何廷峰

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司，福建 福州 350014）

0 引言

為了加強(qiáng)交通建設(shè)，隧道工程在公路工程、市政道路工程、鐵路工程中十分常見(jiàn)。一些隧道施工面臨的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在軟弱圍巖、淺覆蓋層等地段施工時(shí)極易出現(xiàn)塌方問(wèn)題。如何快速高效地處理塌方，尤其是施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高的隧道塌方處理，是施工人員面臨的難題。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)介紹隧道塌方的具體處置措施。

1 工程概況

茶地坋隧道全長(zhǎng)605m，為單洞隧道，里程樁號(hào)K15+670～K15+275，其中Ⅴ級(jí)圍巖150m，Ⅳ級(jí)圍巖140m，Ⅲ級(jí)圍巖315m。隧道凈寬10.5m，隧道凈高5.0m。隧道位于華力西—大田—印支拗陷帶—龍巖拗陷的閩西南東北方向，全線貫通。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的政和-大埔深斷層西北側(cè)由于受到強(qiáng)烈的燕山運(yùn)動(dòng)影響，使地殼產(chǎn)生強(qiáng)烈褶皺，斷裂發(fā)育，斷裂在深部巖漿源中交匯，從而引起火山強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，巖漿侵入，巖漿在深部巖漿源中發(fā)生斷裂。深部巖漿隧道洞身圍巖主要是巖體破碎～較完整的侏羅系梨山組粉砂巖和石英砂巖，根據(jù)工程地質(zhì)分析結(jié)果，在隧道洞身K15+985處有一處鉆孔暴露構(gòu)造破碎帶，使圍巖等級(jí)降低[1]。

隧址區(qū)地下水以水量豐富的基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水為主。隧址區(qū)地表水隨降雨量的變化，以溝谷中的山澗水為主。隧道洞口地下水穩(wěn)定，水位一般分布在碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖層中，地下水位基本低于隧道頂板。

隧道施工采用從出口K16+275順坡開(kāi)挖，開(kāi)挖至K16+200時(shí)，拱頂發(fā)生坍塌（見(jiàn)圖1所示），拱頂形成較大的塌腔，塌方體以松散土層夾雜碎石為主，含水量較高，此處隧道埋深44m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，K16+200～K16+205初支已施工段拱頂出現(xiàn)下沉變形，初支侵限，最大變形量達(dá)到40cm。

圖1 塌方斷面圖

掌子面圍巖以節(jié)理裂隙發(fā)育、巖質(zhì)松軟、巖體穩(wěn)定性差、裂隙水發(fā)育的砂土狀～碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖為主。結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，K16+200～K16+190段圍巖級(jí)別綜合判定為V級(jí)圍巖。

2 塌方原因分析及處理思路

經(jīng)仔細(xì)勘察發(fā)現(xiàn)，塌方體以松散土層夾雜碎石為主，隧道洞頂存在遺留礦洞，地表水滲入礦洞內(nèi)，導(dǎo)致隧道洞頂圍巖松散軟弱，整體性差。隧道開(kāi)挖至K16+200時(shí)洞頂距離原礦洞較近，覆蓋層較薄，原礦洞開(kāi)挖破壞巖體整體性，隧道爆破開(kāi)挖振動(dòng)產(chǎn)生坍塌。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，本次塌方處理思路主要是：封閉排水、臨時(shí)加固、緩慢開(kāi)挖。先治理洞頂?shù)乇硭瑴p少表層水滲入礦洞。然后對(duì)洞內(nèi)初支變形段及開(kāi)挖面進(jìn)行臨時(shí)加固。臨時(shí)加固完成后按照“短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤測(cè)量”的原則，采用中隔壁開(kāi)挖方法進(jìn)行推進(jìn)[2]。

首先將地表礦洞回填封閉，四周開(kāi)挖截水溝、引水溝，將地表水引至遠(yuǎn)離礦洞位置，避免地表水繼續(xù)滲入礦洞內(nèi)。然后對(duì)侵限段K16+200～K16+205進(jìn)行臨時(shí)加固，對(duì)掌子面反壓回填，封閉塌腔。最后采用預(yù)注漿加固、塌腔回填等進(jìn)行處理。

