應(yīng)用新意法處理隧道坍方施工技術(shù)

摘要：本文以金華溫鐵路擴(kuò)能改造工程梅店隧道坍方施工實(shí)例，具體介紹了在隱性節(jié)理發(fā)育地段隧道坍方的施工技術(shù)，本方案在保證施工安全的前提下確保了質(zhì)量及施工工期及，為今后類似地質(zhì)復(fù)雜地形下的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：新意法；隧道；坍方；施工技術(shù)

1.概述

隨著隧道施工的高速發(fā)展，坍方事件也在行業(yè)內(nèi)引起很大的重視。特別是近年來在地質(zhì)較好的硬質(zhì)圍巖處理上很難判斷，使得在圍巖較好地段發(fā)生坍方的事件越來越多。如何進(jìn)行安全高效的對硬質(zhì)圍巖段坍方進(jìn)行處理，特別是存在隱性節(jié)理、開挖后偶有掉塊的硬質(zhì)圍巖地段，目前專家意見各不相同，給坍方處理帶來很大的安全隱患和質(zhì)量隱患。

金溫鐵路擴(kuò)能改造工程梅店隧道位于浙江省縉云縣境內(nèi)，進(jìn)口里程DK70+795，出口里程DK72+652，全長1857m。全隧道位于右偏曲線上，曲線半徑為4500m，隧道內(nèi)設(shè)“人”字坡。

2013年10月20日，隧道進(jìn)口施工至DK71+740里程時(shí)，在DK71+715～DK71+725段發(fā)生坍方，隨后幾天內(nèi)不斷擴(kuò)展，最終坍方里程為DK71+683～DK71+740。坍方段設(shè)計(jì)為Ⅱ級(jí)圍巖，坍方深度約12m，方量約9000m3。隧道坍方如圖1。

圖1 坍方圖

2.原因分析

坍方發(fā)生在2013年10月20日，至2013年11月2日坍腔基本穩(wěn)定。第一次坍方段（DK71+715～ +725）的隧道開挖時(shí)間為2013年10月16日。

坍方的巖體為侏羅系上統(tǒng)磨石山群西山頭組J3x流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，弱風(fēng)化，坍體多以巨塊或大塊為主。巖石塊體雖經(jīng)坍落碰撞但多保持較完整的棱角，巖質(zhì)較硬，呈脆性圍巖「1」。地下水為基巖裂隙水不發(fā)育，局部節(jié)理面有濕潤現(xiàn)象。

在坍方后的實(shí)地勘測中，可以發(fā)現(xiàn)在隧道拱部上方發(fā)育有兩組節(jié)理，一組水平節(jié)理和另外一組垂直節(jié)理，節(jié)理結(jié)構(gòu)面光滑，局部夾有軟弱夾層，均為不利節(jié)理，兩組節(jié)理切割巖體，易引起拱頂坍塌、掉塊。通過現(xiàn)場勘察主要的坍方體均是沿著隱伏構(gòu)造結(jié)構(gòu)面坍落的。

由于控制坍方的主要節(jié)理等結(jié)構(gòu)面在隧道未開挖之前，受到地質(zhì)構(gòu)造的影響均是閉合的，采用TSP等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段難以精確反應(yīng)節(jié)理發(fā)育程度。同時(shí)這些節(jié)理發(fā)育于洞身開挖范圍之外，隧道開挖后在掌子面與洞壁進(jìn)行地質(zhì)素描時(shí)，開挖掌子面出露的圍巖強(qiáng)度較大，節(jié)理有局部發(fā)育，但不對巖體完整性構(gòu)成較大的影響，而且地下水也不發(fā)育，不能發(fā)現(xiàn)節(jié)理發(fā)育的具體情況。圖2為TSP檢測節(jié)理面。

根據(jù)此情況造成坍方的直接原因是：隨著隧道的開挖，在隧道一側(cè)形成了臨空面，原來閉合的裂隙張開（所謂構(gòu)造中的釋壓節(jié)理）。而洞室爆破開挖振動(dòng)進(jìn)一步促進(jìn)節(jié)理構(gòu)造面的張開程度。

