淺埋紅黏土隧道塌方分析及處理★

肖 紅 菊

(銅陵學院建筑工程學院，安徽 銅陵 244000)

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淺埋紅黏土隧道塌方分析及處理★

肖 紅 菊

(銅陵學院建筑工程學院，安徽 銅陵 244000)

介紹了云南某淺埋公路隧道工程的地質特征，分析了隧道塌方發生的原因，并從防止隧道塌方繼續擴大處理與隧道繼續開挖施工處理兩個階段，提出了塌方隧道處理措施，可為類似工程的施工提供借鑒。

淺埋隧道，塌方，管棚法，掌子面

1 項目簡介

1.1 工程概況

云南某公路隧道為一座兩車道分離式隧道，左幅隧道起止點樁號為ZK118+652～ZK120+800，分界段全長2 148 m，隧道最大埋深約為136.93 m；右幅隧道起止點樁號為K118+665～K120+900，分界段全長2 138.1 m，隧道最大埋深約為134 m。洞身采用初期支護和二次襯砌相結合的復合式襯砌。

1.2 工程地質特征

該公路隧道的地質情況比較復雜，現場有Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級圍巖，其中左幅ZK118+652～ZK118+810和右幅K118+665～K118+830為隧道進口段，圍巖等級為Ⅴ級，以第四系坡殘積硬塑狀黏土為主，多呈散體結構，土體自穩能力差，側壁穩定性差，開挖過程中不及時支護或支護不當易產生較大規模的坍塌，土體富水性一般，開挖時可能存在較小量的滴水、滲水等現象。

1.3 水文地質特征

隧道區地下水為第四系孔隙水類型、碳酸鹽巖巖溶水及玄武巖基巖裂隙水類型。第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以潛水形式出現，水量甚微；碳酸鹽巖巖溶水賦存于灰巖巖溶裂隙中，水量一般；地下水以地下徑流的方式匯集于溝谷低洼地段。

2 塌方概況

該隧道進口右幅起點里程樁號為：K118+665，明暗洞交界里程樁號為：K118+680，洞口段(K118+665～K118+830)圍巖為第四系坡殘積硬塑狀態紅粘土為主的Ⅴ級圍巖，明洞長度為15 m。為了保證隧道洞口段的施工安全，現場采用管棚法的輔助施工工藝，管棚為直徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管，長度34 m。初期支護為Ⅰ20a型鋼拱架，間距60 mm。隧道于2015年1月23日～2015年2月3日分別完成了拱套澆筑、長管棚鉆孔、長管棚注漿作業(每根管棚有效長度30 m)。3月5日～3月7日完成K118+665～K118+673段8 m長明洞仰拱的施工；3月29日按三臺階預留核心土臨時仰拱法開挖上臺階，當日完成2個循環開挖支護施作(鋼架間距0.6 m)，長度1.2 m。4月6日～4月13日完成上臺階開挖支護14.4 m，上臺階累計完成進尺15.6 m；中臺階左側開挖支護施作9.6 m；中臺階右側開挖支護施作8.4 m。4月13日6時30分，洞口仰坡噴射混凝土突然開裂并伴有異響，隨后裂縫快速發展，數分鐘內拱頂急劇下沉，掌子面上方地面沉陷冒頂，初支拱架下沉前傾。地面下沉面積約7.5 m×12 m，局部最大下沉深度達到2.5 m～2.0 m，洞口導向墻發生前傾，約15 cm～20 cm，底部開裂，如圖1所示。

由圖1可知，本隧道發生了掌子面整體傾覆破壞，表現為掌子面整體坍塌，洞口段已施工的初期支護則完好無損，直觀判斷隧道塌方是由于上臺階掌子面處初期型鋼拱架基底失穩引起的。

3 塌方原因分析

管棚法隧道的穩定性機理為“棚架原理”，即管棚的作用是形成“微拱”、擴散圍巖壓力至前方未開挖土體和后方已架設型鋼拱架上，型鋼拱架則是控制變形的主體[1-3]。據此，可判斷該隧道塌方的原因為型鋼拱架基底發生失穩破壞，具體分析如下：

1)隧道所處的紅黏土呈散體結構，土體自穩能力差，承載能力低；2)施工中采取了較為激進的方法，具體表現為：左幅掌子面與右幅掌子面間距僅16 m，施工中存在每次開挖進尺為2榀鋼架的情況，且右幅中臺階未能及時施作臨時仰拱；3)部分管棚施工偏差較大，開挖上臺階時曾隔斷4根，影響了“棚架體系”的形成，另管棚內注漿效果也欠佳。

