何 信

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

0 引言

近幾年公路隧道和其他地下工程不斷發(fā)展，但是高速公路隧道的斷面較大，失跨比較大，為保證施工的質(zhì)量和安全對分離式隧道的設(shè)計、施工方面的相關(guān)研究就顯的尤為重要。在過去的幾十年里，在高速公路隧道建設(shè)方面的研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，新奧法設(shè)計與施工技術(shù)、圍巖動態(tài)分析技術(shù)、中隔壁法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑超前法、TBM法等技術(shù)在工程中得到廣泛的應(yīng)用[1]。本文針對霍永高速公路東段耿家莊隧道K15+135里程段施工中掌子面和初支斷面發(fā)生坍塌，從襯砌支護(hù)和施工工序上進(jìn)行分析研究，針對坍塌段提出了相應(yīng)的處理措施，希望對以后類似隧道工程狀況能夠提供一些經(jīng)驗(yàn)。

1 隧道情況

1.1 耿家莊隧道概況

耿家莊隧道隧址區(qū)位于霍州市白龍鎮(zhèn)陳家莊村，設(shè)計為左右線分離式，設(shè)計速度為80 km/h，右線進(jìn)、出口段里程樁號為K14+911～K15+831，洞體全長920 m；左線進(jìn)、出口段里程樁號為ZK14+898～ZK15+865，洞體全長967 m。隧址區(qū)地形起伏明顯，標(biāo)高介于684.445 m～782.188 m之間，地貌單元屬剝蝕侵蝕低山區(qū)；地層主要由二疊系山西組、砂巖、頁巖、泥巖、灰?guī)r及第四系黃土組成，由于剝蝕作用表現(xiàn)為梁狀，沖溝發(fā)育，河谷斷面呈“V”型或“U”型。

1.2 塌方概況

耿家莊隧道右線掌子面K15+135出渣時掌子面突然發(fā)生失穩(wěn)，隧道拱頂上方圍巖出現(xiàn)大塌方，塌方體圍巖堆積至K15+082里程處，塌方體總長約53 m，K15+082～K15+135塌方段圍巖埋深為53 m～58 m，這給救援和塌方處治帶來很大難度。

1.3 施工情況

耿家莊隧道根據(jù)地質(zhì)勘查提供的資料，本隧道開挖采用光面爆破，這種工法能夠減輕對隧道洞體圍巖的擾動，嚴(yán)格控制超挖和欠挖[2]，開挖過程中對輪廓線采用風(fēng)鎬進(jìn)行整修。

塌方發(fā)生前，左洞二次襯砌施工至ZK15+048.6，左洞仰拱施工至ZK15+109，左洞仰拱距二襯60.4 m，左洞上導(dǎo)坑施工至ZK15+138，左洞掌子面距仰拱29 m，左洞掌子面地質(zhì)情況為砂巖；右洞二次襯砌施工至K15+043.8，右洞仰拱施工至K15+106，右洞仰拱距二襯62.2 m，右洞上導(dǎo)坑施工至K15+135，右洞掌子面距仰拱29 m，右洞掌子面情況為上半斷面為黃土，下半斷面為風(fēng)化砂巖?，F(xiàn)場坍塌情況見圖1，圖2。

2 耿家莊隧道右線掌子面坍塌原因分析

2.1 地質(zhì)條件

K15+044～K15+295段(ZK15+044～ZK15+295段)圍巖以二疊系山西組強(qiáng)風(fēng)化褐黃色砂巖為主，局部有薄層煤線，圍巖巖體較完整，巖體結(jié)構(gòu)面不太發(fā)育，結(jié)合一般，層狀構(gòu)造，Kv=0.55；RQD=65%，最大埋深73.0 m(73.4 m)，水文地質(zhì)類型為基巖裂隙水。[BQ]=250～265，圍巖級別為Ⅳ3級，易產(chǎn)生小型塌方冒頂。

目前施工的右線K15+064～K15+136段、左線ZK15+054～ZK15+126段，隧道右線最大埋深在58 m，隧道左線最大埋深在67 m，在施工過程中(塌方段K15+082～K15+135)，根據(jù)掌子面開挖情況隧道上半斷面為黃土，下半斷面為風(fēng)化砂巖，按Ⅴ級深埋支護(hù)設(shè)計進(jìn)行施工。由于此段隧址區(qū)處于土石交界處，開挖過程中極易發(fā)生圍巖的滑移，導(dǎo)致洞體圍巖的坍塌。

2.2 圍巖及襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布

隧道圍巖在開挖后原有的平衡狀態(tài)就被打破，開挖后隧道洞體圍巖又進(jìn)行了重新的分布，應(yīng)力重分布的過程中圍巖也在不斷的向洞內(nèi)產(chǎn)生徑向位移，其中拱頂處的徑向變形最大，隨著核心土和仰拱處圍巖的開挖，拱頂處圍巖的變形將繼續(xù)加大，最終導(dǎo)致拱頂及拱腰處的圍巖發(fā)生塌落以及地表產(chǎn)生裂縫。

