于振海

(中鐵十二局集團(tuán)國(guó)際工程有限公司,天津 300000)

1 隧道地質(zhì)情況

大興鄉(xiāng)隧道出口地質(zhì)情況較差，以Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖為主。洞門段以強(qiáng)風(fēng)化二云石英片巖為主，巖體結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差，遇水易軟化、崩解。洞身段圍巖以強(qiáng)～中風(fēng)化二云石英片巖為主，圍巖自穩(wěn)能力一般，地下水較豐富，主要為孔隙水及基巖裂隙水，水量受大氣降水影響明顯，正常狀態(tài)下產(chǎn)生呈淋雨?duì)畛鏊?，暴雨期可能出現(xiàn)突水情況。

2 隧道原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

事件發(fā)生段圍巖類別為Ⅴ級(jí)，襯砌類型為SF5b。原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為拱部120°范圍內(nèi)超前支護(hù)采用φ42×4 mm注漿小導(dǎo)管，初期支護(hù)采用I18工字鋼，間距80 cm，網(wǎng)噴25 cm厚C25混凝土，鎖腳采用2根長(zhǎng)4.5 m、φ42 mm小導(dǎo)管注漿加固。

3 突泥涌水事件發(fā)生經(jīng)過

2018年12月2日凌晨1時(shí)35分，大興鄉(xiāng)隧道出口右洞K45+200準(zhǔn)備安裝上導(dǎo)拱架時(shí)(每循環(huán)安裝1榀拱架)，掌子面出現(xiàn)涌水。水量不大，帶有破碎石塊掉落，掌子面有異動(dòng)，工人立即撤離觀察，隨后發(fā)生塌方。累計(jì)突泥量約1 500 m3，涌水量約13萬m3。

2018年12月2日凌晨1時(shí)35分，大興鄉(xiāng)隧道出口右洞K45+200準(zhǔn)備安裝上導(dǎo)拱架時(shí)(每循環(huán)安裝1榀拱架)，掌子面出現(xiàn)涌水，帶有破碎石塊掉落，工人立即撤離觀察,隨后發(fā)生塌方。累計(jì)突泥量約1 500 m3，涌水量約13萬m3。

4 處治方案

4.1 左洞加固措施

上導(dǎo)掌子面掛網(wǎng)噴錨20 cm封閉，初期支護(hù)施做臨時(shí)仰拱，噴錨封閉成環(huán)，并在臨時(shí)仰拱與初期支護(hù)連接處施做鎖腳小導(dǎo)管。中導(dǎo)掌子面掛網(wǎng)噴錨20 cm封閉，邊墻初期支護(hù)向前跟進(jìn)，施做臨時(shí)仰拱，噴錨封閉成環(huán)，并在臨時(shí)仰拱與初期支護(hù)連接處施做鎖腳小導(dǎo)管。下導(dǎo)緊跟，及時(shí)施做初支仰拱封閉成環(huán)，隨后立即施工仰拱及填充，直至下導(dǎo)掌子面。二襯隨著仰拱向前緊跟。待二襯施工達(dá)到最大限度后，進(jìn)行洞內(nèi)回填，為超前探孔填筑施做平臺(tái)。臨時(shí)仰拱均采用I18工字鋼，φ32 mm螺紋鋼筋縱向連接。鎖腳采用4根長(zhǎng)4.5 m、φ42 mm小導(dǎo)管。

4.2 右洞治理措施

首先對(duì)拱頂?shù)姆e水進(jìn)行快速排放，最大程度釋放水壓力，為以后管棚、小導(dǎo)管注漿創(chuàng)造有利條件。通過在初期支護(hù)上打設(shè)排水孔，用φ42 mm小導(dǎo)管將積水盡快排出，直至涌水無明顯壓力，自然流出。然后在掌子面掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行噴錨封閉，并將涌水歸集兩側(cè)用φ40 cm PVC管集中排放，防止水流進(jìn)入塌體引起二次滑塌。

