新莊隧道冒頂處理方法探析

郭潤喜

（太原路橋建設(shè)有限公司，山西 太原 030006）

岢嵐至臨縣高速公路是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”中西縱高速公路的重要組成部分，全長約125 km，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。本項(xiàng)目的建成將大大改善沿線地區(qū)交通環(huán)境，可對(duì)省道起到較大的分流作用，能有效地緩解岢嵐縣、興縣及臨縣境內(nèi)S218和S313的通行壓力，使區(qū)域內(nèi)公路交通更加通暢，同時(shí)使自然資源和旅游資源優(yōu)勢得以充分的發(fā)揮，對(duì)岢嵐縣、興縣及臨縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展具有非常大的促進(jìn)作用。在本項(xiàng)目施工過程中，由山西路橋建設(shè)集團(tuán)承建的總包一項(xiàng)目部7分部新莊隧洞在施工中左洞發(fā)生塌方，筆者就此隧道的塌方討論處置方法。

1 隧道概況

新莊隧道按高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為分離式雙洞單向行駛隧道，左線起迄樁號(hào)ZK84+285—ZK84+827，全長542 m；右線起迄樁號(hào)K84+186—K84+833，全長642 m，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)限寬10.25 m，限高5.0 m，本隧道地形、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，洞口淺埋段偏壓多，不良地質(zhì)發(fā)育。隧道地區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。

巖性為粉土，褐黃色，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，大孔發(fā)育，具Ⅱ級(jí)自重濕陷性，工程性質(zhì)相對(duì)較差。

表1 支護(hù)參數(shù)表

2 塌方時(shí)的情況

2012年9月12號(hào)掌子面樁號(hào)施工至ZK84+387時(shí)，洞內(nèi)土質(zhì)含水量大，開挖后滲水嚴(yán)重，掌子面土體發(fā)生向洞內(nèi)滑塌，并帶動(dòng)山頂土體下沉。洞身初期支護(hù)砸壞，工字鋼扭曲、變形，土體進(jìn)入已做完初期支護(hù)地段近15 m，地表也形成一個(gè)直徑約31 m、寬25.5 m、深3.7 m的坍塌穴。ZK84+387離未施工段洞口110 m（此隧道從大樁號(hào)到小樁號(hào)開挖）。由于施工人員在聽到幾聲咔咔的響聲后及時(shí)撤離現(xiàn)場，沒有造成人員的傷亡。

3 原因分析

在發(fā)生塌方后，建管處、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同查看現(xiàn)場，分析有以下幾方面原因。

a）ZK84+378樁號(hào)洞頂高度60 m，而在往小樁號(hào)方向時(shí)洞頂高度急劇下降，由ZK84+378的60 m到洞口ZK84+285的12 m，此段落存在急劇下滑的陡坡，且有陳舊的滑動(dòng)過的痕跡。在隧道左側(cè)有一深溝，存在偏壓態(tài)勢。

b）塌方區(qū)段位于沖溝坡壁，圍巖為松散坡積土，近期雨天頻繁，地表水下滲，土質(zhì)比較松散，客觀上加速了圍巖軟化。

c）前期沖溝落水洞回填工作不到位，回填高度及范圍不夠。

d）未按照設(shè)計(jì)要求的開挖方法進(jìn)行施工，掌子面預(yù)留核心土太少。

4 處理方法

a）山頂?shù)乇硖幚怼５乇硌厮w邊沿5 m以外施做地表漿砌片石截水溝，防止地表水滲入塌體，產(chǎn)生次生滑塌。冒頂處地表塌穴用6%的灰土回填，回填部分分層夯實(shí)，每層厚度不得超過15 cm，回填高度為高出原地面50 cm。

