公路隧道工程中塌方處理措施的應用

王志強

摘 要：以福建泉州戴云山隧道塌方案例為依托，分析長管棚支護技術在公路隧道工程中的應用。同時，針對戴云山隧道出現的塌方問題，筆者歸納成因的幾種可能性，并提出專項處理方案，僅供參考。

關鍵詞：戴云山隧道；支護厚度；監控量測；專項整治方案

1 工程概況

廈沙高速公路戴云山隧道，設計為分離式雙向四車道，隧道左線起訖樁號ZK78+867～ZK84+704（長度為5837米），右線YK78+850～YK84+700（長度為5850米）。沿線基巖大多為侏羅系南園組的凝灰熔巖和燕山晚期（γ53）侵入的花崗巖，局部為侏羅系梨山組砂巖；中、低山坡地廣泛上覆有第四系坡殘積土層。洞口地段V級圍巖地質條件較差，圍巖結構多為板巖，風化程度高，呈破碎粉砂狀，結構穩定性極差。掘進施工后正洞壁巖存在剝離現象，成洞效果不佳，嚴重阻礙施工進展。

2 洞口長管棚支護施工設計

隧道出口段近山坡坡邊，山坡坡度約為35°～40°，左洞出口左側有小滑塌H315-2，規模較小，斜坡上覆蓋薄層殘坡積層，厚度不均，約為1.0～8.2m，下為全、強風化巖等，洞口上覆土層較厚，地下水位高于設計洞頂，工程地質條件較差，上部薄層巖土層強度較低，洞門段洞頂及仰坡表層為殘坡積與強風化土層，施工時易產生小面積坍塌、掉塊。因此，進洞之前施做30m長管棚。

2.1 設計參數

導管規格：熱軋無縫鋼管，外徑159mm，壁厚8mm。

管距：環向間距40cm。

傾角：外插角以1°為宜。大管棚每環施作長度為60m，鋼管前段呈錐形。

導向管規格：熱軋無縫鋼管，外徑194mm，壁厚5mm。

鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠主要由三根主筋和固定環組成，主筋直徑為18mm，鋼筋之間每35cm間距用3cm長Φ50鋼管連接，鋼管壁厚3.5mm。

鋼管上鉆注漿孔，孔徑16mm，孔縱向間距為20cm，呈梅花形布置，尾部留大于等于100cm的不鉆孔的止漿段。

2.2 注漿設計

灌注漿液：水泥漿液，有時也可采用水泥玻璃雙液漿。

注漿參數：水泥漿、水灰比為1：1（重量比），注漿壓力為2.0MPa～2.5MPa。

注漿擴散半徑：大于等于0.5m。

為了積累鋼管注漿施工經驗和合理化注漿參數，需要在注漿前進行現場注漿試驗。單根鋼管注漿量為：Q=π·γ2·L+π·R2·L·η·α·β。式中，r為鋼管半徑；L為鋼管總長度；R為漿液擴散半徑，取0.5m；η為地層孔隙率，堆積體經測試為12%；α為漿液有效充填率，取0.9；β為漿液損耗系數，取1.15。經計算單根鋼管注漿量Q=6.927m3。

3 隧道塌腔處理

戴云山隧道施工為進出口對向掘進，2015年3月19日晚22：00許，出口端左線隧道ZK84+630掌子面頂部出現掉渣情況，約2分鐘后塌方，現場并無人員傷亡和設備損毀。按照量測數據可知，塌方里程段為ZK84+630～ZK84+620，約10m，總塌方面積為15m×15m，縱向貫深約10m，總塌方土石方量約1500立方。塌方自拱頂至地表巖體呈明顯下沉形態，頂部出現橢圓天窗，如圖1所示。已施作初期支護鋼拱架自拱腰部位直接折斷，邊墻部位因塌方影響嚴重變形。塌方土石方沿著隧道走向坡積20m，周邊圍巖仍松散不穩定，存在二次塌方的可能。

塌方事故發生期間，掌子面掘進里程約為ZK84+500，下導坑（即仰拱）里程約為ZK84+560，此部分襯砌混凝土并未完成施工。

4 塌方處理措施

4.1 塌方影響段處理

（1）正洞徑向注漿加固處理。塌方影響段ZK84+650～ZK84+610為預防塌方擴大，須施作徑向注漿。采用Φ22打孔鋼管作為注漿導管，每根長約4m，以1.5m間距梅花狀分布，徑向注入水泥～水玻璃雙液漿；

