雙排超前小導(dǎo)管在地鐵隧道洞身塌方換拱處理中的應(yīng)用探究

孫世芳

（中鐵十八局集團有限公司第四工程公司 天津 300350）

1 工程概況

某地鐵隧道位于昆明市內(nèi)，隧道全長1 080 m，進口端采用斜井進洞，斜井平長140 m。斜井凈空為4.7 m（凈寬）×5.75 m（凈高）。

斜井施工時采用臺階法開挖，人工掘進，采用注漿小導(dǎo)管作為超前支護，鋼架與噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護緊跟。洞身掘進約10 m后，于XK0＋125～＋136段（長11 m）處開始出現(xiàn)拱頂規(guī)模不等的拱架下沉開裂及掉塊。掘進至里程XK0＋113處時于XK0＋113～＋124.5段（長11.5 m）段出現(xiàn)大面積塌方，損壞鋼拱架22榀，該段初期支護全部破壞。

斜井洞身出現(xiàn)塌方之前拱頂最大累計下沉105.5 mm，地表沉降最大累計429.31 mm，洞內(nèi)收斂累計最大119.06 mm。仰拱施工里程為XK0＋124.5；該段右側(cè)鋼拱架失穩(wěn)內(nèi)斂約60 cm，初支砼嚴重剝落，變形過程中XK0＋115～＋118右側(cè)拱腳處、XK0＋118～＋122右側(cè)墻角處分別流出黃色、黑色泥漿；地表沉陷深約1.7 m，面積約70 m2。

2 坍方原因分析

坍方發(fā)生后，建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理和其它相關(guān)單位多次到現(xiàn)場勘查和研究，經(jīng)查閱設(shè)計文件、施工資料和現(xiàn)場踏勘，特邀公司隧道、地質(zhì)專家來現(xiàn)場指導(dǎo)處理，確認其坍方原因有：

2.1 地下水影響因素

施工期間為當?shù)氐挠昙?，昆明自古有“山有多高，水有多長”之說，斜井穿越區(qū)原為山系沖溝，距洞口25 m，隧道中線右側(cè)13 m處有一民用水井，井底在隧道拱頂以上72 cm、井口位于拱頂以上5.7 m、常水位線位于拱頂以上4.6 m，水井抽干后12 h水位即恢復(fù)。同時在隧道右側(cè)邊墻部位一直有滲、流水現(xiàn)象，其中洞口段一處常流水日流量200 m3/d，在洞身施工中多次出現(xiàn)涌水、涌泥現(xiàn)象。從地表地形來看，洞址周圍匯水面積較大，上方又有綠化用水，加上降雨量充沛，土體滲透性好，導(dǎo)致地下水位高，圍巖含水量大。地下水對洞身周邊土體起到了軟化作用，致使隧道圍巖具有蠕變和流變特性，極大地增加了隧道的側(cè)向壓力，改變了巖體的物理力學性質(zhì)，破壞了巖體的完整性，降低了巖體強度。因此，地下水是造成斜井洞身出現(xiàn)塌方的最根本原因。

2.2 地質(zhì)巖性因素

本隧斜井該段開挖揭示，斜井穿越區(qū)拱部土質(zhì)為黃色粉質(zhì)粘土、中部為黃土、黑色膠狀泥土，土體含水量較大，手握即成團，洞趾坐落于炭質(zhì)泥巖上，炭質(zhì)泥巖遇水即成泥,承載力急劇降低，圍巖自身穩(wěn)定性極差，基底承載力曾檢測≤140 kpa，實際施工揭示的圍巖狀況應(yīng)判定為Ⅵ級為宜，不能形成平衡拱是誘發(fā)塌方的主要成因。

2.3 地形地貌情況

塌方段地表左側(cè)為高坡，右側(cè)為溝谷，高差較大，形成偏壓地形，且最小覆蓋層僅5 m。洞頂偏壓給初支拱架受力造成了極為不利的影響，使右側(cè)失穩(wěn)成為可能。

2.4 支護拱架參數(shù)

