公路隧道掌子面塌方事故處治措施研究

趙繼康

（甘肅省公路建設(shè)管理集團有限公司，甘肅 蘭州 730070）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路隧道的施工技術(shù)取得較大進步，然而，由于隧道施工工藝復(fù)雜，隧道地質(zhì)條件變化多端，在施工過程中，還存在著較多的技術(shù)難題，在隧道開挖過程中，由于地層壓力和出現(xiàn)臨空掌子面后的應(yīng)力調(diào)整，致使在破碎軟弱圍巖中產(chǎn)生松弛導(dǎo)致相互剝離，發(fā)生塌方現(xiàn)象。一旦塌方事故發(fā)生，不僅會增加加固處治施工費用，延誤工期，而且危機施工人員、設(shè)備及財產(chǎn)安全，如果不能及時對塌方進行合理有效處治，極易造成質(zhì)量安全隱患，因此，及時預(yù)防隧道掌子面塌方和對塌方進行行之有效的處治成為隧道施工的一項關(guān)鍵性工程[1]。

1 隧道塌方原因分析

隧道掌子面塌方發(fā)生的過程大致為：掌子面超前輔助施工，掌子面開挖施工，掌子面圍巖產(chǎn)生塑性變形，變形過大，局部產(chǎn)生掉塊，圍巖失穩(wěn)，產(chǎn)生塌方[2]。

引起隧道塌方的原因有很多，其基本因素是工程地質(zhì)條件，隧道穿越斷層破碎帶、強風(fēng)化破碎帶圍巖段、松散堆積體段等不良地質(zhì)和特殊地層條件時，容易發(fā)生塌方事故，部分地段由于地層構(gòu)造產(chǎn)生較大地層應(yīng)力、圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道開挖使地層應(yīng)力釋放，致使巖體加速變形導(dǎo)致發(fā)生塌方。其次是勘察設(shè)計方案和施工技術(shù)措施，如果地質(zhì)勘探不詳細，對地質(zhì)情況把握不準(zhǔn)確，不能真實反映實際地質(zhì)情況，將嚴(yán)重影響設(shè)計支護參數(shù)的確定，致使設(shè)計支護參數(shù)與實際圍巖情況不匹配，不能正確指導(dǎo)施工，忽視了對塌方事故的預(yù)防。施工是人類與巖體的直接接觸，是對巖體自然平衡狀態(tài)的直接破壞，是對設(shè)計方案的應(yīng)用實施，如果不能按設(shè)計和規(guī)范的進行施工，超前輔助施工的長度、角度及注漿固結(jié)等措施不能達到要求，開挖進尺過大，支護未能及時跟進，或當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，不能及改變施工方案，隨施工參數(shù)調(diào)整不及時等情況下易產(chǎn)生塌方事故。

2 處治步驟及措施

分析原因，隧道掌子面發(fā)生塌方事故后，應(yīng)及時組織技術(shù)人員對塌方段的工程地質(zhì)情況、設(shè)計方案和施工控制措施等因素進行詳細調(diào)查，分析造成塌方的原因，為塌方的處治提高切實可行的依據(jù)。

其次穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)，發(fā)生塌方事故后，不能立即對塌方渣體進行清理，否則會擴大塌方范圍，封閉掌子面，對渣體進行加固[3]。