未施工段K16+190～K16+200 段Z4 支護(hù)變更為ZDK-1型支護(hù)（28cm厚C25噴射混凝土+雙層Φ6 20cm×20cm鋼筋網(wǎng)+間距70cm工20b鋼支撐+防水層+55cm厚C30鋼筋混凝土襯砌），超前輔助措施采用F2-2小導(dǎo)管注漿（環(huán)向間距15cm，縱向間距1.8m，鋼管長(zhǎng)5m），將侵限段K16+200～K16+205原Z4支護(hù)變更為ZDK-1支護(hù)，將影響段K16+205-K16+215二襯加固。

塌方治理縱斷面示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 塌方治理縱斷面示意圖

3 塌方處理施工技術(shù)

3.1 侵限段及影響段臨時(shí)鋼支撐加固

K16+200～K16+205侵限段及K16+205～K16+210影響段設(shè)置臨時(shí)鋼支撐，臨時(shí)鋼支撐的施工工序如下：

（1）清除原初支鋼支撐（工18型鋼）上的噴射混凝土保護(hù)層，用砂紙打磨后清水沖洗干凈。

（2）搭設(shè)臨時(shí)鋼支撐，采用工20b型鋼，間距同已支護(hù)的初支鋼支撐相同，為0.7m；臨時(shí)鋼支撐與初支鋼支撐翼板相貼合，并用U型卡扣鎖緊焊接，每榀臨時(shí)鋼支撐需與初支鋼支撐緊密貼合，若不貼合須采用鋼板楔塊擠緊。U型卡扣在兩側(cè)側(cè)墻各設(shè)置2道，拱頂設(shè)置1道。

（3）臨時(shí)鋼支撐環(huán)向每1m采用Φ25鋼筋縱向焊接連接，連接鋼筋應(yīng)與工字鋼焊接牢固，見(jiàn)圖3所示。

圖3 臨時(shí)鋼支撐加固布置圖

（4）每榀鋼支撐的基礎(chǔ)與[28b槽鋼焊接，兩側(cè)槽鋼全段落布置，確保兩側(cè)槽鋼在同一水平面，且落于堅(jiān)硬實(shí)地，若臨時(shí)鋼支撐落底圍巖較差，可采用鎖腳小導(dǎo)管加固，小導(dǎo)管按要求注水泥漿加固[3]。

3.2 注漿預(yù)加固

采用臨時(shí)鋼支撐加固完成后，對(duì)K16+200～K16+205侵限段及K16+205～K16+215影響段進(jìn)行徑向小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管長(zhǎng)度為5m，間距為1.0m×1.0m，梅花型布置。小導(dǎo)管注漿采用0.5∶1.0水灰比的水泥漿液，注漿壓力0.5～1.0MPa。鉆孔采用1臺(tái)風(fēng)槍施工，減少對(duì)拱頂產(chǎn)生較大振動(dòng)，鉆孔完成后應(yīng)立即將小導(dǎo)管頂進(jìn)并完成注漿[4]。

3.3 掌子面臨時(shí)加固

侵限段及影響段加固完成后，在掌子面前設(shè)置反壓體，封閉拱頂塌腔，預(yù)留兩根中Φ108鋼管，作為注漿口和排氣口（兼檢查回填混凝土是否灌滿塌腔），掌子面加固斷面圖見(jiàn)圖4所示；反壓材料應(yīng)采用易與水泥漿固結(jié)材料，粒徑不宜太大。反壓體頂部縱向?qū)挾?m，作為施工作業(yè)平臺(tái)；反壓體按1∶1.5放坡，坡面按1.5m×1.5m間距打設(shè)小導(dǎo)管注漿加固（水灰比0.5∶1.0），小導(dǎo)管長(zhǎng)度為5m，縱向搭接長(zhǎng)度不小于2m，梅花型布置；坡面距離底面1m處預(yù)埋一排排水孔，排水孔間距2.0m，作為排水通道。