對(duì)地表裂縫進(jìn)行封閉處理，按照設(shè)計(jì)院方案先挖開（50×50）cm溝槽，用6%灰土進(jìn)行回填夯實(shí)，每層厚度不得超過15 cm，回填高出原地面50 cm，防止雨水進(jìn)入裂縫。

b）對(duì)洞外采用山體卸載并將卸載土方反壓回填至洞身兩側(cè)沖溝，減少隧道的偏壓態(tài)勢。

c）封閉坍塌面在保證施工安全的情況下，對(duì)洞內(nèi)涌土用挖掘機(jī)擠壓密實(shí)后進(jìn)行噴射混凝土封閉，噴10 cm厚C25混凝土同時(shí)加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，采用I20a工字鋼進(jìn)行扇形支護(hù)，并增設(shè)臨時(shí)仰拱。

d）卸載完成后施做未變形段（ZK84+395—ZK84+405）段臨時(shí)鋼拱架，防止塌方體下沉造成二襯裂縫，臨時(shí)鋼支撐緊貼二襯內(nèi)緣，采用I20a工字鋼，間距1.5 m，并用I20a工字鋼做扇形支撐，臨時(shí)仰拱封閉，做好斜向支撐，并將鋼拱架封閉成環(huán)。

e）在坍穴周圍的圍巖全部進(jìn)行加固處理后開始處理坍方段，按照從外到內(nèi)，從上到下的原則，緩慢清除坍塌體，在清除過程中，應(yīng)加強(qiáng)拱頂下沉及周邊位移收斂的數(shù)據(jù)觀測，用觀測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)清除坍塌體的工作。

f）嚴(yán)格按照三臺(tái)階七步開挖法施工，開挖時(shí)留核心土長度不小于3 m，環(huán)形開挖，進(jìn)尺控制在0.5 m以內(nèi)，開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴混凝土作業(yè)，初噴必須采用濕噴機(jī)噴射混凝土。要求初噴混凝土之前用高壓風(fēng)管將巖壁上的粉塵、雜物吹干凈,經(jīng)檢查合格后才能進(jìn)行噴射作業(yè)，每段環(huán)向長度不宜超過3 m，噴射料應(yīng)置于鐵皮上，初噴混凝土層厚度為3～5 cm，以減少圍巖暴露時(shí)間。

（a）上部弧形導(dǎo)坑環(huán)向開挖，開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴混凝土，然后施做拱部初期支護(hù)。

（b）中、下臺(tái)階左右錯(cuò)開開挖，開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴混凝土，然后施做墻部初期支護(hù)。

（c）中心預(yù)留核心土開挖、隧底開挖，施做隧底初期支護(hù)。每部開挖后均應(yīng)及時(shí)支護(hù)，隧底初期支護(hù)后應(yīng)及時(shí)施做仰拱，盡早封閉成環(huán)。

（d）由于此段隧道屬于冒頂處理，所以每個(gè)工序完工后都要進(jìn)行臨時(shí)支撐，且應(yīng)嚴(yán)格控制初期支護(hù)各工序的質(zhì)量。

該段落從ZK84+394—ZK84+368采用雙排φ42小導(dǎo)管開挖支護(hù)，角度第一排 3°～5°，長6.5 m；第二排15°～25°，長6.5 m。導(dǎo)管環(huán)向間距20 cm，超前導(dǎo)管縱向間距為2.5 m，注漿采用水泥水玻璃漿，按照設(shè)計(jì)壓力注漿（注漿壓力初壓0.5～1.1 MPa，終壓3.0 MPa），要注滿掌子面形成的塌腔。注意在注漿施工時(shí)，由于滑塌體為松土，注漿容易串漿，當(dāng)發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)有多臺(tái)注漿機(jī)同時(shí)注漿，當(dāng)注漿機(jī)較少時(shí)應(yīng)將串漿孔及時(shí)堵塞，輪到該管注漿時(shí)，再拔下堵塞物，用鐵絲或細(xì)鋼筋將管內(nèi)雜物清除并用高壓風(fēng)或水沖洗，然后再注漿，水泥水玻璃雙液漿進(jìn)漿量很大，壓力長時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間，以便凝膠，但停留時(shí)間不能超過混合漿的凝膠時(shí)間。

