何成滔，王小林，肖鵬飛

(1.西安科技大學(xué)，西安 710054;2.中交第二公路工程局有限公司，西安 710065)

隧道塌方指在隧道施工中洞頂及兩側(cè)部分巖石在重力作用下崩塌。隧道塌方原因很多，概括起來(lái)歸為兩類:自然因素和人為因素。自然因素主要有地質(zhì)狀態(tài)、受力狀態(tài)、水的侵害、瓦斯病害等[1]。偏壓淺埋段圍巖軟弱、破碎、自穩(wěn)時(shí)間極短，如果施工方法和支護(hù)方式不妥當(dāng)，則極易發(fā)生冒頂塌方或地表有害下沉[2]。分析隧道塌方冒頂?shù)脑?，全面詳盡了解隧道區(qū)的基本地質(zhì)情況，充分認(rèn)識(shí)圍巖特性、不利因素間的聯(lián)系及其可能誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，就能在設(shè)計(jì)和施工階段，對(duì)出現(xiàn)的塌方采取合理的開挖和支護(hù)方法，針對(duì)隧道塌方情況，提出相應(yīng)處理措施，有效地處理隧道塌方。

1 工程概況

某隧道進(jìn)口位于三門鎮(zhèn)雙江村，隧道洞口段埋深為1.5～23.0 m，植被發(fā)育，均為坡積碎石土，未見基巖出露。該隧道為單洞雙線隧道，起訖里程為DK352+189—DK356+188，隧道全長(zhǎng)3 999 m，隧道圍巖級(jí)別以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主。隧道斷面面積為 142 m2，上拱半徑7.24 m。進(jìn)口左側(cè)埋深厚度均大于右側(cè)埋深厚度，處于地形偏壓和構(gòu)造偏壓狀態(tài)，且均在淺埋或超淺埋地段。

隧道圍巖大部分位于震旦系及上板溪群地層中，以砂巖、頁(yè)巖、板巖、變質(zhì)砂巖為主，厚薄不等，軟硬不均;洞身巖體節(jié)理、劈理及裂隙發(fā)育，圍巖完整性較差。地下水發(fā)育，砂巖儲(chǔ)水性較好，裂隙發(fā)育，含水帶范圍廣闊，尤其向斜核部富水性強(qiáng)，隧道開挖有較大的涌水量。

2 隧道坍塌情況及原因分析

2.1 坍塌情況

1)地表情況。坍塌冒頂位置為里程 DK352+238.0—DK325+245.3段線路偏右側(cè)，地表出現(xiàn)一個(gè)近似圓形塌陷坑。塌陷坑周圍地表呈現(xiàn)多處縱橫向裂隙，裂縫寬度達(dá)1～3 cm，冒頂處埋深為13.5 m。隧道掌子面已全被坍塌土體填滿，將已開挖的洞身堵塞近10 m。

2)洞內(nèi)情況。近掌子面的3榀鋼支撐范圍內(nèi)的初期支護(hù)受到影響，洞內(nèi)兩側(cè)邊墻處產(chǎn)生縱向裂隙，裂隙寬度10 mm，DK352+221.0左側(cè)、DK352+223.5與DK352+229.0右側(cè)，由于山體嚴(yán)重偏壓產(chǎn)生環(huán)向裂縫共3條，裂隙寬度約5～15 mm，裂隙環(huán)向長(zhǎng)度達(dá)4 m。

2.2 坍塌原因

1)降雨或多次連續(xù)降雨，滲入隧道內(nèi)的裂隙水和地表水流量增大是導(dǎo)致此次坍塌的誘因。

2)在隧道內(nèi)部不排水條件下，長(zhǎng)期暴雨對(duì)隧道及其支護(hù)系統(tǒng)影響很大[3]。受外界震動(dòng)和洞內(nèi)滲水量增大的影響，松散巖層與相鄰巖層摩擦力減小，受重力作用發(fā)生下滑，是導(dǎo)致掘進(jìn)掌子面前方未開挖段及已成形的初期支護(hù)段拱頂土體坍塌的直接原因。

