復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道塌方涌水處理技術(shù)措施★

代成良 王斌元 程朝博 龐旭卿

(1.華能西藏雅魯藏布江水電開發(fā)投資有限公司，西藏 拉薩 850000； 2.德陽(yáng)寶萊塢建設(shè)工程有限公司，四川 德陽(yáng) 618000；3.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081; 4.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

隧道塌方事故在隧道施工過程中較為常見且高發(fā)，易造成安全事故、工期延誤、經(jīng)濟(jì)損失等后果，隧道塌方事故的預(yù)防與處治成為隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。塌方的處理是工程搶險(xiǎn)，需要工程人員快速提出針對(duì)性方案，盡可能縮短塌方處理的時(shí)間，避免產(chǎn)生二次塌方，保證人員安全[1-7]。本文以某大跨隧道洞口段產(chǎn)生的塌方涌水為例，詳細(xì)分析了塌方產(chǎn)生的原因，給出了塌方處理方案，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

1 工程概況

某公路隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，全長(zhǎng)2 114 m，埋深約為350 m。洞室左側(cè)巖體發(fā)育三組裂隙，裂隙相互切割構(gòu)成不利組合；洞室右側(cè)裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)呈碎裂狀結(jié)構(gòu)完整性差。隧道塌方掌子面為薄～中層狀石英片巖，掌子面核部存在一條寬約3.6 m～4 m斷層破碎帶，圍巖自身穩(wěn)定性非常差。開挖后掌子面中部及右側(cè)滲漏水由點(diǎn)滴狀出水發(fā)展為線狀出水，掌子面左側(cè)拱部忽然出現(xiàn)間歇溜塌并伴有泥漿流出。

2 隧道塌方原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘查分析，該段圍巖穩(wěn)定性非常差，隧道右側(cè)拱腳出現(xiàn)一條寬約3.6 m～4 m破碎帶，自拱腳小角度與軸線相交，向頂拱延伸。開挖至塌方所處掌子面時(shí)，破碎帶延伸至左側(cè)頂拱，由于破碎帶內(nèi)充填松散土、石屑夾塊狀碎石，充填物無(wú)膠結(jié)性，加上連日的持續(xù)降雨影響，在地下水滲入作用下造成圍巖斷層破碎帶充填物持續(xù)溜渣垮塌，進(jìn)而引發(fā)大的垮塌，造成支護(hù)拱架受損，掌子面位置形成較大空腔。此次塌方原因主要是由于不良地質(zhì)破碎帶加上地下水的影響造成的。

在溜渣間歇期間，現(xiàn)場(chǎng)組織完成拱架安裝2榀，然后施工了鎖腳錨桿。次日凌晨，溜塌持續(xù)加大，造成較大塌方，掌子面超前錨桿全部掉落。為防止塌方影響段塌方，現(xiàn)場(chǎng)決定立即對(duì)隧道掌子面及塌方影響變形段采取堆渣反壓應(yīng)急處置措施，填渣反壓掌子面至隧道拱頂封閉塌口，約束塌方持續(xù)塌方。并在現(xiàn)場(chǎng)立即組織召開了隧道塌方處治專題會(huì)議，確定了隧道塌方處治方案。隧道塌方影響示意圖見圖1。

3 塌方處理方案

3.1 塌方影響段加固措施

1)注漿加固破碎巖體。該段右側(cè)邊墻(靠山側(cè))至左側(cè)拱架位置采用注漿小導(dǎo)管φ 42×4 mm(L=4.5 m)進(jìn)行固結(jié)破碎帶圍巖，注漿小導(dǎo)管沿兩榀拱架間垂直巖面設(shè)置，間排距1 m×1 m,梅花形布置(見圖2)。小導(dǎo)管尾端30 cm不設(shè)注漿孔，前端按照縱向10 cm間距設(shè)3排直徑為φ 8 mm的梅花形注漿孔，注M20水泥漿，限量注漿，單根小導(dǎo)管平均注漿量按照注P.O42.5水泥量250 kg/根控制，水灰比1∶1。注漿施工應(yīng)自下而上、跳孔進(jìn)行，注漿壓力0.3 MPa～1.0 MPa。現(xiàn)場(chǎng)采取相應(yīng)措施確保注漿質(zhì)量。

2)增加鎖腳錨桿加固拱架。在鋼拱架拱腳及拱腰位置兩側(cè)位置分別增加兩根自進(jìn)式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)鎖固，每榀拱架共計(jì)8根。通過錨桿鎖固，提高拱架受力，增強(qiáng)與圍巖連接，防止變形。

3)噴混凝土補(bǔ)強(qiáng)拱架支護(hù)體系。在原拱架支護(hù)內(nèi)側(cè)鋪設(shè)環(huán)向Φ8×縱向Φ8鋼筋網(wǎng)(間距20 cm×20 cm)，設(shè)置Ф22縱向連接筋，環(huán)向間距100 cm，然后噴射C25鋼纖維混凝土(厚度10 cm)進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)。

4)排水孔施工。在隧道初期支護(hù)加固完成，在破碎帶滲水部位按2排間距2 m徑向設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

5)臨時(shí)支撐設(shè)置。該段加固施工前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在隧道中間部位置采用型鋼或鋼管設(shè)置臨時(shí)豎向支撐，縱向間距2 m，防止過程中拱架可能會(huì)出現(xiàn)的二次變形，確保施工安全。臨時(shí)支撐底部必須落在堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)上，上部和拱架焊接。