右洞塌方治理總體分兩段進(jìn)行，兩段具體處治措施如下：

4.2.1 第一段具體處理措施

(1) 塌體封閉，施做臨時(shí)仰拱。將止?jié){墻位置的塌體進(jìn)行大致刷坡，掛網(wǎng)噴錨20 cm封閉，為止?jié){墻施工提供作業(yè)空間。從止?jié){墻向洞口方向?qū)⑺w進(jìn)行大致整平，施做臨時(shí)仰拱，噴錨封閉成環(huán)，并在臨時(shí)仰拱與初期支護(hù)連接處施做鎖腳小導(dǎo)管。

臨時(shí)仰拱采用I18工字鋼，縱向采用φ32 mm螺紋鋼筋連接。鎖腳采用4根長(zhǎng)4.5 m、φ42 mm小導(dǎo)管。

圖1 右洞初期支護(hù)臨時(shí)加固圖

(2) 初期支護(hù)徑向小導(dǎo)管加固布置。徑向小導(dǎo)管布置范圍為已施工二襯端頭至止?jié){墻，里程范圍K45+238～K45+215，共23 m。徑向小導(dǎo)管按1.5 m×1.5 m梅花形布置。材料為φ42 mm無縫鋼管，壁厚4 mm，長(zhǎng)4.5 m，管壁上按間距7.5 cm梅花型布置打眼，眼的直徑為8 mm。

徑向小導(dǎo)管注漿，自下而上進(jìn)行，在有水部位采取注雙液漿，無水部位采取注單液漿。壓力為0.5～1 MPa。雙液漿的配合比視現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.2 第二段具體處治措施

(1) 止?jié){墻位置的確定。K45+200掌子面突泥塌方后，初期支護(hù)向洞口方向逐排擠壓，造成K45+200～K45+215段初期支全部破壞，嚴(yán)重侵限，洞內(nèi)被塌體全斷面封堵。通過監(jiān)控量測(cè)可知K45+215為初期支護(hù)侵限分界里程，因此擬定止?jié){墻設(shè)置在K45+215處，從該里程開始向掌子面方向施做長(zhǎng)管棚。

(2) 止?jié){墻施工。止?jié){墻的作用：一是在管棚注漿時(shí)，可阻止?jié){液從塌體滲透外流；二是以止?jié){墻擋住掌子面塌體，在止?jié){墻后為長(zhǎng)管棚施工提供作業(yè)面。

由于塌體松散，含水量大，加之稀泥和小塊巖石偏多，為防止開挖時(shí)出現(xiàn)流塌，先對(duì)塌體進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨封閉，后進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固。開挖時(shí)，采取人工風(fēng)鎬開挖，并按50 cm高一層，由上至下分層開挖。每挖一層網(wǎng)噴一層，按1∶0.75放坡，以確保安全。止?jié){墻基礎(chǔ)開挖到位后，放樣立模澆注止?jié){墻混凝土。

(3) 管棚室施工。為了給管棚施工提供足夠的操作空間，有效控制管棚外插角角度，需要在洞內(nèi)施做管棚室。對(duì)止?jié){墻上部向洞口6 m范圍內(nèi)進(jìn)行換拱，重新施做初期支護(hù)，開挖半徑較原設(shè)計(jì)開挖半徑加大70 cm。該6 m擴(kuò)大支護(hù)空間段作為管棚工作室。

