軟弱圍巖隧道塌方處治措施探析

■李帝春

（南平京臺(tái)高速公路有限責(zé)任公司，南平 353000）

1 隧道工程概況

京臺(tái)高速公路某隧道為左、右線分離式隧道，左右線間距19～22m。該隧道左洞長(zhǎng)187m，右洞長(zhǎng)222m，均屬短隧道。隧道最大埋深約40m，隧道左、右洞均位于直線上。

該隧道圍巖為全風(fēng)化的云母石英片巖，呈散體狀結(jié)構(gòu)。[BQ]＜200。地下水較貧乏，開挖中地下水多呈面狀滲透，雨季呈淋雨?duì)畛鏊?，全風(fēng)化巖易崩塌，無自穩(wěn)能力。地表為殘坡積粉質(zhì)粘土，植被茂密，為竹木林地，土質(zhì)疏松，地表降雨下滲致使地下水較豐富。

襯砌結(jié)構(gòu)形式按Ⅴ級(jí)深埋設(shè)計(jì)，襯砌支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)：I18 工字鋼鋼架支撐，鋼架間距50cm，噴射C25 早強(qiáng)混凝土厚24cm，系統(tǒng)錨桿為Φ25 中空注漿錨桿L-350cm，間距100cm×100cm；φ6 鋼筋網(wǎng)片20cm×20cm；二次襯砌為C25 鋼筋混凝土厚45cm，二襯主筋為Φ20螺紋鋼筋，間距20cm。

2 現(xiàn)場(chǎng)坍塌情況

隧道左洞上斷面開挖掘進(jìn)至ZK27+443，離進(jìn)口成洞面還有65m 時(shí)（從出口端開挖掘進(jìn)），正在進(jìn)行出碴作業(yè)，發(fā)現(xiàn)掌子面拱頂圍巖連續(xù)掉塊，接著變形急劇加大，塌方至地表，掌子面失穩(wěn)冒頂，塌方體填充整個(gè)上斷面，在ZK27+443～K27+455 段的地表出現(xiàn)了一個(gè)12m×12m×2m 的大坑。該段隧道埋深約為26.7～32m，地表為一個(gè)近40°的自然坡面，表層為竹木林地，植被茂密；已施工的ZK27+443～K27+451.2 段初期支護(hù)完全被塌方體壓垮，ZK27+451.2～K27+453 段初期支護(hù)也有較大的變形，鋼拱架變形較嚴(yán)重。由于早發(fā)現(xiàn)、早撤離沒有造成安全質(zhì)量事故。

3 塌方原因分析

(1)該處的坍塌體巖層以全風(fēng)化的石英云母片巖為主，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，圍巖強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力弱，容易發(fā)生坍塌。

(2)隧道埋深實(shí)際測(cè)量為28～35m，洞頂為竹木林地，土質(zhì)疏松，且地表有大量的樹坑。施工期間隧址地區(qū)普降大雨，地表水沿樹坑、裂隙等下滲進(jìn)入隧道，不但增加了圍巖的豎向壓力，而且軟化了圍巖，降低了圍巖的粘聚力。

(3)開挖攏動(dòng)、清理洞碴也會(huì)導(dǎo)致掌子面失穩(wěn)。

4 塌方處理措施

(1)應(yīng)急處理措施：隧道塌方后，掌子面停止開挖掘進(jìn)，在塌體邊緣采取堆麻草袋等措施對(duì)掌子面進(jìn)行封閉，對(duì)塌腔周邊松散體進(jìn)行錨噴網(wǎng)加固，采用注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固，避免塌腔繼續(xù)擴(kuò)大。對(duì)已經(jīng)施工的支護(hù)變形段ZK27+453～K27+463 段增加臨時(shí)型鋼支撐，間距80～100cm/榀，并用木楔緊固；在地表塌陷區(qū)外圍挖臨時(shí)排水溝，用彩條布覆蓋塌陷區(qū)防止雨水進(jìn)入，對(duì)塌陷區(qū)域及時(shí)夯填碎石土，高出周邊約50cm。

(2)塌方處理按下列步驟進(jìn)行：塌腔體處理→塌方影響段加固→地表塌陷區(qū)回填→洞內(nèi)超前支護(hù)→洞內(nèi)開挖→初期支護(hù)→地表塌陷區(qū)綠化。

①塌腔體處理：隧道塌方后，掌子面停止開挖掘進(jìn)，在塌體邊緣采取堆麻草袋加固，對(duì)塌腔周邊松散體進(jìn)行掛網(wǎng)錨噴，噴射混凝土為強(qiáng)度C25，厚度為25cm。再用注漿小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固，注漿材料為水泥凈漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。避免塌腔繼續(xù)擴(kuò)大。

