■朱德武

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州 350108）

既有隧道拓寬改造淺埋段塌方的處理技術(shù)

■朱德武

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州 350108）

以金雞山隧道拓寬改造中右洞出口淺埋段塌方冒頂為例，介紹了隧道在拓寬改造過(guò)程中出現(xiàn)塌方的簡(jiǎn)況，分析了隧道塌方的原因，提出了地表塌腔處理、洞內(nèi)塌方加固、塌方區(qū)開挖及支護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等一系列處理措施，縱觀監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，表明采用上述處理措施是可行的。

隧道擴(kuò)建 塌方 處理技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量不斷增加，一些早期修建的城市隧道標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)交通量迅猛增長(zhǎng)的需求，改擴(kuò)建隧道已成為一種趨勢(shì)。改擴(kuò)建隧道包括既有隧道原位擴(kuò)建及既有隧道邊上增建隧道。由于受城市路網(wǎng)、既有建構(gòu)筑物，建設(shè)用地等約束，對(duì)既有隧道原位擴(kuò)建已成為一種優(yōu)選方案[1]。

由于原位擴(kuò)建隧道開挖斷面大、受力復(fù)雜，且隧道拓寬會(huì)影響既有隧道襯砌背后空洞及原坍塌面穩(wěn)定性，既有隧道在拓寬改造過(guò)程中極易產(chǎn)生新的塌方。黎薦[2]詳細(xì)介紹了在施工過(guò)程中出現(xiàn)大塌方的處治方案，主要包括地表陷坑的處理、洞內(nèi)塌方體的處治、形成工作平臺(tái)、長(zhǎng)管棚、預(yù)注漿等處理措施。陳光文[3]以石牙山隧道為例，分析了隧道塌方原因，提出了洞內(nèi)塌方體的處治方案及預(yù)防掌子面開挖過(guò)程中的塌方技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)隧道塌方處理主要針對(duì)新建隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)例，而改擴(kuò)建隧道施工過(guò)程中由于原隧道坍塌面失穩(wěn)而產(chǎn)生新的塌方的處理案例較少。本文主要以金雞山隧道原位擴(kuò)建施工過(guò)程中出現(xiàn)的塌方為例，分析隧道塌方原因，并提出隧道塌方處治措施。

1 工程概況

1.1 既有隧道概況

金雞山隧道位于福州市二環(huán)路主干路上短隧道，包含一座機(jī)非混行隧道及2座機(jī)動(dòng)車隧道。機(jī)非混行隧道于1995年竣工，全長(zhǎng) 588m，路面凈寬約6.5m；機(jī)動(dòng)車隧道于1995年竣工，全長(zhǎng) 577m，為分離式隧道，單洞為兩車道。機(jī)非混行隧道及機(jī)動(dòng)車隧道均采用復(fù)合式襯砌。根據(jù)重慶公路工程檢測(cè)中心提供的 《試驗(yàn)檢驗(yàn)報(bào)告》(2007年）[4]可知機(jī)動(dòng)車隧道存在著拱頂實(shí)際襯砌厚度不足、二襯凹凸不平、多施工間隙縫、隧道出現(xiàn)滲漏水情況、混凝土剝落及局部二次襯砌完全脫空等病害。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

本隧道場(chǎng)地位于福州金雞山，路線呈東南至西北向排列，位于現(xiàn)有金雞山隧道區(qū)域內(nèi)，屬剝蝕殘丘地貌，進(jìn)口局部路段屬?zèng)_淤積、沖洪積平原地貌。隧道洞身圍巖主要為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及中風(fēng)化花崗巖，為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。該隧道所在區(qū)域內(nèi)沒(méi)有明顯的地表水，地下水主要為基巖裂隙水，部分具有微承壓性。

2 隧道塌方過(guò)程及原因分析

2.1 隧道塌方過(guò)程簡(jiǎn)介

2014年5月4日晚暴雨過(guò)后拓寬的機(jī)動(dòng)車隧道右洞出口YK0+890處出現(xiàn)塌方，隧道洞頂上方地表出現(xiàn)直徑約3m的塌陷坑，進(jìn)入陷坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)有一直徑約10m、高約5m的圓形塌腔，該塌腔位于塌方掌子面頂部并往小里程方向(未開挖段）既有隧道頂部，塌腔頂部距地表約3m，底部為松散塌渣體。

2.2 隧道塌方原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的勘察與分析，造成本次隧道塌方冒頂?shù)脑蛉缦拢?/p>