(4) 長(zhǎng)管棚超前支護(hù)。因塌體松散成孔困難故采用偏心鉆具跟管鉆進(jìn)施工。

管棚縱向長(zhǎng)度30 m，鋼管環(huán)向間距40 cm,布置于隧道拱部120°，范圍內(nèi)，仰角4～50。(考慮了路線縱坡及長(zhǎng)管棚下垂撓度)。長(zhǎng)管棚用規(guī)格為φ108 mm、壁厚6 mm熱軋無縫鋼管制成，管壁上按間距15cm梅花形布置打眼，眼直徑為12 mm。每根長(zhǎng)管棚鋼管由若干節(jié)段長(zhǎng)分別為4 m和6 m的短鋼管連接組成。2節(jié)鋼管連接使用1個(gè)內(nèi)絲接頭。每個(gè)接頭長(zhǎng)30 cm，每端各有10 cm的內(nèi)絲。安裝鋼管時(shí)，每相鄰2根鋼管的接頭應(yīng)錯(cuò)開，保證同一截面內(nèi)的鋼管接頭數(shù)量不大于50%。

為提高長(zhǎng)管棚支護(hù)的抗彎剛度及強(qiáng)度，以抵抗巨大的塌體壓力，鉆入鋼管后在鋼管內(nèi)穿入由4根φ22 mm焊接而成的小型鋼筋籠。管棚鋼管注漿從兩側(cè)拱腳開始向拱頂方向進(jìn)行。在有水部位采用水泥漿+水玻璃雙液漿，無水部位采用C30水泥砂漿。注漿壓力為0.5～1 MPa。雙液漿的配合比視現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

長(zhǎng)管棚布置范圍、管棚鋼管大樣、管棚內(nèi)鋼筋籠大樣、管棚有效注漿范圍如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)管棚施工布圖

(5) 超前小導(dǎo)管注漿補(bǔ)強(qiáng)。超前小導(dǎo)管具體參數(shù)如下：材料采用直徑φ42 mm、壁厚4 mm熱軋無縫鋼管，長(zhǎng)4.5 m，管壁上按間距15 cm梅花型布置打眼，眼的直徑為8 mm。上仰角5～15°，逐榀施做，循環(huán)搭接長(zhǎng)度1 m，環(huán)向間距40 cm。注漿采用水泥漿+水玻璃雙液漿，注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，以確保開挖安全為目的。

(6) 開挖與初期支護(hù)。先分別進(jìn)行左側(cè)上、下臺(tái)階的開挖支護(hù)和中隔墻、臨時(shí)仰拱的施工。左側(cè)超前約5 m以上后，再進(jìn)行右側(cè)上、下臺(tái)階的施工。中隔墻左右兩側(cè)開挖均采用臺(tái)階法進(jìn)行，開挖后用22b工字鋼拱架噴30 cm厚C25混凝土進(jìn)行支護(hù)。拱架縱向間距50 cm，設(shè)置環(huán)向間距80 cm的φ22 mm縱向連接鋼筋。上臺(tái)階底部設(shè)臨時(shí)仰拱以盡早封閉支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。臨時(shí)仰拱采用I18工字鋼噴25 cm厚混凝土。為控制仰拱施工時(shí)造成拱部及邊墻初支下沉，在仰拱開挖前，邊墻底部施做4根φ42 mm、壁厚4 mm、長(zhǎng)4.5 m鎖腳小導(dǎo)管進(jìn)行邊墻腳加固。

(7)二次襯砌。塌方處治第二段(K45+215～K45+185),二次襯砌混凝土和鋼筋支護(hù)類型由原設(shè)計(jì)的SF5b變更為SF5c,即二襯厚度由50 cm變更為60 cm，二襯鋼筋相應(yīng)加密，初期支護(hù)參數(shù)詳見CRD法施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

在隧道施工中若遇到?jīng)_水破碎帶等不良地質(zhì)，一旦發(fā)生塌方問題處理起來相當(dāng)困難，簡(jiǎn)單的采用常規(guī)的處理措施，易釀成重大安全事故，本文以大興鄉(xiāng)隧道為實(shí)例，詳細(xì)闡述了事情發(fā)生的經(jīng)過及相應(yīng)的處理措施，為今后類似工程提供實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，以期從根本上防止隧道穿越?jīng)_水破碎帶地質(zhì)施工時(shí)塌方的發(fā)生，為此類隧道的設(shè)計(jì)及施工提供了工程類比的素材。