圖2 提取的圍巖巖石節(jié)理面

3.坍方方案

隧道坍方時(shí)，由于進(jìn)口為Ⅱ級(jí)圍巖，二次襯砌距離坍方段較遠(yuǎn)，，坍方位置埋深較深，為180m以上。如圖3為坍方段縱斷面示意圖。

圖3 坍方段縱斷面示意圖

本著“安全第一、不留隱患、保證工期、節(jié)約成本、確保運(yùn)營安全”的原則，采用“鞏固后方、鎖住口部、坍腔回填、開挖支護(hù)、監(jiān)控量測”的施工方案。

首先進(jìn)行坍方后方處理將二次襯砌緊跟，后采用臨時(shí)鋼架對坍方影響段進(jìn)行加強(qiáng)，避免塌方向后方延伸，其次進(jìn)行坍方的鎖口施工，使工人在坍方口段保證安全及避免再次向外坍塌，再次進(jìn)行止?jié){墻施工，止?jié){墻使坍腔段封閉，保證注漿不外漏及坍腔內(nèi)的坍體滑出造成安全隱患，并在止?jié){墻上埋入注漿管。后進(jìn)行坍腔內(nèi)注漿至注滿，再進(jìn)行管棚施工，最后進(jìn)行坍腔開挖及襯砌施工。圖4為主要施工工藝流程。

圖4 主要施工工藝流程

3.1二襯緊跟

由于坍方時(shí)二次襯砌距離坍腔較遠(yuǎn)，為縮短距離，保證安全，從DK71+612～+647段進(jìn)行二次襯砌的施工，襯砌采用C35纖維混凝土進(jìn)行加強(qiáng)處理（原設(shè)計(jì)C30素混凝土）。襯砌厚度為35cm。

3.2臨時(shí)鋼架施工及錨桿施做

1、DK71+612～+647段二次襯砌按照Ⅱ級(jí)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)，采用C35纖維混凝土進(jìn)行加強(qiáng)處理，襯砌厚度為35cm。

2、DK71+647～+657段初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚5cm。拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿，長3.5m，梅花形布置，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長3.5m，梅花形布置，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。二次襯砌按照Ⅱ級(jí)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)，采用C35纖維混凝土進(jìn)行加強(qiáng)處理，襯砌厚度為35cm。

3、DK71+657～DK71+673段采用I20工字鋼鋼架臨時(shí)支護(hù)，間距1m，共16榀。初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚5cm，拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿，長3.5m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長3.5m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土，厚40cm，環(huán)向鋼筋φ22，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土，厚30～39cm，環(huán)向鋼筋φ16，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距20cm。

4、DK71+673～DK71+677段采用I20工字鋼鋼架臨時(shí)支護(hù)，間距0.5m，共8榀。初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚5cm，拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿，長3.5m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長3.5m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土，厚40cm，環(huán)向鋼筋φ22，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土，厚30～39cm，環(huán)向鋼筋φ16，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距20cm。

5、DK71+677～+683段采用I20工字鋼鋼架臨時(shí)支護(hù)，間距0.5m，共12榀。該段拱部及部分邊墻擴(kuò)挖管棚工作室并施做導(dǎo)向墻，施工過程中逐榀拆除鋼架，擴(kuò)挖和支護(hù)，并配合Ⅱ型小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)。擴(kuò)挖部分初期支護(hù)采用HW175型鋼鋼架，間距0.6m，并噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格間距20cm*20cm，拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿，長4m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱），邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長4m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。剩余邊墻初期支護(hù)噴射5cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土，并設(shè)置φ22砂漿錨桿，長4m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。擴(kuò)挖部分采用C20混凝土回填，混凝土采用噴混凝土。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土，厚40cm，環(huán)向鋼筋φ22，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土，厚30～39cm，環(huán)向鋼筋φ16，間距20cm，縱向鋼筋φ14，間距20cm。圖5為臨時(shí)鋼架施工。

圖5 臨時(shí)鋼架施工

3.3塌方段（DK71+683～DK71+740）處理方案

1、從DK71+683處開始施作止?jié){墻，根據(jù)現(xiàn)場情況止?jié){墻采用C20模筑混凝土臺(tái)階法澆筑施工，每臺(tái)階高度約2.0m，里程寬2.0m，共5個(gè)臺(tái)階。臺(tái)階澆筑混凝土過程中，在混凝土表面設(shè)置間距0.5m的I20型臨時(shí)仰拱。并架設(shè)臨時(shí)鋼架，鋼架間距0.5m一榀，臨時(shí)鋼架和臨時(shí)仰拱焊接牢固。臨時(shí)鋼架加固完后進(jìn)行下一臺(tái)階的施工和鋼架施工，共施工13榀。止?jié){墻頂端在里程DK71+688處進(jìn)行封堵。