(1）該段落圍巖處于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化正長(zhǎng)斑巖、中風(fēng)化正長(zhǎng)斑巖，事故發(fā)生前有暴雨，隧道圍巖浸水飽和，自穩(wěn)能力下降，是本次隧道塌方事故的誘因。

(2）原隧道頂部出現(xiàn)較大規(guī)模塌方，由于原塌方治理不到位，導(dǎo)致既有隧道頂部覆蓋堆積松散土，該松散堆積層無(wú)自穩(wěn)能力，屬于不良地質(zhì)，且沒(méi)有原隧道相關(guān)施工記錄可查，是本次隧道塌方事故的主要潛在原因。

3 隧道塌方區(qū)處理方案

3.1 地表塌陷區(qū)處理措施

(1）立即對(duì)洞頂塌腔泵送C20混凝土回填，防止地表繼續(xù)塌陷，但回填時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)初支及既有隧道襯砌監(jiān)測(cè)，防止因泵送混凝土導(dǎo)致初支及既有隧道襯砌下沉、開裂。

(2）在洞頂塌腔泵送混凝土內(nèi)預(yù)留3～5根Φ42小導(dǎo)管，待回填混凝土施工完畢后對(duì)底部塌體進(jìn)行注漿固結(jié)。進(jìn)一步做好洞頂排水，泵送混凝土回填塌腔后進(jìn)行塌坑覆土并種植被處理。

3.2 洞內(nèi)塌方段加固

隧道塌方后，洞內(nèi)掌子面被坍塌的巖土體包圍，由于該擴(kuò)建隧道開挖斷面大、受力復(fù)雜，對(duì)于塌方段加固方案包括塌方體前段已開挖部分加固和塌方段巖土體加固(圖 1）。

圖1 塌方區(qū)加固橫斷面圖

洞內(nèi)塌方體前段已開挖部分的加固措施為：

(1）在掌子面兩端(包括既有隧道內(nèi)）碼堆砂袋，必要時(shí)掛網(wǎng)噴砼，以確保掌子面安全。

(2）向空腔內(nèi)泵送C20砼填實(shí)，并向坍塌土體內(nèi)注漿加固。

(3）徑向小導(dǎo)管注漿加固已施工初支：從YK0+902～YK0+910施作直徑42mm(壁厚4 mm）徑向小導(dǎo)管注漿，斜向小里程45°，環(huán)向間距1m，縱向0.6m，長(zhǎng) 5m；注水泥漿(添加早強(qiáng)劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試壓后確定。

洞內(nèi)塌方體段的加固措施為：

(1）利用已施工初支打設(shè)Φ108mm大管棚鋼管，壁厚6mm，長(zhǎng)度15m，環(huán)向間距0.30m,縱向間距2m；大管棚注水泥漿(添加早強(qiáng)劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制,經(jīng)過(guò)試壓后確定；每根鋼管內(nèi)各插3根Φ22鋼筋，鋼筋之間互相焊接牢靠。管棚加固位置位于YK0+885～YK0+907，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況微調(diào)。

圖2 塌方區(qū)前段已開挖段加固圖

圖3 塌方區(qū)加固圖

(2）塌方段YK0+885～YK0+907采用F2b型超前小導(dǎo)管。鋼管環(huán)向間距0.3m；縱向間距0.5m，小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液，水灰比：0.5∶1，注漿壓力：0.5～1MPa。 注漿施工之前，須進(jìn)行注漿試驗(yàn)，以調(diào)整注漿參數(shù)。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，可結(jié)束注漿。

圖4 塌方區(qū)塌方空腔加固圖

洞內(nèi)塌腔的巖土體加固主要是在塌方空腔范圍內(nèi)打設(shè)Φ42mm(壁厚4mm）徑向小導(dǎo)管注漿，斜向小里程45°，環(huán)向間距1m，縱向0.5m，長(zhǎng)5m；注水泥漿(添加早強(qiáng)劑），注漿壓力暫按1.0MPa控制，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試壓后確定。

4 塌方段隧道開挖及支護(hù)方案

4.1 隧道開挖方案

為減少隧道開挖對(duì)圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)，塌方段采用人工開挖，局部遇到基巖采用松動(dòng)爆破后再進(jìn)行人工開挖。開挖過(guò)程中為了避免隧道變形過(guò)大，支護(hù)結(jié)構(gòu)侵入隧建筑限界，在隧道的開挖過(guò)程中預(yù)留18cm的變形量。

