談大跨度黃土隧道塌方原因及處理方案

張 森

(中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075)

1 工程概述

青蘭高速公路(G22)山西省黎城(冀晉界)至長治段是《國家高速公路網》規劃中第6橫在山西省境內的起點段，亦是調整后的《山西省高速公路網》(2009年2月)“三縱、十一橫、十一環”中第9橫的路段。目前該段高速公路服務水平逐年降低，部分路段出現擁堵，事故頻發，已經不能滿足發展的需要，改建擴容的必要性較為緊迫。其中的五里坡隧道全長1 451.817 m,隧道出口為了減少對原有生態環境破壞，力求保持原貌，洞門采用削竹式洞門。

2 工程地質及水文地質條件

隧道洞口段200 m范圍內，覆蓋層厚度僅2 m～33 m，且覆土主要為老黃黏土、新黃土，強度低，為Ⅴ級淺埋段，洞身開挖斷面面積達165.58 m2，屬超大斷面隧道，對暗洞開挖施工條件極為不利，施工難度較大。

隧址區未見地表水，地下水屬基巖裂隙水，貯藏于灰巖裂隙帶中，水位不連續，主要受大氣降水入滲補給，本次勘察各鉆孔均未揭露地下水[1]。

3 塌方情況

1)五里坡隧道出口洞門樁號為Z2K770+250，明洞長18 m，洞身上導開挖至Z2K770+090(距洞口160 m)時，Z2K770+107～Z2K770+090段(約17 m)發生整體式跨塌，塌腔高度約5 m～6 m。

2)洞內發生塌方后，發現地表有兩條不規則裂縫，總長度約60 m，縫寬約1 mm～2 mm不等。

3)Z2K770+130～Z2K770+107段初期支護在起拱線處發現有不規則輕微裂縫。

4 塌方原因分析

1)地質原因：發生塌方段落老黃土層夾雜有新黃土，為粉質黏土，較松散，圍巖穩定差，易發生坍塌。

2)雨季施工：本段施工正值雨季，由于近期連日降雨，地表水滲入，使得洞內土含水量增加，造成洞身失穩。

3)施工原因：施工單位大跨度隧道施工經驗不足，在上導施工過程中，下導及仰拱未及時跟進。

5 塌方處治方案

業主、監理及設計單位察看現場后，隨后又邀請相關隧道專家到施工現場進行了洞內外觀察。根據現場實際情況，為使隧道安全通過塌方地段，共同確定處治方案如下：

1)盡快用黏土或灰土封閉塌方段對應地表裂縫，黏土或灰土需比地表稍高，以避免雨水從此處下滲，加劇洞內塌方發展。加強地表裂縫發展情況觀測，一天不少于2次。

2)立即停止掌子面所有施工，初支未閉合段盡快施作臨時仰拱、豎撐和中間橫支撐。初期支護掉塊附近的初支已閉合段6 m范圍內盡快施作豎撐和中間橫支撐。

3)加快初期沉降變形已穩定段二次襯砌施工。

4)初支及地表沉降變形穩定后方能進行塌方體施工。

5)塌方體處理前，先施作雙層超前小導管，小導管長度5.0 m，角度根據塌方空腔或塌方體頂面確定，漿液采用水泥—水玻璃雙液漿。

6)開挖塌方體時先施作超前支護，采用拱部120°范圍內設φ108超前管棚+超前小導管支護。

7)鋼拱架型號由Ⅰ22b調整為Ⅰ25b，間距調整為50 cm。并且一次只能開挖一榀，開挖后掌子面立即噴錨封閉，并注意留好核心土，核心土長度不小于10 m,塌方處理段施工方法由雙側壁導坑法改為CRD法。塌方處理完后，按照設計雙側壁導坑法施工。