自XK0＋115～＋113掌子面段仍采用原設(shè)計I14工字鋼支護參數(shù)，沒有及時變更加強，在受力不均勻作用下容易失穩(wěn)。

2.5 施工不當因素

施工人員對隧道地質(zhì)條件的變化及復(fù)雜性認識不足，工程措施不到位或針對性不強。開挖掌子面覆蓋層較薄，且上部有居民便道從洞頂橫穿經(jīng)過，重載車輛對支護強度尚未形成的土質(zhì)隧道穩(wěn)定性造成不利影響，加劇了圍巖變形的變化趨勢；外加施工過程中洞內(nèi)積水抽排不及時，以致造成開挖面拱腳部位被水浸泡，以及施工擾動等原因，拱腳圍巖自穩(wěn)能力下降，進一步降低了基底承載力。施工中出現(xiàn)問題如能及時反映，及時有針對性采取變更加強措施，即可避免事故或減少損失。

3 塌方處理技術(shù)方案

（1）首先進行水防治，在塌方地表上游設(shè)置截水溝，截排地表水，防止雨水的滲入；線路右側(cè)打設(shè)降水井若干，井底深入到斜井基底以下3 m，24 h不間斷抽水，降低地下水位，減少圍巖地層水對圍巖開挖造成的不利影響。

（2）塌方的地段設(shè)計圖紙所采用支護的安全系數(shù)較低。且受前方塌方的擾動，很有可能出現(xiàn)再次塌方，采用Φ42小導(dǎo)管（L=4 m）對XK0＋125～＋136段（長11 m）既有施工段進行側(cè)墻及拱部支護加強處理，梅花形布置，注漿錨固；內(nèi)側(cè)再行施作一環(huán)加強鋼拱架噴砼支護，噴C20混凝土20cm厚，確保塌方段端頭不再繼續(xù)產(chǎn)生塌方。

（3）對于坍方段，在塌方發(fā)生后，采用回填建筑垃圾進行反壓，對側(cè)壁流砂造成的圍巖空洞及建筑垃圾進行注漿加固；對右側(cè)溝谷進行了回填，消除偏壓影響。洞頂塌方段回填，采用 L=4mφ 42注漿小導(dǎo)管進行地表注漿措施加固處理，加固洞頂上方土體，使之形成統(tǒng)一整體，地表采用細石混凝土覆蓋硬化處理,避免雨水下滲影響圍巖土體穩(wěn)定性。

（4）對洞頂上方便道進行改移，消除重載車輛對隧道開挖造成的反復(fù)性影響。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，并與當?shù)卮迕袢〉靡恢滦砸庖?，對既有便道進行了改移。

（5）根據(jù)塌方原因分析及前期處理措施，結(jié)合類似工程經(jīng)驗，采取“洞外井點降水，洞內(nèi)雙層小導(dǎo)管超前支護，臺階法施工，逐榀換拱”的處治方案。具體見圖1所示。

（6）根據(jù)初期支護斷面測量成果，確定拱部初期支護侵限范圍，在現(xiàn)場畫出換拱范圍。在該范圍內(nèi)先用雙層小導(dǎo)管超前支護在換拱范圍內(nèi)全部進行預(yù)注漿，待預(yù)注漿達到強度后，每次用風槍鑿除1榀拱架初期支護，按設(shè)計開挖輪廓線人工鑿除欠挖部分圍巖土，割除侵限部分工字鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋，按設(shè)計要求掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，重新支立拱架并進行可靠連接，然后噴射混凝土，完成一次換拱循環(huán)。

圖1 洞內(nèi)雙層小導(dǎo)管超前支護形式示意圖

（7）由斜井大里程向小里程方向逐榀對侵限初支拱架進行置換。每榀置換后及時進行噴射混凝土封閉，置換長度根據(jù)現(xiàn)場量測結(jié)果靈活確定，但置換長度不得超過3 m，必須及時施作加強支護。

（8）整環(huán)換拱：根據(jù)斷面量測結(jié)果，個別斷面初支拱架需要整環(huán)換拱。在需換拱拱架旁邊先進行刻槽，然后將置換的拱架嵌入槽中，確保拱架的連接及鎖腳錨管的施作質(zhì)量符合設(shè)計及規(guī)范要求。當置換拱架后經(jīng)圍巖量測變形穩(wěn)定后方可拆除原有侵限部分拱架。

