特長隧道施工塌方處理技術(shù)措施

周金邦

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

春天門特長隧道為分離式+小凈距組合式隧道，總長6 473 m，隧道主洞內(nèi)輪廓拱半徑為5.55 m、曲墻半徑為8.50 m，凈空面積為65.65 m2；緊急停車帶內(nèi)輪廓為五心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)；車行橫通道建筑限界凈寬6.5 m，凈高5.0 m，襯砌內(nèi)輪廓為拱高6.7 m的五心圓曲邊墻結(jié)構(gòu)。

圍巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組、新田溝組、中下統(tǒng)自流井組、下統(tǒng)珍珠沖組、三疊系上統(tǒng)須家河組、中統(tǒng)雷口坡組、下統(tǒng)嘉陵江組、飛仙關(guān)組，巖性為灰?guī)r、泥巖、砂巖、頁巖等。不良地質(zhì)為巖溶及巖溶水、瓦斯、斷層、腐蝕性地下水、膨脹性圍巖等。

2 隧道塌方原因分析

2.1 不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

(1)隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發(fā)育地段，一經(jīng)開挖，潛在應(yīng)力釋放，圍巖失穩(wěn)，就將引起周邊圍巖塌方。

(2)在裂隙特別發(fā)育的地段，擠壓破碎帶、軟弱巖脈穿插帶等破碎結(jié)構(gòu)地層中，相互擠壓的巖塊在開挖后將會失穩(wěn)。

(3)巖層軟弱相間的地層、有軟弱夾層的圍巖，在地下水作用下使開挖后的巖面強(qiáng)度大大降低，失去自穩(wěn)能力而引起塌方。

2.2 隧道設(shè)計(jì)因素

(1)隧道選址時，地質(zhì)調(diào)查不詳細(xì)，對不良地質(zhì)認(rèn)識不到位，以及缺乏詳細(xì)的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，造成施工方案制定失誤。

(2)對不良地質(zhì)條件下施工預(yù)先支護(hù)、加固方案設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致施工過程中因支護(hù)強(qiáng)度不足而引發(fā)塌方。

2.3 施工方法和措施不當(dāng)

(1)因地質(zhì)條件不明或施工方案編制人員缺少相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)致所選用施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)。

(2)在施工過程中遇到地質(zhì)條件發(fā)生變化需要變更支護(hù)方案或施工方法時，未及時變更施工方法。

(3)初期支護(hù)施工不及時，支撐架立不合要求。初期支護(hù)是充分利用圍巖自身穩(wěn)定性、防止隧道塌方的一種技術(shù)措施，其施工不當(dāng)將導(dǎo)致圍巖累計(jì)變形過大而發(fā)生塌方。

(4)隧道開挖后必須及時初噴混凝土，封閉圍巖、減少變形，使開挖輪廓線周邊圍巖變形逐步穩(wěn)定。開挖后地層暴露過久，引起圍巖松動、風(fēng)化，自穩(wěn)能力喪失而發(fā)生塌方事故。

(5)高速公路山體隧道一般采用鉆爆法開挖，爆破用藥量過大引起地震效應(yīng)可能促使已經(jīng)實(shí)施初期支護(hù)的位置發(fā)生坍塌；

(6)監(jiān)控量測是隧道新奧法施工中的重要一環(huán)，施工過程中未及時量測，或在量測數(shù)據(jù)變形異常時未采取有效措施，已完成初期支護(hù)部分可能因變形過大發(fā)生塌方。

(7)圍巖開挖后需對侵入開挖輪廓線以內(nèi)的孤巖和松動的危巖進(jìn)行處理，處理方法不當(dāng)將人為的造成塌方。

3 隧道塌方的前兆

(1)水文地質(zhì)條件變化，如干燥的圍巖突然出水、地下水突然增多、水質(zhì)由清澈變渾濁等；

(2)拱頂不斷掉塊，甚至較大的噴混凝土塊掉落，預(yù)示圍巖即將發(fā)生塌方；

(3)支護(hù)變形(拱架接頭擠偏或壓劈、噴射混凝土出現(xiàn)大量裂紋或剝落等)、敲擊發(fā)聲清脆等；

(4)噴錨支護(hù)的水平收斂率大于0.2 mm/d、拱頂下沉量大于 0.1 mm/d并持續(xù)增大。

4 隧道塌方預(yù)防措施

4.1 先排水

在施工前和施工中都要采取相應(yīng)的防排水措施，盡可能將隧道外的水截于隧道之外，特別是軟弱巖層和巖石破碎地段。

4.2 短開挖

短進(jìn)尺，各部開挖工序間的距離要盡量縮短，以減少圍巖暴露時間。

4.3 弱爆破

破碎巖層盡量用風(fēng)鎬等人工開挖，必須爆破時，要用淺眼、密眼，并嚴(yán)格控制用藥量。

4.4 快、強(qiáng)支護(hù)

每步開挖后要及時進(jìn)行初期支護(hù)，針對地壓情況，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度。