2.3 施工工法影響

耿家莊隧道采用上下導(dǎo)坑環(huán)形開挖、預(yù)留核心土法循環(huán)掘進(jìn)，本段隧道襯砌支護(hù)參數(shù)如表1所示，現(xiàn)場施工過程中由于每個施工工序之間的銜接不夠緊密，隧道洞室上部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)和下部襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)錯開的間距較大，由于仰拱沒有及時閉合成環(huán)，襯砌結(jié)構(gòu)沒有發(fā)揮出其最大的支護(hù)作用，在工序銜接的過程中就加大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的收斂和下沉變形；在鋼拱架焊接的過程中由于施工人員的不規(guī)范操作，焊縫的長度及雙面焊縫的要求均沒有達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，這也增大了襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形；初支混凝土的由于坍落度沒有達(dá)到要求，進(jìn)行噴射時達(dá)不到設(shè)計的厚度要求，也增加了結(jié)構(gòu)襯砌變形的隱患；施工監(jiān)測跟進(jìn)的不及時，無法對圍巖在施工過程中的變形趨勢進(jìn)行監(jiān)控反饋。

表1 襯砌支護(hù)參數(shù)表

2.4 進(jìn)口坍塌處理方案

1)地表處治。在塌方救援過程中，由于對右洞塌方段地表進(jìn)行了卸載，救援結(jié)束后要求對場地碾壓密實(shí)，用50 cm二八灰土進(jìn)行表面封閉。

2)左、右洞臨時加固措施。對左洞上導(dǎo)坑ZK15+118～ZK15+136和右洞K15+059～K15+082段現(xiàn)有初期支護(hù)采取增設(shè)臨時鋼拱架和對現(xiàn)有初期支護(hù)鋼拱架每榀增設(shè)4根φ42鎖腳錨管，鋼拱架和連接鋼筋用C25噴射混凝土封閉。對侵限的初支鋼拱架逐榀更換并確保安全和穩(wěn)妥,并對塌方圍巖堆積體噴射混凝土進(jìn)行封閉加固。

3)雙層小導(dǎo)管輔助進(jìn)洞。針對塌方段，開挖前先施作超前小導(dǎo)管支護(hù)，支護(hù)采用雙層φ42小導(dǎo)管注水泥水玻璃雙漿液。第一排環(huán)向間距40 cm，長度3.0 m，第二排環(huán)向間距30 cm，長度4.5 m，每三榀一個循環(huán)，每一循環(huán)對掌子面臨時封閉。

4)塌方段的開挖和支護(hù)方案。a.塌方段初期支護(hù)采用Ⅰ20a鋼拱架(仰拱成環(huán))，縱向間距50 cm；掛雙層鋼筋網(wǎng)，噴C25早強(qiáng)混凝土26 cm；鎖腳錨管采用長度5.0 m，φ42 mm鋼管，管內(nèi)填注水泥水玻璃雙漿液。塌方段二次襯砌采用C30鋼筋混凝土二襯50 cm。塌方段的開挖和支護(hù)必選堅持“管超前、進(jìn)尺短、早封閉、勤量測”的原則[3]。b.塌方段施工采用三臺階預(yù)留核心土法，上臺階長度1.5 m，距拱頂2.5 m左右，中臺階長度1.8 m，高度為3.5 m左右，下臺階長度2.5 m。在上臺階設(shè)置臨時仰拱，臨時仰拱采用Ⅰ20工字鋼，中臺階根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)。仰拱整體開挖推進(jìn)，每循環(huán)長度控制在2 m～3 m(仰拱至掌子面不得大于15 m，二襯至掌子面不得大于25 m)。c.弧形導(dǎo)坑完成后，采用挖馬口的方法分別開挖左右兩側(cè)邊墻，邊墻開挖后立即進(jìn)行噴錨支護(hù)，并順接仰拱部分，完成整體，最后開挖核心土。塌方段開挖和初期支護(hù)施工要步步緊跟，二次襯砌要及時跟進(jìn)澆筑，且要制定詳細(xì)有效的施工方案。d.為保證塌方段順利、安全通過，對塌方掌子面K15+135前方10 m(K15+135～K15+145)加強(qiáng)支護(hù)，采用塌方段的開挖和支護(hù)方案，其施工方法參照塌方段要求。e.塌方段拱架拆除替換的施工期間，施工單位必須對塌方段落的地表沉降和洞內(nèi)拱頂下沉加大監(jiān)測的頻率。做好量測記錄和數(shù)據(jù)分析，及時反饋信息，指導(dǎo)施工；加強(qiáng)監(jiān)控量測力度，24 h巡查變形情況。f.安全員和現(xiàn)場監(jiān)理對塌方段落的處治過程必須進(jìn)行旁站監(jiān)督。

3 結(jié)語

這幾年我國的公路事業(yè)得到了飛速發(fā)展，但公路修建過程中公路隧道事故也是頻頻發(fā)生，這也引起了政府和公路設(shè)計部門的極大關(guān)注。因此，在以后的地質(zhì)勘察設(shè)計環(huán)節(jié)和施工過程中，保證設(shè)計施工的同步性，確保工程質(zhì)量，針對耿家莊隧道提出了以下幾點(diǎn)建議：

1)對重要構(gòu)造物應(yīng)提供詳細(xì)的地質(zhì)勘察報告，給設(shè)計提供詳實(shí)的依據(jù)，從而指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2)仔細(xì)排查隧道洞頂落水洞、積水等情況，并及時進(jìn)行處理。

3)初期支護(hù)應(yīng)及早施作仰拱，盡早封閉成環(huán)；拱部采用光面爆破,邊墻采用預(yù)裂爆破,減少施工過程中對圍巖的擾動。

4)加強(qiáng)隧道施工的監(jiān)控量測和地質(zhì)超前預(yù)報，發(fā)揮監(jiān)理的現(xiàn)場監(jiān)管作用，對現(xiàn)場問題進(jìn)行及時反饋，及時做出調(diào)整，確保工程質(zhì)量和安全。