八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方處治實踐

(南平京臺高速公路有限責任公司，南平 353000)

八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方處治實踐

■陶建彬

(南平京臺高速公路有限責任公司，南平 353000)

針對京臺高速公路南平段八外洋2號隧道掌子面拱頂塌方，在分析原因的基礎上，提出了相應處治措施，并取得良好的效果。

隧道 拱頂塌方 處治

高速公路工期大多偏緊張，隧道施工往往又是其關鍵性控制工程，一旦發生塌方，勢必延誤寶貴的工期，增加工程費用，甚至造成人身的傷害。

1 工程概況

八外洋2號隧道位于福建省建甌市南雅鎮杉溪村南側約3km的山嶺部位，為低山丘陵區；起于建甌市南雅鎮杉溪村林廠下小村南東側半山坡，止于迪口鎮鄭源村西側約1.3km的半山坡部位，為分離式中長隧道。

(1)設計概況

八外洋2號隧道左洞長702m，右洞長700m。其中V級圍巖占整個隧道長度的70.2%，Ⅳ級圍巖占29.8%。

(2)地形地貌

八外洋2號隧道隧址區屬剝蝕低山丘陵地貌，微地貌形態為近東西向帶狀陡峻山嶺與山間溝谷相間，支溝發育，多呈“V”字形。山巒起伏，地勢較陡，山坡坡度為20～50°，植被較茂盛，高程340.00～442.42m。

(3)工程水文、地質情況

八外洋2號隧道隧址區地下水分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水二種類型?？h域屬弱透水地層，隧道最大涌水量為502m3/d。根據設計資料，隧道進口段地質情況主要為全風化云母石英片巖、碎石和殘坡積粉質粘土，呈散體狀結構，地下水較貧乏。

2 塌方情況

某日，YK29+833掌子面在出渣過程中，掌子面拱頂出現小掉塊，圍巖非常破碎(掌子面起拱線以下兩側為強風化云母石英片巖，拱頂主要為土夾石結構)，拱部左側有滴水現象。小掉塊呈間斷性的掉落，不久開始出現大量掉塊，現場出渣人員及機械設備及時撤離，并立即封閉現場，停止施工。待塌方體上部破碎體基本穩定后，技術人員立即展開洞內、洞外地表調查：洞內塌口下口尺寸為8m×4m，塌口高度為6m，總塌落體約200m3，已施工的超前小導管全部被壓出，支護好的鋼拱架未變形；洞外地表出現長6m×4m、深1.8m塌陷坑槽。詳見圖1～2。

圖1 YK29+833掌子面拱頂塌方現場照片

圖2 掌子面K29+833塌方示意圖

3 塌方原因分析

通過現場查看和分析后，一致認為造成本次塌方的原因有以下幾點：

(1)坍塌體巖層以土夾石和全風化云母石英片巖為主，圍巖級別為V級，呈散體狀結構，整體穩定性極差，地質因素是本次坍塌的主要原因。

(2)緊鄰塌方體已施工段落的巖層以較均質的全風化云母石英為主，YK29+833處遇地質突變，造成設計的超前小導管強度偏弱，加上開挖施工的長度可能未嚴格遵守設計及規范，也是造成坍塌的原因之一。

(3)坍方現場拱部左側出現的滴水現象，其涌水量較小，與設計的水文、地質情況基本相符，不足以構成坍塌的主要因素。

4 塌方處治措施

從現場塌方范圍及影響看，塌方體主要為土夾石結構，極為松散，無自穩能力，為防止引起拱部的進一步垮塌，確保施工安全，作如下應急搶救措施：洞內立即暫停掌子面開挖，同時施作回填土對塌方體進行反壓回填，反壓時預留二級作業平臺，使掌子面形成預留核心土；在洞外地表塌陷部位周邊開挖截水溝，采用彩條布覆蓋截水溝溝底及塌陷區域，防止雨水滲入，以穩定塌體的自承能力，防止塌方繼續擴大。

(1)塌方處加固處理

①首先對坍塌空腔暴露巖面進行噴射混凝土進行封閉，噴砼厚度為10cm。

②利用回填二級操作平臺，對塌腔部位進行拱架、錨桿、鋼筋網片等初期支護，環向架立I20b型鋼，間距為30cm，按V級深埋尺寸制作，預留變形量為15cm，縱向采用I16工字鋼縱向連接，間距1m，并焊接牢固，使型鋼鋼架連接處牢固，上齊連接螺栓。