2、通過止?jié){墻向塌體內(nèi)注輕型發(fā)泡混凝土，回填至坍腔填滿。

泡沫混凝土密度小（0.5～2.0T/M3）、施工方便、具有輕質(zhì)、良好的抗壓強(qiáng)度（0.5～22.2Mpa）流動(dòng)性強(qiáng)、整體性能好特點(diǎn)。可固結(jié)坍塌渣體，為后續(xù)開挖消除滑坍隱患。灌注泡沫混凝土現(xiàn)場泵送，注漿管采用Ф50鍍鋅鋼管通過導(dǎo)向管伸直塌腔內(nèi)部，

圖6 泡沫混凝土施工

根據(jù)注漿管插入角度及深度先進(jìn)行塌腔體兩側(cè)及最深處灌注，再進(jìn)行塌腔體上方及頂部灌注，直至填滿塌腔空間。

3、利用DK71+683導(dǎo)向墻施做超前大管棚，管棚采用φ159大管棚，長58m，管棚內(nèi)套鋼筋籠。管棚施做完畢后進(jìn)行坍塌部位開挖，開挖工法采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，開挖以弱爆破配合鎬頭機(jī)進(jìn)行。超前管棚配打II型小導(dǎo)管。初期支護(hù)采用HW175型鋼鋼架，間距50cm，噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格間距20cm*20cm，邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長4m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土，厚60cm，環(huán)向鋼筋φ25，間距20cm，縱向鋼筋φ16，間距25cm。仰拱采用C40鋼筋混凝土，厚70cm，環(huán)向鋼筋φ25，間距20cm，縱向鋼筋φ16，間距25cm。

3.4塌方后段（DK71+740～DK71+760）處理方案

DK71+740～DK71+760段超前支護(hù)采用Ⅱ型超前小導(dǎo)管。初期支護(hù)采用I20a工字鋼鋼架，間距60cm，噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ6鋼筋，網(wǎng)格間距20cm*20cm，邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿，長4m，間距1.2m*1.2m（環(huán)*縱）。二次襯砌拱墻采用C35鋼筋混凝土，厚45cm，環(huán)向鋼筋φ22，間距20cm，縱向鋼筋φ12，間距25cm。仰拱采用C35鋼筋混凝土，厚55cm，環(huán)向鋼筋φ22，間距20cm，縱向鋼筋φ12，間距25cm。

4.結(jié)論

梅店隧道坍方從坍方至處理完成。在坍方處理過程中培養(yǎng)了一批隧道專業(yè)人才。同時(shí)也對坍方事件總結(jié)了幾點(diǎn)教訓(xùn)。

1、對坍方的發(fā)生要盡量避免，施工過程中難免遇到圍巖與設(shè)計(jì)不符，及時(shí)請?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行地質(zhì)確認(rèn)與變更。特別是II、Ⅲ 級(jí)圍巖，沒有鋼架，如何避免？在設(shè)計(jì)不能變更的情況下，認(rèn)為加設(shè)環(huán)向鋼筋是比較好的方法。

2、坍方發(fā)生后如何處理？ ①不能拖時(shí)間太長②在確保安全情況下及時(shí)鎖住口部，避免坍方擴(kuò)大③根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)準(zhǔn)確的制定出處理方案。

3、坍方處理必須堅(jiān)持安全第一的原則，在保證過程安全的情況下，不留質(zhì)量隱患。

4、坍方處理仍然要堅(jiān)持利益最大化，但不是偷工減料，而應(yīng)設(shè)計(jì)變更的基礎(chǔ)上進(jìn)行，特別是盡量要求增加輔助措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春生，候靖，朱永生，朱煥林.深埋隧洞圍巖應(yīng)力分布與破壞機(jī)理《現(xiàn)代隧道技術(shù)》第48卷第三期，2011