圖4 掌子面加固斷面圖

3.4 塌腔回填

在侵限段、影響段及掌子面臨時(shí)注漿加固7天后，注漿強(qiáng)度基本達(dá)到要求，通過(guò)掌子面預(yù)留的Φ108鋼管輸送C25混凝土對(duì)塌方腔體進(jìn)行填充處理，直到預(yù)留的排氣管流出混凝土?xí)r停止輸送混凝土，以此保證混凝土灌滿整個(gè)塌腔。由于塌腔較大，回填泵送過(guò)程速度不宜過(guò)快，采取分層填充，避免對(duì)塌腔體周?chē)斐奢^大擠壓，減小振動(dòng)，防止腔內(nèi)再次坍塌[5]。

3.5 影響段二襯加固

K16+205～K16+215影響段初支未侵限，整體未受影響，二襯應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)施工，保證二襯距離掌子面距離＜30m，并對(duì)該段二襯加強(qiáng)處理，將原二襯鋼筋間距由20cm×25cm調(diào)整為20cm×15cm，其余結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)相同。影響段臨時(shí)加固鋼支撐在二襯施工前進(jìn)行拆除，一次拆除長(zhǎng)度不大于每次二襯澆筑長(zhǎng)度，拆除后應(yīng)采用同初支強(qiáng)度的噴射混凝土對(duì)鑿除的噴射混凝土進(jìn)行補(bǔ)噴，補(bǔ)噴應(yīng)保證表面與周?chē)鷫γ嫫秸?/p>

3.6 侵限段換拱擴(kuò)挖處理

在二襯施工至K16+210 時(shí)，對(duì)K16+200～K16+205初支侵限段進(jìn)行換拱處理，換拱施工工序?yàn)椋翰鸪婚R時(shí)鋼拱架+初支鋼拱架、擴(kuò)挖一榀間距洞輪廓、支護(hù)一榀新初支鋼拱架;鋼拱架采用間距70cm的工20b型鋼加工制作，鋼拱架應(yīng)落底施工，兩側(cè)拱腳各采用一根鎖腳小導(dǎo)管加固；K16+200～K16+205侵限段換拱過(guò)程中按ZDK-1型進(jìn)行擴(kuò)挖支護(hù)，一次擴(kuò)挖長(zhǎng)度為70cm，與鋼拱架間距一致，因此一次換拱不得大于2榀；擴(kuò)挖應(yīng)在相鄰兩榀鋼拱架更換完成后，再對(duì)相鄰兩榀拱架之間洞身進(jìn)行擴(kuò)挖施工，擴(kuò)挖至輪廓線后迅速開(kāi)始掛鋼筋網(wǎng)（間距20cm×20cmΦ6 雙層鋼筋網(wǎng)）、打設(shè)錨桿（Φ25 中空注漿錨桿L=350cm、間距100cm×100cm 梅花型布置）、噴射混凝土（28cm厚C25）等初支護(hù)工序，快速閉合成環(huán)。

3.7 掌子面開(kāi)挖

待塌腔回填混凝土達(dá)到100%強(qiáng)度，侵限段擴(kuò)挖加固完成后，掌子面先采用F2-2小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，小導(dǎo)管縱向布置間距1.8m，環(huán)向布置間距加密至15cm，鋼管長(zhǎng)5m，外插角采用15°、40°交錯(cuò)布設(shè)，見(jiàn)圖5。注漿采用水灰比0.5∶1.0的水泥漿液，注漿壓力0.5～1MPa，單洞每延米注漿量不小于10.59m3。為增強(qiáng)超前支護(hù)整體剛度，發(fā)揮其最佳支護(hù)能力，超前小導(dǎo)管尾端應(yīng)與鋼支撐焊接牢固。