圖5 塌方區(qū)開挖步序圖

在隧道施工前，先用渣土將既有隧道的下半斷面回填，以便在既有隧道內(nèi)形成工作平臺(tái)，便于隧道超前支護(hù)施工及既有隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的拆除。

(1）拆除右側(cè)上導(dǎo)坑的既有隧道初支及二襯，開挖右側(cè)上導(dǎo)坑圍巖，最后進(jìn)行初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及鎖腳錨桿施工。

(2）拆除右側(cè)下導(dǎo)坑的既有隧道初支及二襯，開挖右側(cè)下導(dǎo)坑圍巖，最后進(jìn)行初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及鎖腳錨桿施工。

(3）開挖左側(cè)上導(dǎo)坑圍巖，再進(jìn)行初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及鎖腳錨桿施工。

(4）開挖左側(cè)下導(dǎo)坑圍巖，再進(jìn)行初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)及鎖腳錨桿施工。

(5）拆除臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，施工防排水層及二襯。

4.2 隧道初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)

初期支護(hù)采用鋼筋網(wǎng)、鋼拱架及C25噴射混凝土組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。YK0+885～YK0+902段鋼拱架采用工22b工字鋼，間距由原設(shè)計(jì)的0.6m調(diào)整為0.5m，鋼拱架之間采用Φ22鋼筋連接；噴射混凝土強(qiáng)度采用C25砼，厚度為0.3m。

臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)由小導(dǎo)管(鎖腳）、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架及C25噴射混凝土等組成。鋼拱架采用工14工字鋼，間距由原設(shè)計(jì)的0.6m調(diào)整為0.5m，噴射混凝土強(qiáng)度采用C25砼，厚度為0.18m。小導(dǎo)管(鎖腳）采用Φ42mm，長(zhǎng)度3m，設(shè)置在鋼支撐的腳部。

4.3 隧道二次襯砌

樁號(hào)YK0+885～YK0+907塌方段二襯鋼筋仍采用原設(shè)計(jì)Φ25，縱向鋼筋間距仍采用原設(shè)計(jì)20cm，環(huán)向鋼筋間距由原設(shè)計(jì)的20cm調(diào)整為15cm。

5 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是隧道施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)圍巖動(dòng)態(tài)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力大小及應(yīng)力分布，是隧道進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、施工的依據(jù)，也是確保隧道施工安全的重要手段。

圖6 塌方段YK0+890右導(dǎo)坑監(jiān)測(cè)變形曲線

根據(jù)塌方段YK0+890右導(dǎo)坑監(jiān)測(cè)結(jié)果，拱頂沉降及周邊收斂變形曲線呈拋物線，該曲線總體呈快速變形期-緩慢變形期-穩(wěn)定變形期。該斷面拱頂沉降累計(jì)值為19.37mm,周邊收斂累計(jì)值為12mm，均小于相關(guān)的變形監(jiān)測(cè)控制值要求，表明采用上述綜合處理措施是可行的。

6 結(jié)論

(1）對(duì)于既有隧道的改擴(kuò)建工程，應(yīng)收集好原隧道的勘察、設(shè)計(jì)及竣工資料，必要時(shí)走訪參與原隧道建設(shè)人員，了解既有隧道建設(shè)過(guò)程詳細(xì)情況，為后續(xù)的設(shè)計(jì)、施工提供充分的依據(jù)。

(2）洞頂塌腔采用C20混凝土回填時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)初支及既有隧道襯砌監(jiān)測(cè)，防止因泵送混凝土導(dǎo)致初支及既有隧道襯砌下沉、開裂。

(3）本次隧道塌方段采用地表塌腔處理、洞內(nèi)塌方加固、塌方區(qū)開挖及支護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等一系列處理措施進(jìn)展順利，綜合監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，表明采用上述綜合處理方案是可行的,可為類似工程提供一定的參考。

[1]陳七林.金雞山隧道拓寬改造方案研究[J].隧道建設(shè)，2011,31(5）:577-582+592.

[2]黎薦.高速公路隧道淺埋段特大塌方的綜合處治技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008,4(3）:591-594.

[3]陳光文.石牙山隧道左線塌方治理與預(yù)塌技術(shù)探討，公路交通技術(shù)，2007,4:106-108.

[4]重慶公路工程檢測(cè)中心.金雞山隧道試驗(yàn)檢驗(yàn)報(bào)告.2007.

[5]福建省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司福州市二環(huán)路金雞山隧道監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目部.福州市二環(huán)路金雞山隧道監(jiān)控量測(cè)簡(jiǎn)報(bào)[JKLC-JJS-001]-[JKLC-JJS-020].