4 現場處理

塌方后的處理主要包括兩階段，第一階段為防止隧道塌方繼續擴大的處理，第二階段為隧道繼續開挖施工的處理。

4.1 隧道塌方后處理

隧道塌方后，為了防止破壞繼續擴大，現場采取了堆土反壓的方法(如圖2所示)，以防止洞口段出現進一步滑塌。

4.2 塌方后隧道開挖施工處理

考慮到塌方段為隧道的進口段，且掌子面發生了整體失穩破壞，為此處理措施為對坍塌段進行開挖，然后再采用明挖的方案，具體工藝為：洞頂卸載、開挖支護→拆除初支鋼拱架→從大里程往小里程更換上、中臺階每榀鋼架→從小里程往大里程施作下臺階鋼架及時封閉成環→鋼架封閉成環后二襯緊跟。

1)洞頂卸載開挖。將右幅洞頂地表坍塌的松散土體用挖機進行清理卸載，邊坡兩側原狀土盡量少擾動，如圖3所示。首先開挖至上臺階標高，邊坡坡率為1∶0.75，仰坡坡率為1∶0.3，土石方卸載開挖采用自上而下分層開挖，一次將土方卸載做完，開挖完成后及時對邊仰坡進行掛網噴錨支護。

2)邊仰坡支護。為確保施工過程中邊仰坡的穩定，開挖完成后及時對邊仰坡進行掛網噴錨防護。錨桿采用φ22砂漿錨桿，長度為3 m，間距200 cm×200 cm，梅花形布置，噴射混凝土采用10 cm厚C20網噴混凝土，鋼筋網采用φ8鋼筋，網格尺寸為25 cm×25 cm。

3)拆除初支鋼拱架。拆除原初支鋼架，拆除從大里程往小里程依次進行，采用挖機配合人工風鎬對原初支混凝土進行鑿除，氧氣乙炔割除原有鋼架和長管棚，如圖4所示。

4)架設換拱鋼架。塌方段從K118+696～K118+680逐榀安裝上、中臺階初支鋼架、鋼筋網片以及鋼架之間連接，每循環施工3 m～4 m。

5)噴射混凝土施工。在上、中臺階鋼筋網上按設計初支外輪廓線覆蓋竹膠板模板進行固定，作為噴射混凝土外模，并確保鋼筋網保護層厚度不少于3 cm。噴射混凝土終凝后，及時回填中臺階兩側，以抵擋邊坡土體側壓力的作用(見圖5)。

6)下臺階及仰拱施工。上、中臺階全部更換完成后，從K118+680依次向大里程方向施工下臺階初期支護。下臺階施工嚴格按照設計要求進行施工，并在拱腳處增加2根4.5 m長φ42×4 mm的鎖腳錨桿。下臺階施工完成6 m后開始仰拱施工，仰拱采用分段開挖、澆筑，每次開挖長度不大于3m。

5 結語

以云南某公路隧道塌方事故為工程背景，分析了塌方發生的原因，提出了塌方后的處理措施，并經實施后達到了預期效果。可為今后類似工程的施工提供借鑒。

[1] 周順華.軟弱地層淺埋暗挖施工中管棚法的棚架原理[J].巖石力學與工程學報，2005，24(14)：2565-2570.

[2] 孫玉永，周順華，肖紅菊，等.管棚法應用于軟土地層的穩定性分析[J].巖石力學與工程學報，2013，32(S2)：4199-4206.

[3] 聶賢海.超前管棚支護在隧道施工中的應用技術[J].山西建筑，2007，36(10)：314-315.

Analysis and treatment of shallow tunnel collapse in red clay★

Xiao Hongju

(CollegeofEngineeringandArchitecture,TonglingUniversity,Tongling244000,China)

The paper introduces the geological features of the some shallow road tunnels, analyzes the reasons for the tunnel collapses, and points out the collapse tunnel treatment measures from preventing enlarged treatment of the tunnel collapses and tunnel continuous excavation construction, so as to provide some reference for the similar projects.

shallow tunnel, collapse, pipe-shed method, tunnel face

1009-6825(2017)11-0178-03

2017-02-08★：安徽省高校優秀青年骨干人才國內外訪學研修項目(gxfx2017114)

肖紅菊(1980- )，女，講師

U457.2

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