（2）正洞空前鎖口處理。空腔邊緣增設2榀I22a鋼拱架予以鎖口，拱腳位置各設置4根所腳錨管；

（3）塌腔邊坡噴射混凝土。塌腔邊坡陡峭，為避免出現掉塊現象，應以1：0.5刷坡處置，并對坡面噴射15cm厚C25混凝土。需注意，施工中應為邊坡角留出踏步和富余的施工平臺。

4.2 塌方段處理

（1）利用環形掘進預留核心土施工方法，開挖塌方堆積體，并以人工風鎬配合小型機械施工。每個開挖進尺須控制不超過50cm，及時跟換已損鋼拱架。鋼拱架連接筋采用Φ22鋼筋，平均間距50cm。布設Φ8鋼筋網片，網格間隔20cm×20cm。未發生塌方邊墻支護面增設徑向錨桿，具體規格遵循設計施工圖紙；

（2）開挖一定進尺以后，鋼拱架頂部安設外模，模板采用3cm厚木模，外側則利用鋼筋予以加固，模板縫隙緊密確保不漏漿。最后，噴射25cm厚C30混凝土；

（3）開挖至掌子面位置，施作加固支護確保圍巖前壁穩定性，即拱頂140°位置加設雙排Φ42超前注漿小導管，每根長約4m，平均間距40cm，環向搭接距離為1m，上層外插角度不超過35°，下層外插角度不超過10°。另外，已剝離初期支護面須復噴混凝土，厚度要求達到設計標準。

4.3 塌腔回填處理

塌方段圍巖結構趨于穩定后，下導坑、襯砌混凝土和拱墻防排水設施即可施工。襯砌混凝土達到設計強度且模板臺車未移位，可對塌腔予以回填處置。以坍渣作為主要回填料，對稱分層回填并夯實。臨近表層須設置50cm后隔水黏土層，避免地表水滲透隧道圍護結構層，表層土須以腐殖土加以覆蓋。塌腔回填處理完畢，塌方段地表臨近1m位置挖筑0.4m×0.3m截水溝，預防地表水滲入塌腔回填體。

4.4 監控量測

塌方處置整個過程均需對洞內、地表做嚴格的監控量測，及時收集反饋信息，用于后續施工指導。

（1）洞內周邊收斂、拱頂下沉量測隧道內共布置兩條水平測線、兩條斜測線、一條拱頂下沉線。監控范圍ZK84+650～ZK84+610，縱向5m一個斷面，每天觀測一次，如圖3所示；

（2）地表沉降觀測。a.塌方腔回填結束前：在ZK84+660～ZK84+600里程段縱向10m、橫向5m布置測點，橫向布置范圍為隧道中線兩側15m范圍，每天觀測一次，如圖4所示。b.塌方腔回填結束后：在ZK84+630～ZK84+620里程段按上述方案布點觀測。

（3）監控要求。監控量測嚴格遵循相關設計規范及標準，每日量測工作完成后及時分析數據，并向現場技術人員和相關負責人及時反饋和交底。如洞內水平收斂超過5mm/d或者是地表監測出現異常情況應及時告知現場人員迅速撤場，同時向上級領導匯報。塌方事故段處理完畢，洞內收斂不超過0.2mm/d可暫停監控。

5 結語

高速公路隧道施工階段作為國家交通建設極為關鍵的一環，保證施工質量和施工安全是高速公路建設可持續發展的重要基礎，利于社會主義現代化建設的有序行進。本文結合青海花久知亥代隧道塌方案例，分析塌方與襯砌厚度不足的原因，并提出針對性的預防與處理措施，從其實踐結果來看，所用技術方案具有一定的實用性和有效性。

參考文獻

[1]張闊，王瑞.蛟嶺隧道洞頂塌方區地震探測[J].華北水利水電學院學報，2011（01）：97～99.

[2]張春光.大斷面黃土隧道塌方處理[J].現代交通技術，2011（05）：60～62.

[3]趙學新.鐵路隧道施工監測淺析[J].山西建筑，2010（25）：331～332.