3.2 塌方影響未開挖段施工

1)支護(hù)參數(shù)。該段按Ⅴ級(jí)圍巖(按Ⅴ9.0型襯砌類型)進(jìn)行施工，對(duì)初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體如下：

超前支護(hù)采用雙層小導(dǎo)管，采用不同角度的注漿小導(dǎo)管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm；鋼架采用Ⅰ18工字鋼，間距調(diào)整至50 cm；鎖腳錨桿由砂漿錨桿調(diào)整至自進(jìn)式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每側(cè)設(shè)置4根，共8根；隧道拱部150°范圍外系統(tǒng)錨桿由砂漿錨桿調(diào)整為φ 42×4 mm(L=4.5 m)注漿小導(dǎo)管(水泥量250 kg/根控制)。超前支護(hù)采用雙層小導(dǎo)管，采用不同角度的注漿小導(dǎo)管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm；鋼架采用Ⅰ18工字鋼，間距100 cm；鎖腳錨桿由砂漿錨桿調(diào)整至自進(jìn)式鎖腳錨桿(φ 25,L=4.5 m)，并增加4根，即上半洞每榀拱架每側(cè)設(shè)置4根，共8根；系統(tǒng)錨桿由砂漿錨桿調(diào)整為φ 42×4 mm(L=4.5 m)注漿小導(dǎo)管(水泥量250 kg/根控制)，其中頂拱部位150°范圍大角度與圍巖相交(注漿水泥量350 kg/根控制)。鋼筋網(wǎng)環(huán)向Φ8×縱向Φ8，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。型鋼拱架間設(shè)Φ22縱向連接筋，環(huán)形間距1.0 m(內(nèi)外緣交錯(cuò)布置),噴射C25鋼纖維混凝土厚25 cm。

2)開挖施工。開挖采用分臺(tái)階上下半洞開挖，高度按3 m～4 m控制。由于該段是塌方過渡段，受塌方影響較大，因此采用短進(jìn)尺開挖(循環(huán)進(jìn)尺0.5 m～1 m),強(qiáng)支護(hù)施工(拱架間距0.5 m，雙層超前小導(dǎo)管)。

3)超前支護(hù)。小角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前小角度注漿小導(dǎo)管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角5°～10°(見圖3)。小導(dǎo)管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.2 MPa～0.3 MPa(參考注漿壓力)，平均每根注漿小導(dǎo)管注P.O42.5水泥量250 kg。

超前大角度注漿小導(dǎo)管：在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)超前大角度注漿小導(dǎo)管(φ 42×4 mm，L=4.5 m/根)，小導(dǎo)管環(huán)向間距100 cm，縱向間距100 cm，超前向上外插角45°。小導(dǎo)管周壁梅花形注漿孔，注M20水泥漿，注漿量限量控制，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa(參考注漿壓力)，平均每根小導(dǎo)管注P.O42.5水泥量350 kg。

4)排水孔施工。針對(duì)隧道滲水部位設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔，間排距2.0 m×2.0 m。

3.3 塌方段處理措施

1)空腔回填處理。該段隧道頂拱塌方形成較大空腔，對(duì)該段進(jìn)行回填反壓封閉塌口，直接采用泵送C20混凝土回填，混凝土回填厚度不小于2 m,回填采取分層進(jìn)行施工(厚度1 m)，泵送混凝土緊貼現(xiàn)有塌腔巖體。

2)開挖支護(hù)施工。該段采用半洞開挖預(yù)留核心土法施工，高度按3 m～4 m控制。由于是塌方體和回填反壓段，人工采用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，開挖一榀支護(hù)一榀。每循環(huán)開挖前，為確保超前支護(hù)注漿質(zhì)量，對(duì)掌子面素噴C25混凝土進(jìn)行封閉，厚度5 cm～8 cm。

3)超前支護(hù)。采用雙層超前注漿小導(dǎo)管，不同角度的注漿小導(dǎo)管超前固結(jié)加固隧道拱部塌渣，使隧道拱部一定厚度的塌渣形成固結(jié)拱圈，厚度不小于200 cm。

4)排水孔施工。在隧道初期支護(hù)加固完成二次襯砌前，在破碎帶滲部位按2排間距2 m徑向設(shè)置φ 50 mm(L=4.0 m)排水孔。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)實(shí)際案例的總結(jié)，在隧道塌方涌水處理過程中需注意如下幾點(diǎn)[8]：

1)事故發(fā)生后要建立警戒區(qū)，避免無(wú)關(guān)人員進(jìn)入，有序開展塌方處理工作；

2)應(yīng)采取措施控制好地表水對(duì)塌方部位的影響，做好塌方及影響段的加固，避免發(fā)生二次坍塌；

3)第一時(shí)間建立測(cè)量監(jiān)控體系，掌握周邊收斂、初支應(yīng)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，及時(shí)反饋相關(guān)信息，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)事故處理；

4)根據(jù)地質(zhì)、水文情況及現(xiàn)場(chǎng)塌方情況，制定科學(xué)合理處理方案，處理措施應(yīng)以保障作業(yè)人員安全為第一要?jiǎng)?wù)。