ZK84+394—ZK84+368段鋼拱架采用I20b，鋼拱架成環(huán)，間距為50 cm；將系統(tǒng)錨桿變?yōu)橄到y(tǒng)錨管，錨管長5 m，縱向間距50 cm，環(huán)向間距80 cm，錨管采用水泥水玻璃漿液，注漿壓力初壓0.5～1.1 MPa，終壓3.0 MPa；小導(dǎo)管尾端焊接在工字鋼上。C25噴射混凝土厚度由原設(shè)計(jì)26 cm提高到28 cm。對(duì)ZK84+368—ZK84+395段二次襯砌進(jìn)行加強(qiáng)，環(huán)向主筋間距由25 cm改為20 cm，縱向鋼筋直徑由φ12改為φ16。在二襯施工時(shí)成熟一段二襯緊跟一段，不能按正常施工時(shí)每10 m進(jìn)行一次二襯混凝土澆筑。

g）嚴(yán)格監(jiān)視掌子面的滲水情況，由于土體含水量大，存在大量滲水現(xiàn)象，致使掌子面積水嚴(yán)重，為防止積水侵泡拱腳，對(duì)隧道穩(wěn)定性造成影響，我們施工時(shí)在靠近掌子面左右各挖一個(gè)積水坑，24小時(shí)不間斷地抽水，隨掌子面前移，集水坑緊跟前移，保障拱腳不受滲水侵泡。

5 安全措施

a）加強(qiáng)對(duì)技術(shù)及施工人員的安全培訓(xùn)，提高全體參建人員的安全、質(zhì)量意識(shí)。

b）隧道施工作業(yè)地段必須保證足夠的照明。由于洞內(nèi)比較潮濕，容易造成漏電現(xiàn)象，必須采用高防水性能的電線、電閘，照明應(yīng)采用防水燈頭和燈罩，并配專職電工進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤服務(wù)，洞內(nèi)抽水機(jī)站應(yīng)專人看管。

c）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)院提供處理方案規(guī)定的開挖方法進(jìn)行施工，特殊情況發(fā)生時(shí)及時(shí)按照變更程序申請改變施工方案。

d）在隧道開挖前，對(duì)隧道地表中線附近范圍再次進(jìn)行勘察，對(duì)地表沖溝、滑塌、陷穴等不良地質(zhì)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按里程樁號(hào)逐一登記、拍照，并及時(shí)進(jìn)行處理。

e）每循環(huán)進(jìn)行測量放樣，嚴(yán)格控制超欠挖。嚴(yán)禁由于測量放線原因進(jìn)行返工處理，定期對(duì)測量控制點(diǎn)進(jìn)行檢查、復(fù)核。

f）邊墻、仰拱或底板等的地基承載力必須滿足設(shè)計(jì)要求。

g）黃土隧道在開挖過程中，拱頂、拱墻、拱腳應(yīng)預(yù)留30 cm人工開挖，嚴(yán)禁超挖，盡量減少挖掘機(jī)對(duì)隧道邊沿的侵?jǐn)_，應(yīng)采用人工風(fēng)鎬對(duì)隧道周邊進(jìn)行修整，土質(zhì)隧道拱墻腳嚴(yán)禁被水侵泡。

h）制定安全施工應(yīng)急預(yù)案，日常做好應(yīng)急物資儲(chǔ)備。

在處理塌方段落的全過程，要加強(qiáng)監(jiān)控量測，收集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)監(jiān)控量測的結(jié)果對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保施工安全。

6 體會(huì)

在岢臨高速公路隧道施工過程中，黃土隧道是岢臨的一道難題，本項(xiàng)目地質(zhì)條件差，土質(zhì)結(jié)構(gòu)不好，而且在黃土隧道施工時(shí)有滲水存在，加劇隧道土質(zhì)的軟化，破壞穩(wěn)定性。盡管在施工中嚴(yán)格按照山西省交通廳關(guān)于隧道施工的規(guī)范執(zhí)行，但不免還是出現(xiàn)一些類似這樣的塌方冒頂事件。所以在今后的施工中，遇到這樣的地質(zhì)情況還是要提前做好預(yù)防準(zhǔn)備，爭取施工中不出現(xiàn)這樣的問題。