某高速公路隧道塌方處治工程實例分析

■李起龍

（龍巖永杭高速公路有限責任公司，龍巖 364000）

某高速公路隧道塌方處治工程實例分析

■李起龍

（龍巖永杭高速公路有限責任公司，龍巖 364000）

本文介紹了某高速公路隧道塌方處治過程，從現場揭露的地質情況結合超前地質預報分析了塌方的產生原因，從而提出處理加固掘進方案，并通過監控量測數據對處治和后期掘進效果進行了分析，證明處治及后期掘進方案合理，效果較好，確保了隧道施工安全。

隧道 塌方 處治 超前地質預報

1 工程概況

某高速公路為分離式二車道雙洞隧道，隧道結構按新奧法原理進行施工，采用復合式襯砌，以錨桿、濕噴混凝土（鋼筋掛網）、鋼拱架為初期支護，大管棚、超前注漿小導管、超前錨桿等為輔助施工措施，充分發揮圍巖自承能力。高速公路隧道出口右洞YK2+172～YK2+247段原設計為V級圍巖，支護參數為Z5型支護，其中Ⅴ級圍巖復合式襯砌參數如下表1。

表1 Ⅴ級圍巖復合式襯砌參數表

2 隧道塌方總體情況

某高速公路隧道出口右洞YK2+172～YK2+247段原設計為V級圍巖，支護參數為Z5型支護。2015年1月3日開挖至YK2+196里程樁號時，于當日凌晨5：20發生局部塌方，塌方沿開挖方向縱深約11m，塌腔高度約6.5m左右，塌方樁號為YK2+185～YK2+196，據掌子面觀察，塌方從左側拱腰至右側拱腳大面積坍塌，左側壁相對穩定，拱頂偏左有明顯滑層，塌方體極其松散。對山體表面進行觀察和量測沒有發現變形及坍塌。本次隧道塌方段實測埋深123m。塌方段示意圖見圖1。

圖1 隧道塌方段示意圖

3 隧道塌方成因分析

YK2+188～YK2+196段設計為F2超前支護、Z5復合型支護，現場按留核心土三臺階法施工，鋼支撐每循環進尺一榀，對設計環狀超前小導管每50cm/根改按30cm/根進行了加密布設，由于淤泥夾層比例較大，小導管注漿形成預期固結效果較差。

塌方左側地質為強風化塊狀石英云母片巖、變粒巖，拱腰至右側拱腳圍巖為砂土狀-碎塊狀強風化變粒巖為主，含大量黃褐色淤泥夾層，呈松散狀；圍巖層理、節理裂隙發育，巖體極破碎，整體性差，巖體呈松散結構，巖塊潮濕，處于吸水飽和狀態，大部分手捏可碎，少量輕擊易碎，易坍塌。從現場塌方體來看，破碎巖中含大量黃褐色淤泥夾層與大塊孤石，碎塊狀圍巖與大塊巖石無有效粘結力，圍巖無自穩能力，不能形成相對穩定的受力層，巖性較V級圍巖為差。設計圖紙中的F1-1A構造破碎帶成65°夾角穿過此段，據YK2+205處鉆孔CS4揭示，破碎帶呈褐黃色，巖心極破碎，部分礦物受構造帶影響蝕變成土狀，強度低，互擊易碎，部分手可折斷，現場地質狀況與設計鉆孔揭示的構造破碎帶基本相符，現場左右洞揭露的構造帶走向與該段路線走向基本一致（東南—西北），傾角約65°（左洞約110°），本次塌方主要為遇不利地質構造帶原因造成。

4 處治方案

（1）塌方段落樁號為YK2+185～YK2+196，擴大塌方影響區臨時加固范圍，對YK2+220-196段每榀鋼支撐用1根工25b型鋼作為臨時豎撐，并加強縱橫向豎撐之間的連結，保證臨時豎撐的整體受力，臨時豎撐應做好基礎和原鋼支撐的連接（周邊焊接焊縫厚度不小于8mm）。同時，對YK2+196～YK2+220范圍的初期支護補打環向徑向小導管進行注漿補強 （導管長為6m，間距為100× 100cm，注漿壓力為0.7～1.5MPa，漿液為水灰比0.5∶1.0），以確保塌方處理人員的施工安全。

（2）在洞內對塌方段落進行回填夯實至洞頂，并在塌方回填體表面噴一層20cm厚的C25早強混凝土將塌方體封閉，在塌方體上設置平孔排水，然后在塌方體表面打入Φ50mm小導管，梅花形布設，間距為120x120cm，導管長為6m，注漿液為0.5∶1.0（水灰比）的水泥漿以固結塌方體（對塌方體開挖時，每一循環的塌方體開挖均應進行小導管注漿處理，每一循環小導管注漿搭接長度應大2m，作為止漿墻用），以保證洞內塌方體的穩定。

