，二次襯砌內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 軸力圖(單位：kN)

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度和裂縫校核，結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度取50mm，裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)為δmax≤0.2mm，結(jié)果表明：厚度45cm的二次襯砌截面配筋符合給定荷載作用下的安全性要求和長期作用下滿足裂縫控制要求。

圖6 彎矩圖(單位：kN·m)

8 處理效果評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，參考相關(guān)實(shí)例[4]，在塌方段布設(shè)3個(gè)量測(cè)斷面，分別是K16+235、+240、

圖7 斷面收斂位移-時(shí)間關(guān)系曲線

+245，量測(cè)隧道的拱頂下沉量和收斂位移，每天一測(cè)，考慮二次襯砌施作時(shí)間，觀測(cè)時(shí)間選擇二十天左右。從量測(cè)結(jié)果看，最大收斂值28mm，相對(duì)位移最大值為0.28%，滿足規(guī)范允許相對(duì)位移值0.2%-0.8%的要求，而且在二次襯砌施作前已趨于穩(wěn)定，如圖7所示。

9 結(jié) 語

峰坳隧道通車已有數(shù)年，目前運(yùn)營情況良好，證明塌方段的處理合理，達(dá)到了預(yù)期效果?；仡櫾撍淼浪教幚砗托Ч?，主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論和建議：

(1)在施工階段，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)工作，充分貫徹“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息工程”的思想，及時(shí)采取措施預(yù)防塌方的發(fā)生。

(2)對(duì)于突現(xiàn)的穩(wěn)定性較差的破碎帶區(qū)域，應(yīng)因地制宜，采取預(yù)注漿等措施進(jìn)行加固，使之在圍巖頂部形成一個(gè)保護(hù)“殼”。

(3)塌方一旦發(fā)生，原則上應(yīng)先護(hù)后挖，迅速加固未塌方段，防止塌方擴(kuò)大。

(4)排防水措施應(yīng)到位，滲漏水要“排得走、排得暢、防得住”，對(duì)于滲漏水嚴(yán)重區(qū)域，應(yīng)考慮超前預(yù)注漿止水。

(5)應(yīng)確保二次襯砌的設(shè)計(jì)厚度，對(duì)侵入二襯范圍的都必須挖除。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]關(guān)寶樹. 隧道工程施工要點(diǎn)集[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[3]JTG D70/2-2014，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]李曉紅. 隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2001.

Treatment Technique and Effect Analysis for Cave-in of Tunnel Fracture Zone

LV Jian-wei1, GUO Xiao2, LU Wei-te3

(1.Hangzhou Highway Administration Bureau , Hangzhou 310030, China；2. Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning,Design & Research,Hangzhou 310006,China；3. Zhejiang Sci-tech University,Hangzhou 310018,China)

A cave-in occurred at stake number of K16+240 during the construction process in Feng-ao tunnel of the key project of 58 Provincial road in Taishun. The structure of surrounding rock belonged to mosaic structure of detritus with muddy intercalation filled was a typical cave-in in the fracture zone. The paper first analyzes the specific cause of the cave-in and puts forward the method and cure measure to solve and continuous and dynamic adjust the method according to the effect in practice. In second the treatment effect is evaluated in terms of the measurement data. Finally the paper summarizes the conclusion and draws the suggestion aimed at the cave-in in the fracture zone.

tunnel；cave-in；fracture zone

2017-03-09

呂建偉(1979-)，男，浙江永康人，高級(jí)工程師，E-mail：573151543@qq.com。

U452.12

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.02.007

1671-234X(2017)02-0030-04