（9）局部換拱：大部分侵限拱架位于拱部右側(cè)，需要對局部拱架進行置換。在拱架置換前，采用紅油漆對需置換拱架進行標注，先對不需要置換的拱架的拱腳部分進行施做鎖腳錨管加強支護，鎖腳采用Φ42的鎖腳錨管，L=4 m，施作方向與水平下傾角呈45°夾角，緊貼拱架施作，鎖腳錨管與拱架采用直徑Φ22的U型鋼筋有效焊接，每個拱腳設(shè)不少于4根鎖腳錨管。待原有無需置換拱架加強支護完成后，將需置換部分拱架割除，然后進行刻槽，達到設(shè)計深度后，將置換的拱架嵌入槽中，保證置換前后的拱架連接質(zhì)量，連接方式采取原設(shè)計拱架間的鋼板+連接螺栓方式有效連接?？v向連接筋采用U型筋。置換后按照原設(shè)計位置施作鎖腳錨管，及時噴射混凝土封閉。

4 施工監(jiān)控量測

通過監(jiān)控量測的結(jié)果來確定支護的穩(wěn)定性。洞內(nèi)每個斷面在拱頂、拱腰及邊墻共布設(shè)了 5個監(jiān)控點，每隔3 m設(shè)置一組測點，以拱頂和拱腰的下沉監(jiān)測為重點，邊墻以水平收斂監(jiān)測為主。觀測點的埋設(shè)一般在噴射砼之前完成，第一次量測時間在噴射砼完成。每天4h量測1次，當出現(xiàn)不穩(wěn)定征兆時增加測量次數(shù)。

根據(jù)量測結(jié)果找出回歸方程，并及時繪制成變形曲線及應(yīng)力-應(yīng)變曲線，由回歸方程推算最終的位移值，以判定最終變形值，再根據(jù)變形量及時調(diào)整開挖預(yù)留變形量和支護參數(shù)。

5 體會

此次塌方事故采用超前雙排小導(dǎo)管換拱處理措施，保質(zhì)保量且進度快速，效果較好，得到了專家組的好評，主要因方案正確、措施恰當、及時處理、組織嚴密。主要有以下幾點體會：

（1）處理塌方必須及時。塌方事故發(fā)生后，需詳細察看塌方情況，仔細查找分析塌方原因，對癥下藥，對造成隧道塌方的因素逐個解決落實，因地制宜，綜合治理，才能確定最佳施工方案。

（2）在隧道內(nèi)實施監(jiān)控量測，切實用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。圍巖監(jiān)控量測是保證隧道施工安全的排頭兵，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以判斷圍巖的穩(wěn)定性，及早采取處理措施，并對所采取的處理措施有效性做出正確評價，必須將監(jiān)控量測納入施工工序中。

（3）地鐵隧道多處于軟弱圍巖及不良地質(zhì)段，施工必須遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”隧道施工十八字原則，措施到位，環(huán)環(huán)相扣，保證施工安全。

（4）做好安全生產(chǎn)工程，處理塌方是危險和意外情況的多發(fā)作業(yè)。進行處理時要制定符合實際情況的措施，并將施工人員的安全作為制定處理方案的首要考慮因素，在確保安全的情況進行施工作業(yè)。在塌方處理方案中，我們制定了專項塌方處理方案，項目領(lǐng)導(dǎo)帶頭，分管領(lǐng)導(dǎo)輪流盯守，現(xiàn)場技術(shù)及安全專職人員24h旁站，先監(jiān)測后施工，并對作業(yè)人員進行安全技術(shù)教育，制定嚴格的施工操作規(guī)程，使得本次塌方處理沒有出現(xiàn)任何安全事故。

[1]鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南(鐵建設(shè)[2010]241號).[S].北京.2010

[2]交通部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTJ042－94).[S].北京.人民交通出版社,1994

[3]陳小雄.現(xiàn)代隧道工程理論與隧道施工[M].四川:西南交大出版社,2006