快速經濟處理豎向斷層引起隧道塌方的方法

張劍

1 設計簡介

大虎峪隧道是山西省某高速公路上的一座雙向四車道單向分離式隧道，隧道的左洞起訖樁號為K24+080～K24+413，長333 m，右洞起訖樁號為YK24+080～YK24+410，長330m。該隧道左右洞洞壁凈距從聞喜端向濟源端逐步擴大，聞喜端凈距為16.0 m，濟源端凈距為19.5 m，整個隧道按照小凈距隧道考慮。

本隧道設計速度80 km/h，隧道建筑限界凈寬10.25 m、凈高5.0 m，行車道(含路緣帶)寬8.75 m，左、右檢修道寬為0.75 m。隧道內輪廓采用三心圓形式，拱部半徑543 cm，邊墻半徑793 cm，仰拱與側墻間用小半徑圓弧連接。隧道襯砌內輪廓圖見圖1。

隧道洞身基巖為太古界混合花崗片麻巖。但由于此段地層年代久遠，遭受過多次地質構造運動，塌方段圍巖以強風化構造角礫巖和碎裂巖為主。其中:

強風化構造角礫巖:灰綠夾灰白色，碎裂角礫結構，斷層泥膠結，膠結較差，綠泥石化強烈，角礫成分主要為片麻巖質，少量石英質，粒徑1 cm～4 cm，膠結物為斷層泥，含量30%～40%，局部段含量達60%，巖體破碎，巖質極軟。

碎裂巖:灰黃、淺灰綠色，系混合花崗片麻巖受構造擠壓破碎而成，綠泥石化較強烈，碎塊呈弱風化狀態，少量呈強風化狀態，碎裂結構，巖質較堅硬，巖體破碎。

隧道區地勢較高，不含地下水，但在雨季時地表水易沿陡傾裂隙滲入洞室。

洞身段以Ⅳ級和Ⅴ級圍巖為主，支護形式見表1。

2 塌方事故簡介

2009年12月，在施工K24+120上臺階掌子面時，K24+121處右側拱頂初期支護噴混凝土出現開裂、剝落現象，工字鋼受力彎曲，且發出異響，隨后發生塌方。塌方范圍為 K24+120.5～K24+123段拱頂偏右5°～45°之間，塌方體深度最大達6m左右，塌腔體形似牛角形。估計塌方方量約為40 m3。K24+120.5～K24+123段右側的3榀18工字鋼砸彎，嚴重變形。左側巖體較完整，且工字鋼噴混凝土等初支也較完整，未有明顯開裂等破壞跡象。

表1 隧道洞身段結構設計參數表

3 原因分析

塌方位置巖體巖性不均，左硬右軟，右側為強風化的巖土體，而左部為較完整的花崗巖巖體。掌子面右側前方進行導管(φ50 mm鋼管)鉆孔作業時，擾動上方土體，大大降低上方土體的自穩定。施工時洞外正下雪，溫度很低，約為-10℃，洞內掌子面溫度稍高，也不過3℃～5℃，洞口附近的水管(鋼管)需火烤以防凍結。低溫導致初支噴混凝土強度增長較慢，導管內水泥漿發揮作用也較慢，最終導致初支被壓垮。

4 處治方案

結合工地實際，確定本次塌方處治原則為:因地制宜、快速安全、經濟耐久。塌方處治斷面見圖2。本次塌方量較小，造成的損失也很小，但必須快速完成處治，否則很有可能由小塌方變成大塌方，從而造成大的損失。根據現場的條件，確定如下處治方案:

1)在塌體初步穩定后，對塌腔初噴2次C20混凝土，厚度共約10 cm，以增加塌體的穩定性。

2)割掉變形的半邊18工字鋼(3榀)，重新焊接完整的半邊18工字鋼，在變形的工字鋼中間各增加1榀18工字鋼，并將塌方段K24+120.5～K24+123段的工字鋼間距調整成40 cm。工字鋼與地面的支撐點需穩固，嚴禁落空。每榀工字鋼兩側分別打設5 m長φ50注漿導管作為鎖腳錨桿。工字鋼間焊接橫向 φ22連接鋼筋，環向間距100 cm。

3)根據大雪封路，材料輸送困難的實際情況，充分利用工地周邊的資源，決定采用袋裝泡沫、木屑充填于塌體內。使用樹枝木棍作為袋裝木屑的下墊層。塌腔體基本充填完后，再對工字鋼下面掛網噴混凝土，施作初支層。施作初支層時預留注漿管道，待氣溫上升后再通過注漿管道壓注水泥漿液(水灰比1∶0.5)。

4)在塌腔體底部，初支頂部布置2道MF7型矩形排水盲管，并將盲管引至邊墻底部，以防上方山體表面雨水下滲。

5 結語

結合工地實際，采用“因地制宜、快速安全、經濟耐久”的塌方處治原則是非常正確的。本次塌方規模不大，但塌體較深，采用上述原則和方法后，在冰雪封路的非常不利情況下，不到2 d時間即將此次塌方處理好，且代價小，施工安全便利，非常經濟。2010年2月通過此處預留導管補注了水泥漿液，并順利的施作了二襯，且K24+122斷面處二襯收斂穩定，表明此處的塌方處治是成功的。

［1］ JTG B01-2003，公路工程技術標準［S］.

［2］ JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［3］ 孫令偉.管棚法在隧道塌方處理中的應用［J］.中南公路工程，2000，25(4):15-16.

［4］ 蔣正華.毫山峪隧道塌方段事故分析與處理［A］.中國公路隧道學會2007年會論文集［C］.2007.