（3）在塌方區進行探孔，探明塌方體上方空腔大小及位置走向，并針對性的打入三根Φ108mm鋼管，管口伸至塌腔頂，方便后期泵送砼回填。采用C20泵送砼對空腔內部進行回填，塌腔回填厚度大于洞身開挖線以外6m。

（4）超前支護：從塌腔邊緣后退4m，以環向間距為40cm、外插角≤10°、長度為20m的Φ89mm中管棚（中管棚應伸入正常圍巖段落至少5m），并在每兩根中管棚中間打入外插角為45°、長為6m的Φ50mm的小導管，小導管縱向間距為1m，并壓漿固結塌方體和周邊圍巖，注漿壓力為0.7～1.5MPa，漿液為0.5∶1.0（水灰比）的水泥漿（見圖2）。

（5）洞身開挖：嚴格采用CD法開挖，初期支護隨挖隨支護到設計要求，嚴格控制超前小導管施工質量，在一側導坑先開挖到超過塌方段落，并經監控兩側結果確定中側壁穩定后，再開挖另一側，塌方段落開挖應在塌方區初支背后空腔回填砼完成并達到設計強度后方可進行。

（6）強化塌方段落的支護結構：塌方段落支護采用ZDK-2型復合支護,ZDK-2型支護應伸入正常圍巖段5m（ZDK-2型支護參數：初支厚度為30cm、采用工22b鋼支撐、縱向間距為50cm；二襯厚度為55cm、C30模筑防水砼、Φ25mm鋼筋、鋼筋間距20cm）。

圖2 超前支護示意圖

5 處治過程注意事項

（1）在對于塌方段落的開挖掘進時，采取短進尺、強支護、早成環進行（每挖一榀鋼支撐間距立即設置一榀鋼支撐并噴射砼至設計厚度使之形成強度），并加強對初期支護監控量測。

（2）施工現場加強了洞內塌方影響區的監控量測和超前地質預報，量測斷面每3m設置一個，共設置了11個監測斷面，用以指導施工。

（3）上述塌方段落加固處理均在塌方區后方初期支護加固處理完畢后才進行，確保作業安全。

（4）塌方段開挖初支完成后，組織監測單位對塌方體圍巖加固的情況進行地質雷達掃描檢查，確認洞周6m范圍內沒有存在空洞和松散體后，方才進行下一工序的施工。

（5）二襯前對初支段落進行了橫斷面測量，對于二襯厚度不能滿足設計要求的，待前后段二襯施工后，再進行換拱，換拱采取先安裝新拱架后，再拆除原有拱架，確保了換拱施工安全。

6 塌方處治效果分析

根據塌方情況，專業監控量測單位隊 YK2+240～YK2+185每天進行監測，主要內容有：地質與支護狀態觀察、周邊收斂監測、拱頂下沉監測，地表沉降監測等。現場前后共布設11個監測點，用以指導塌方處治施工，同時監測處治效果，選取其中一個最不利斷面的拱頂下沉及周邊收斂見圖3～圖6。

累計下沉及周邊收斂第45d后，拱頂下沉達-25mm，收斂率達97.90%≥80%，下沉速率為0.03mm/d≤0.2mm/ d。兩者日位移值、速率呈穩定的減小，曲線開始具有趨于平緩的趨勢。綜合上述分析表明圍巖達到基本穩定狀態，達到了安全處治的效果，后續施工也安全完成，實現了隧道的貫通，并順利通車運營。

圖3 凈空收斂累計變化曲線圖

圖4 速率變化曲線圖

圖5 速率變化曲線圖

圖6 下沉累計變化曲線圖

7 結語

隧道塌方處治必須遵循先加固滑動體，然后再處治塌方體的總體工序原則，以確保作業的安全，要合理布設監控量測點，收集塌方段變形數據，同時要結合超前地質預報，以便科學準確的指導和調整設計和施工方案，才能確保隧道塌方處治施工質量安全。

[1]關寶樹編著.隧道工程施工要點集.北京：人民交通出版社，2003.

[2]王毅才主編.隧道工程.北京：人民交通出版社，2002.

[3]JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[4]JTG/T F60-2009，隧道施工技術細則，北京：人民交通出版社. 2009.

[5]福建省高速公路建設總指揮部.隧道標準化施工指南.北京：人民交通出版社，2013.