4.5 快襯砌

襯砌工作須緊跟開挖工作面進(jìn)行，力求襯砌盡快成環(huán)。

4.6 勤檢查、勤量測

加密監(jiān)控量測頻率，發(fā)現(xiàn)圍巖變形或異狀，立即采取有效措施及時處理隱患。

5 隧道塌方處理方法

5.1 做好預(yù)報調(diào)查

在處理已發(fā)生的塌方前，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查塌方范圍、形狀、塌穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明其誘發(fā)的原因和塌方類型，然后據(jù)此再確定塌方處理方案，其目的是初步判斷塌方的可發(fā)展性。塌方必須等待塌腔穩(wěn)定之后才可進(jìn)行處理，否則安全隱患過大。

5.2 防止塌方擴(kuò)大

(1)對塌方范圍內(nèi)頂部與側(cè)壁的危巖及裂縫，搶先清除或錨固；

(2)加強(qiáng)原有支護(hù)，如采取周邊注漿加固2～4 m，在支護(hù)內(nèi)徑采取工字鋼拱架加固措施等；

(3)對塌體表面立即進(jìn)行噴射混凝土封閉(增加速凝劑摻量)，塌穴內(nèi)在保證安全的前提下盡量噴射混凝土封閉；

(4)加快襯砌，對塌方兩端盡快局部襯砌，以保證塌方不擴(kuò)大。

5.3 處理塌方

(1)如塌方體積較小，且塌方范圍內(nèi)已進(jìn)行噴錨或已架設(shè)了較為牢固的支撐時，可由兩端或一端先上后下逐步清除塌方，清除時注意觀察拱頂及周邊的圍巖有無變化的可能，避免二次塌方。隨挖隨架設(shè)臨時支撐，臨時支撐必須緊挨塌腔面。如塌體稍大，不能完全保證不出現(xiàn)二次塌方時，不要清除塌體，在塌體上先對拱頂進(jìn)行臨時錨噴支護(hù)、鋼拱架支撐或進(jìn)行模筑混凝土作為臨時支護(hù)，在保證安全的情況下再對拱腳欠挖處理，進(jìn)行剛性支護(hù)。

(2)如塌方體積較大，因塌體堵塞無法進(jìn)入塌方范圍進(jìn)行支護(hù)時，可采用長管棚或注漿加固塌體，待其穩(wěn)定后，按照“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉”的原則挖開塌體，并盡早襯砌，有時為了減少塌腔的暴露時間，支護(hù)可采取一次性模筑混凝土進(jìn)行封閉。塌方段圍巖整體性較差或富水時，還應(yīng)對該段圍巖進(jìn)行預(yù)注漿加固處理。

(3)如塌方冒頂，在處理塌體前應(yīng)先支護(hù)陷穴口，錨噴封閉洞穴周圍巖面，避免洞內(nèi)二次開挖塌體時，上頂二次坍塌。地質(zhì)條件較差時，還應(yīng)該對陷穴口周邊地表進(jìn)行打設(shè)錨桿或地表注漿加固措施。地表周圍及陷穴口上空要做好防排水措施，避免雨水進(jìn)入塌腔內(nèi)軟化圍巖。如果塌腔頂部地表埋深非常淺而且塌腔比較大時，可視情況將地表挖開進(jìn)行明處理。

(4)一般塌方段的支護(hù)和襯砌需加強(qiáng)處理，模筑襯砌背后與塌腔周壁間必須采取緊密支撐。塌方襯砌背后空洞的處理，當(dāng)塌方較小時，可采用漿砌片石或干砌片石回填密實(shí)。當(dāng)塌腔較大時，可用漿砌片石回填，厚度宜為2 m，其上空間采用鋼支撐等頂住穩(wěn)定圍巖。當(dāng)塌方冒頂時，要根據(jù)上頂回填爐渣及土的荷載確定支護(hù)及模筑襯砌的類型，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行冒頂回填(一般采用輕質(zhì)材料如爐渣)，填至距地表1～2 m后用黏土封層防水，封層要高出原地表50 cm左右，回填及封層要夯填密實(shí)，防止塌陷浸水。

(5)處理塌方的同時，應(yīng)加強(qiáng)防排水工作。塌方往往與地下水活動有關(guān)，治塌先治水，防止地表水滲入塌體或地下；引截地下水，防止?jié)B入塌方地段，使塌方擴(kuò)大。

6 結(jié) 論

塌方是隧道施工過程中常見的事故，也經(jīng)常造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，并對后續(xù)工作造成非常不利影響。為避免塌方事故，隧道工程在設(shè)計(jì)階段應(yīng)有詳細(xì)的地勘資料，并對不良地質(zhì)做足夠的加固設(shè)計(jì)；在施工階段應(yīng)采取與地質(zhì)條件相適應(yīng)的施工方法，并做好施工監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)變形異常時及時采取有效措施處理或及時撤出人員、設(shè)備，將損失降到最低。同時，也應(yīng)積極研究新理論、推廣新技術(shù)、新材料、新設(shè)備，盡一切可能確保隧道施工安全。