3)洞頂上方巖體呈陡傾構(gòu)造、裂隙發(fā)育，坍塌受產(chǎn)狀陡傾的構(gòu)造裂隙(裂隙上附著潤(rùn)滑層)控制。呈陡傾狀附著潤(rùn)滑層構(gòu)造裂隙的存在，是導(dǎo)致坍方的重要原因。

4)根據(jù)地理環(huán)境，出現(xiàn)坍塌處在進(jìn)口端 DK352+243處，因?yàn)樗淼肋M(jìn)口緊靠山體外側(cè)，隧道右側(cè)始終處于偏壓狀態(tài)，偏壓也是引發(fā)此次坍塌的另一個(gè)重要因素。

3 坍塌處理措施

為了防止塌方的進(jìn)一步擴(kuò)大，保證施工進(jìn)度，根據(jù)隧道塌方后隧洞現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在處理方案上分為洞內(nèi)、洞外分別處治2條線，總體方案為:先治水，再穩(wěn)定洞內(nèi)。治理過程為:地表排水處理—洞內(nèi)清淤—固結(jié)渣體—工作面預(yù)注漿—小導(dǎo)管注漿加強(qiáng)—開挖與支護(hù)—陷坑回填。

3.1 地表排水處理

采用塑料棚布對(duì)裂隙進(jìn)行全方位覆蓋，邊緣部位用土壓實(shí)，并沿四周開挖截水溝將地表水引排至隧道洞頂截水天溝。所有洞頂及附近裂縫全部用水泥砂漿進(jìn)行封閉處理。沿塌陷坑周邊開挖截水溝，用砂漿抹面;同時(shí)，為防止雨水直接進(jìn)入坍穴，采用鋼管搭設(shè)支架，上覆彩條布遮雨，并對(duì)坍穴四壁進(jìn)行刷坡和初噴混凝土。

3.2 地表注漿與坍穴加固

初噴完后沿塌陷坑四周打入長(zhǎng)3 m、φ42 mm鋼花管(間距1 m，梅花形布設(shè))進(jìn)行注漿(M20單水泥漿)，以加固坍穴井壁強(qiáng)度。然后沿洞頂?shù)乇硭菘谥苓? m范圍內(nèi)同樣打入φ42 mm鋼花管注漿，(6～8)m/根，間距1 m，梅花形布設(shè)，注M20單水泥漿。見圖1。

圖1 地表注漿加固示意

3.3 固結(jié)渣體

沿塌腔內(nèi)松散渣體表面打入φ42 mm鋼花管，長(zhǎng)度4 m，間隔1.2 m×1.2 m，梅花形布置，注水泥—水玻璃雙液漿，以固結(jié)渣體。同時(shí)沿渣體頂部鋪設(shè)一層φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)成倒扣鍋底狀，并將網(wǎng)片與周邊小導(dǎo)管連接，噴射厚20 cm的C25混凝土，后掛設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，再噴射厚20 cm混凝土，連續(xù)施作三次，噴混凝土共厚60 cm。后用彩條布將塌腔頂封閉，以防雨天地表水進(jìn)入塌腔內(nèi)。

3.4 初支及洞身段加強(qiáng)處理

1)洞內(nèi)施作臨時(shí)支撐，采用2根I20b工字鋼焊接，每隔兩榀對(duì)已完成的初期支護(hù)鋼拱架設(shè)置對(duì)撐及扇形支撐，扇形支撐交叉點(diǎn)及橫向支撐下面用20 cm×20 cm大方木鋪墊結(jié)實(shí)，確保已完成的初期支護(hù)不再發(fā)生更大位移和沉降變形。如圖2。

2)對(duì)已完成初期支護(hù)部分的洞身段，沿環(huán)向布置φ42 mm鋼花管，鋼花管長(zhǎng)度為4 m，環(huán)向間距120 cm，縱向間距100 cm，梅花形布置，注單液水泥漿。如圖3。

3.5 超前小導(dǎo)管注漿施工

3.5.1 小導(dǎo)管參數(shù)[4]

圖2 初支加固示意(單位:cm)

圖3 洞身加固示意(單位:cm)