8)施工初期時要沿隧道縱向每隔2 m預留注漿管，塌方處理一段距離用預留注漿管注1 m～2 m厚C25混凝土作為護拱，護拱上部通過預留注漿管用粉煤灰盡量充填滿。

9)由于塌方段對應地表已產生裂縫，為應對未來更壞情況，建議施工隊及時準備方木應急搶險。

10)由于塌方情況隨時變化，以上建議僅供參考，應根據施工具體情況現場及時調整施工方案[2-4]。

5.1 隧道塌方體注漿

采用φ50雙層無縫鋼管沿隧道外輪廓線進行注漿，管長5.0 m，鋼管外插角根據塌方空腔或塌方體頂面確定，交錯布置。不同外插角鋼管環向間距為20 cm(即相同外插角鋼管環向間距為40 cm)，注漿材料為水泥—水玻璃雙液漿：水泥漿水灰比0.5∶1～1∶1，水泥漿—水玻璃體積比1∶0.5～1∶1，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數2.4～3.4，濃度30°Be～45°Be，凝結時間控制在15 min以內(根據需要可摻2.0%Na HPO緩凝劑)，7 d漿液結石強度不低于20 MPa，注漿壓力初壓0.5 MPa～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。

5.2 超前支護

拱部120°范圍內設φ108超前管棚支護，每環長15 m，環向間距0.4 m，縱向搭接長度3 m，外插角5°～10°，注水泥—水玻璃雙液漿，配合大管棚施作φ50超前小導管注水泥—水玻璃雙液漿加固地層，外插角40°，小導管長5.0 m，環向間距為40 cm，每2.0 m一環。為提高管棚的抗彎能力，在鋼管內設置鋼筋籠，鋼筋籠由四根主筋和固定環組成，主筋直徑為18，固定環采用短管節，節長5 cm將其與主筋焊接，按1.5 m間距設置。

5.3 開挖

開挖工法采用中隔墻法(如圖1所示)。

1)中隔墻左側上臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與臨時仰拱初期支護；

2)中隔墻左側下臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與永久仰拱初期支護；

3)中隔墻右側上臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與臨時仰拱初期支護；

4)中隔墻右側下臺階開挖，施作相應部分主洞、臨時豎撐與永久仰拱初期支護；

5)拆除臨時豎撐與臨時仰拱，澆筑主洞仰拱二次襯砌；

6)鋪設防水層，一次性澆筑主洞拱墻二次襯砌；

7)各階段初期支護施工順序為：超前支護、開挖、初噴混凝土、打設錨桿、掛鋼筋網、架設鋼拱架、復噴混凝土[2-4]。

5.4 支護

初支鋼架采用Ⅰ25b工字鋼，間距50 cm。連接筋采用φ25螺紋鋼，間距50 cm，鋼架內外側交錯布置。每榀鋼架打設φ50鎖腳錨管12根，長4.5 m。拱墻設φ42徑向注漿管，長4 m，縱、環向間距1.0 m×1.0 m；全斷面設φ8鋼筋網片，間距20 cm×20 cm；噴C25混凝土厚31 cm[2,3]。

5.5 拱腳連接

型鋼鋼架單元落底采用槽鋼墊板，槽鋼墊板替代型鋼鋼架連接板，槽鋼打設螺栓孔與連接板螺栓孔對應。

5.6 二襯

二次襯砌采用65 cm厚C30防水鋼筋混凝土。縮短二襯與掌子面的安全距離，確保施工安全。

6 效果檢驗

結合以上施工方案，使施工期間初期支護穩定，有效的抑制了圍巖變形，順利度過了塌方段落。

7 結語

在大跨度黃土隧道施工過程中，遇見新老黃土夾層地質時：

1)應對圍巖及時進行超前加固；

2)嚴格按照規范或設計圖紙中的施工方案和參數施工；

3)如設計圖紙沒有明確時，優先采用中隔墻法或雙側壁導洞法；

4)后行施工步序應及時跟進先行施工步序；

5)加強地表沉降、拱頂下沉、洞內周邊收斂的監控量測工作，如有數據異常及時采取對應方案。

參考文獻:

[1] JTG C20—2011，公路工程地質勘察規范[S].

[2] JTG D70—2004，公路隧道設計規范[S].

[3] JTG/T D70—2010，公路隧道設計細則[S].

[4] JTG F60—2009，公路隧道施工技術規范[S].