③在拱架背部掛設雙層鋼筋網片，網片采用Φ8圓條制作，網格間距為15cm×15cm，網片與拱架焊接形成整體，噴射C25砼30cm使拱部平順。

④在拱架預留孔拱頂位置采用超前注漿固結的方式進行加固處理。施工參數為：徑向Φ42超前小導管L= 6m，環向間距30cm，拱部120°范圍施作，注漿壓力控制在2MPa以上，以起到加強、加固松散體及支撐的剛度，提高塌方體自穩和支撐能力，確保順利通過塌方段。

⑤拱頂處噴砼封閉時預埋一根長3mΦ2000套管，澆筑混凝土時能將輸送泵管送進洞穴，預留一根Φ108的鋼管作為吹沙管，管長4m，同時在拱部布設3根5m長Φ42透氣孔。

⑥通過預埋管泵送拱頂厚度為2m的C25混凝土，分兩次澆筑，鋼拱架和混凝土形成1.5m厚護拱，澆筑混凝土時鋼拱架下加工字鋼支撐?；炷吝_到設計強度后向坍塌空腔吹砂，形成至少2m厚的砂層。

⑦塌腔處理范圍為塌方處及前、后里程5m范圍內。

(2)對塌方后方5m范圍內已施作的初期支護進行加固

①對掌子面、塌體及作業平臺噴射C25混凝土(厚度10cm)進行封閉，并對YK29+833向洞口已支護段5～10m范圍兩側起拱線部位采用I22工字鋼(間距1m)進行臨時支撐，防止已支護段出現拱架變形或失穩。

②在塌方處向洞口方向5～10m拱頂位置采用徑向注漿固結的方式進行加固處理。施工參數為：徑向Φ42超前小導管L=4.5m，環向間距30cm，縱向間距1m，拱部120°范圍施作。

(3)地表塌體加固

采用鉆孔埋設鋼花管并注漿的措施加固地表塌體。

①開孔直徑為Φ127，成孔直徑為Φ110，孔口段以Φ127套管護孔。鋼花管內徑為Φ89(壁厚6mm)熱軋無縫鋼管。鋼花管平面布置原則：鉆孔孔位按間距2m梅花形沿隧道中線的法線方向布置，范圍為塌陷邊線向外5m范圍內。鋼花管豎向布設原則：下部鋼花管頭距離開挖外輪廓線拱頂1.5m，上部鋼花管頭露出地表50cm，長度由地面和隧道拱頂間距離確定。

②鋼花管細部參數：沿鋼管管壁每間隔30cm交錯布置4排Φ16的注漿孔，鋼管每節長2～3m，孔口無孔段長度為50cm。鋼花管跟進過程中分節絲扣接長，每邊長度不短于15cm，兩節相接處沿圓周每隔20mm進行焊接。

③采用水泥單液漿進行注漿，注漿設計壓力按1MPa控制。漿液水灰比為1:1，其稠度應適中，利用泵壓可壓入較小的空隙，也能形成足夠的結石體強度。

④待洞內、外處理均穩定后，洞頂地表塌陷坑槽采用不透水粘土分層回填，在回填土上鋪一層30cm厚耕植土并植草。

5 處治效果

經過精心的處治，在較短的時間內順利通過了塌方段。監測數據顯示，塌方處理段落的拱頂沉降量與沉降速率及圍巖收斂相關參數均符合規范要求，完工后期也未出現二襯空鼓、開裂、滲水等現象，說明處治措施是可行的，基本達到了“安全、快速、節約”的目的。

6 體會

(1)由于該隧道施工仍處在軟弱圍巖區域，而且還較長，技術人員仍應牢固堅守“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測，快封閉、快襯砌”原則，將其貫徹到現場施工中。 (2)技術人員應準確領會設計意圖，隧道開挖后應合理安排，盡可能縮短圍巖的暴露時間，盡早地進行初期支護。超前小導管支護與錨噴支護必須做到緊密結合，將超前小導管與型鋼鋼架連接成整體，真正起到共同支護的作用。

(3)造成隧道塌方的因素很多，但地質因素是造成隧道塌方的決定性的因素，因此技術人員應高度重視施工地質工作。塌方是可預測、可控制的，技術人員應加強現場監控量測工作，及時、準確反饋現場量測數據，基于數據精準調整施工方法及支護參數，施工安全才有保障。

(4)技術人員應站在高速公路全壽命周期這一高度上開展施工，施工期的馬虎，將給高速公路運營期間養護工作帶去極大困難。運營期間出現隧道二襯不均勻沉降、開裂、滲水及隧道路面出現滲水都是隧道施工質量不過關引起的，運營期間進行處治將十分困難，同時影響高速公路過往車輛的正常通行。

[1]福建省高速公路隧道施工標準化指南.

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工技術規范[S].

[3]JTG D70-2004,公路隧道設計規范[S].

[4]關寶樹.隧道工程施工要點集(第二版).北京：人民交通出版社，2011.