鋼管規(guī)格:小導(dǎo)管采用φ42 mm、壁厚3.5 mm無(wú)縫鋼管制成，沿管體每15 cm鉆φ6 mm孔，四周梅花狀布設(shè)漿孔。小導(dǎo)管單根長(zhǎng)度為3.5 m，環(huán)向間距為40 cm，縱向間距為2.4 m，外插角5°～10°，梅花形布置。

3.5.2 注漿參數(shù)

小導(dǎo)管注漿采用1∶0.55水泥凈漿，注漿口最高壓力嚴(yán)格控制在0.5～1.0 MPa，以防壓裂工作面?？刂七M(jìn)漿速度，一般每根導(dǎo)管漿液總進(jìn)量控制在30 L/min以內(nèi)。

3.6 開挖與支護(hù)

采用交叉中隔壁開挖法(CRD法)開挖 。初期支護(hù)采用鋼拱架+小導(dǎo)管+鋼精網(wǎng)+噴射C25混凝土的聯(lián)合支護(hù)體系，掌子面采用雙層φ42 mm超前注漿小導(dǎo)管(長(zhǎng)度3.0 m，環(huán)向間距40 cm，層距30 cm，兩層之間按梅花形布設(shè))做超前預(yù)支護(hù)。超前小導(dǎo)管壓注1∶1的水泥—水玻璃漿液，有效固結(jié)松散巖體。安設(shè)超前小導(dǎo)管時(shí)，先立一榀全斷面I20b鋼拱架，在鋼拱架腹部打孔，拱架孔內(nèi)打設(shè)超前小導(dǎo)管。為確保支護(hù)體系及時(shí)封閉成環(huán)，對(duì)隧洞上臺(tái)階已施工初期支護(hù)部分，鋼架應(yīng)及時(shí)落底接長(zhǎng)，并盡早施作仰拱襯砌與仰拱回填混凝土，使支護(hù)結(jié)構(gòu)盡快封閉成環(huán)，改善洞室結(jié)構(gòu)的受力條件。見圖4。

在仰拱施工完后，將襯砌臺(tái)車跳過塌方體出口端的拱架支撐加固段，移至仰拱施工完畢的塌方處理段進(jìn)行二次襯砌施工。待塌方段二次襯砌施工完再拆除加固段拱架，進(jìn)行加固段二次襯砌施工。

圖4 隧道CRD開挖工序

3.7 地表陷坑處理

二次襯砌通過坍塌段以后，立即對(duì)塌腔進(jìn)行回填:采用輕質(zhì)粉煤灰將塌腔回填至距地面1 m的位置，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)夯實(shí)，后采用地表原狀土將塌腔回填略高于原地面30～40 cm。

圖5 拱頂下沉累計(jì)值曲線

圖6 水平收斂累計(jì)值曲線

4 塌方洞穴加固處理效果

塌方治理后，在現(xiàn)場(chǎng)選取 DK352+232和 DK352+218斷面進(jìn)行拱頂下沉和凈空收斂監(jiān)測(cè)。圖5、圖6分別為拱頂下沉與凈空收斂曲線?？梢娝教幚硇Ч黠@，切實(shí)可行。

5 結(jié)語(yǔ)

1)塌方施工方案和治理原則可簡(jiǎn)單概括為”管超前，預(yù)注漿，多循環(huán)，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，早封閉”。

2)初期支護(hù)對(duì)于隧道的穩(wěn)定起決定性作用，支護(hù)的目的就是提高圍巖的自穩(wěn)能力，延長(zhǎng)其自穩(wěn)時(shí)間，以保證在施作二次襯砌前不發(fā)生坍方，因此，必須確保初期支護(hù)的參數(shù)和質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)二次襯砌不得嚴(yán)重滯后初期支護(hù)，軟弱圍巖地段應(yīng)緊跟開挖，Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖需根據(jù)量測(cè)結(jié)果確定最佳施作時(shí)間。

[1] 劉巨海，王建章，牛國(guó)松.陽(yáng)坡隧道塌方原因分析及處理方案探討［J］.中外公路，2007，10(5):96-98.

[2] 劉會(huì).偏壓淺埋隧道洞口施工技術(shù)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(4):44-47.

[3] 陳偉，阮懷寧，張輝降.雨入滲對(duì)淺埋偏壓隧道及其支護(hù)系統(tǒng)的影響［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008(1):30-34.

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2002.