最后在確保掌子面渣體固結(jié)，其強度和整體性滿足要求，制定符合實際的處治方案，具備開挖條件后，正常開挖掘進作業(yè)。

3 隧道掌子面塌方處治方案

3.1 隧道塌方情況

本隧道為一座長1500m的公路隧道，隧道施工至422m時，掌子面發(fā)生塌方事故，原設(shè)計422m處掌子面圍巖為中風(fēng)化片理化安山巖，屬較軟巖，極破碎～破碎，碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水以滲水或點滴狀出水為主，拱部及兩側(cè)壁易產(chǎn)生坍塌，圍巖穩(wěn)定性較差[BQ]=204。圍巖級別為V級。采用復(fù)合襯砌方案。超前輔助施工參數(shù)為：Φ42×4mm注漿小導(dǎo)管L=3.5m，環(huán)向間距35cm；初期支護參數(shù)為：R25中空注漿錨桿，錨桿L=3.5m（縱）100×100cm（環(huán)），φ6雙層鋼筋網(wǎng) 20×20cm，C25噴射砼厚26cm，I20a拱架間距100cm；二次襯砌為：50cm厚C30鋼筋砼襯砌。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該段實際圍巖較差，圍巖主要為片理化安山巖，碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)、部分?jǐn)D壓嚴(yán)重，呈土石結(jié)合散體結(jié)構(gòu)，圍巖松散穩(wěn)定性差，截止塌方事故發(fā)生日，已施工完成初期支護距掌子面30m范圍內(nèi)出現(xiàn)縱向裂縫及沉降，局部初期支護侵限，最大侵限25cm，最大收斂13cm，最大沉降12.3m。該隧道塌方原因為設(shè)計圍巖于實際不符，設(shè)計支護參數(shù)與實際不匹配，施工過程中超前輔助施工不規(guī)范，破碎圍巖未得到有效預(yù)加固[4]。

3.2 處治方案

1）對掌子面塌方渣體進行封閉，采用12m長Φ108×6mm注漿小導(dǎo)管對塌方掌子面拱頂進行注漿加固，循環(huán)注漿，每次注漿長度4m，分3次完成，固結(jié)塌落松散堆積體，提高掌子面整體性和承載能力。

2）待松散堆積體達到強度后，采用3.5m長Φ42×4mm注漿小導(dǎo)管預(yù)注漿，采用臺階留核心土法開挖施工，開挖長度為每循環(huán)0.75m，對之后支護參數(shù)調(diào)整為：超前輔助施工參數(shù)為：Φ42×4mm注漿小導(dǎo)管L=3.0m，環(huán)向間距35cm；初期支護參數(shù)為：R25中空注漿錨桿，錨桿 L=3.5m，（縱）75×100cm（環(huán)），φ6雙層鋼筋網(wǎng)20×20cm，C25噴射砼厚26cm，I20a拱架間距75cm（仰拱封閉成環(huán)）；二次襯砌為：50cm厚C30鋼筋砼襯砌。

3）對掌子面前30m范圍內(nèi)初期支護仰拱采用I20a工字鋼封閉成環(huán)，工字鋼間距1m，對已侵限初期支護進行換拱處治，對開裂部位局部分段鑿除并補噴,采用3.5m長Φ42×4mm注漿小導(dǎo)管預(yù)注漿加固[5]。

處治效果分析：塌方及裂縫處治后，隧道沉降和收斂控制良好，圍巖和支護結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，塌方處治方案符合隧道實際施工要求，達到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)論

（1）在隧道施工過程中加強監(jiān)控量測，如果量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常應(yīng)立即采取應(yīng)急措施，排查處治隱患；

（2）在設(shè)計和施工過程中要加強信息化施工和動態(tài)化設(shè)計，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化時，及時調(diào)整支護結(jié)構(gòu)，充分保證支護參數(shù)的合理性；

（3）隧道開挖過程中要嚴(yán)格遵循“短進尺、弱爆破、緊支護、勤測量”的施工理念，避免隧道開挖后圍巖長時間暴露降低其穩(wěn)定性和整體性；

（4）隧道掌子面出現(xiàn)塌方事故時，應(yīng)對迅速及時的進行處治，詳細勘察分析塌方原因，掌握地質(zhì)情況，制定切實可行的處治方案和預(yù)防對策；

（5）應(yīng)及時對塌方表面進行封閉，防止塌方范圍擴大，穩(wěn)定塌方體，采取措施對塌方體進行固結(jié)，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后按正常程序進行掘進施工。