圖5 F2-2型小導(dǎo)管注漿斷面圖

在超前注漿支護(hù)完成并達(dá)到強(qiáng)度后采用中隔壁開(kāi)挖法施工（見(jiàn)圖6所示），中隔壁開(kāi)挖法具體工序如下：

圖6 中隔壁開(kāi)挖法

（1）開(kāi)挖左上導(dǎo)坑；

（2）施工左上導(dǎo)坑初支及臨時(shí)支護(hù)；

（3）開(kāi)挖左下導(dǎo)坑；

（4）施工左下導(dǎo)坑初支及臨時(shí)支護(hù)；

（5）開(kāi)挖右上導(dǎo)坑；

（6）施工右上導(dǎo)坑初支及臨時(shí)支護(hù)；

（7）開(kāi)挖右下導(dǎo)坑；

（8）施工右下導(dǎo)坑初支及臨時(shí)支護(hù)；

（9）拆除中隔壁臨時(shí)支護(hù)；

（10）澆筑仰拱；

（11）鋪設(shè)洞身環(huán)向盲管及防水板，澆筑洞身二襯。

初期支護(hù)采用間距70cm工20b鋼支撐，掛雙層Φ6間距20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，濕噴28cm厚C25噴射混凝土。臨時(shí)支護(hù)主要是20cm厚C25現(xiàn)澆臨時(shí)仰拱，中隔壁采用工14臨時(shí)鋼支撐與初支鋼支撐閉合，間距為0.7m，與初支鋼支撐一致，掛A8型焊接鋼筋網(wǎng)，噴射20cm厚C25噴射混凝土，上臺(tái)階中隔壁縱向采用Φ22超前砂漿錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)3.5m，縱向間距1.8m。初支及臨時(shí)鋼支撐拱腳采用L=3.5m的鎖腳錨桿鎖緊，并按要求進(jìn)行注漿，鋼支撐拱腳須位于堅(jiān)固的基礎(chǔ)上，拱腳不得懸空。

整個(gè)塌方體開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖，減小振動(dòng)影響，左側(cè)上臺(tái)階長(zhǎng)度不大于5m，每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度不大于0.7m。右側(cè)上臺(tái)階工作面距離左側(cè)上臺(tái)階工作面宜為15～20m，距離左下臺(tái)階工作面宜為8～15m，仰拱每3m一個(gè)循環(huán)進(jìn)行開(kāi)挖，應(yīng)一次性整體澆筑，不應(yīng)左右側(cè)分開(kāi)澆筑。

3.8 監(jiān)控量測(cè)

隧道施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，重點(diǎn)對(duì)拱頂沉降、初支變形等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率2次/d，如有異常情況應(yīng)及時(shí)撤離施工人員。拱頂下沉、周邊位移及收斂量測(cè)應(yīng)布置在同一斷面，斷面間距Ⅳ級(jí)圍巖不得＞10m、Ⅴ級(jí)圍巖不得＞5m，每段面布置2～6個(gè)點(diǎn)，拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在拱頂。在塌方處理過(guò)程中全程進(jìn)行拱頂沉降、周邊位移及收斂量測(cè)。

該隧道周邊原來(lái)存在采礦施工，需要安排人員重新對(duì)洞頂環(huán)境進(jìn)行充分調(diào)查，如果發(fā)現(xiàn)礦洞要及時(shí)上報(bào)設(shè)計(jì)勘察單位，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充勘探，了解礦洞走向，然后采用機(jī)械進(jìn)行礦洞回填，對(duì)排水進(jìn)行引流。同時(shí)要對(duì)發(fā)現(xiàn)的礦洞位置進(jìn)行測(cè)量。掌子面開(kāi)挖時(shí)要加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)，采用地質(zhì)雷達(dá)掃描、超前鉆孔及地質(zhì)素描等方法對(duì)隧道地質(zhì)情況進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)前方存在空洞、地下水等應(yīng)做好應(yīng)急措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，堅(jiān)持“先排水，預(yù)加固，短開(kāi)挖，勤觀測(cè)”的原則，采取較為完善的技術(shù)措施能夠解決諸多隧道塌方問(wèn)題。本文介紹的茶地坋隧道塌方處置方案在施工中較好地解決了塌方加固難、危險(xiǎn)系數(shù)大等難題，為隧道安全施工提供保障。該方案可作為其他隧道塌方處理施工的參考。