②塌方影響段加固：對(duì)已經(jīng)施工的ZK27+451.2～K27+453 支護(hù)變形段增加臨時(shí)型鋼支撐，間距80～100cm/榀，并用木楔緊固；同時(shí)拱腰部位打Φ42mm 小導(dǎo)管注漿加固，長(zhǎng)度4.5m，按1.0m×1.0m 布置。

③地表塌陷區(qū)回填：在地表塌陷區(qū)外圍挖臨時(shí)排水溝，用彩條布覆蓋塌陷區(qū)防止雨水進(jìn)入，等塌腔體及支護(hù)變形段基本穩(wěn)定后，對(duì)塌陷區(qū)域及時(shí)分層夯填碎石土，碎石土高出周邊約50cm。并對(duì)周圍的陷穴、樹坑洞等進(jìn)行回填，保證地表排水暢通，防止地表水進(jìn)入塌方體；當(dāng)洞內(nèi)塌方處理完成后，及時(shí)對(duì)地表塌陷區(qū)進(jìn)行綠化。

④洞內(nèi)超前支護(hù)：隧道塌方段（ZK27+443～ZK27+451.2）處理采取雙層小導(dǎo)管方案。采用雙排超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，超前小導(dǎo)管在掌子面拱部120°范圍內(nèi)按雙層布置，環(huán)向間距30cm，小導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度為2.0m；第一排長(zhǎng)度6.0m，角度為5～10°，該層超前導(dǎo)管應(yīng)先用細(xì)石混凝土灌滿，待混凝土終凝時(shí)然后再打入。第二排長(zhǎng)度4.5m，角度45～60°，該排小導(dǎo)管及時(shí)進(jìn)行注漿。

圖1 塌方段超前支護(hù)縱斷面示意圖

⑤洞內(nèi)開挖：采用環(huán)形預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，進(jìn)尺必須控制在60cm，開挖預(yù)留變形量為20cm，采取必要的防止拱架下沉的措施。

⑥初期支護(hù)：及時(shí)進(jìn)行塌方段下斷面的開挖和仰拱的施工，初期支護(hù)盡早封閉成環(huán)，盡快施工二次襯砌。

塌方段按Ⅴ級(jí)淺埋加強(qiáng)的支護(hù)參數(shù)：I20b 型鋼拱架間距為50cm，拱架用Φ20 鋼筋連接，環(huán)向間距為1.0m，交錯(cuò)布置在型鋼拱架的內(nèi)外側(cè)。

系統(tǒng)錨桿：第一環(huán)采用Φ42mm 系統(tǒng)錨管，長(zhǎng)度3.0m，按1.0×1.0m 布置，每環(huán)14 根；第二環(huán)采用Φ22mm 砂漿錨桿，長(zhǎng)度3.0m，按1.0m×1.0m 布置，每環(huán)14 根。此兩種系統(tǒng)錨桿（管）間隔布置，系統(tǒng)錨管必須按要求進(jìn)行注漿。

采用Φ6mm 鋼筋網(wǎng)，間距為20cm×20cm，雙層布置；噴射混凝土厚26 cm；二次襯砌為55cm 厚鋼筋混凝土。

⑦塌方段處理完后，對(duì)坍塌影響段ZK27+451.2～K27+453 逐榀換掉初期支護(hù)的鋼拱架，挖夠尺寸后按Ⅴ級(jí)淺埋加強(qiáng)段的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)，并及時(shí)施作下斷面、仰拱和二襯。

⑧停止從洞內(nèi)開挖掘進(jìn)。盡快從進(jìn)口端施工套拱和大管棚，大管棚長(zhǎng)度加長(zhǎng)至35m（原設(shè)計(jì)大管棚長(zhǎng)度為28m），隧道貫通面設(shè)置在離洞口至少35m 以上不小于管棚長(zhǎng)度的地方。

⑨地表塌陷區(qū)綠化：在塌陷區(qū)碎石土上回填0.5m厚以上的耕植土種植當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種。

5 施工處理過程中注意事項(xiàng)

(1)在施工前，必須制定詳細(xì)的施工方案和各項(xiàng)保證措施，以保證施工安全和工程質(zhì)量；施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照隧道塌方處理方案和施工規(guī)范進(jìn)行塌方段施工。

(2)型鋼拱架必須放在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，并施作鎖腳錨管，必要時(shí)應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理或者鋪設(shè)厚度5cm 的木板，增加底部的接觸面積，盡量減小拱架的下沉量。

(3)塌方段處理完成后應(yīng)立即施工下斷面和仰拱，盡早使初期支護(hù)封閉成環(huán)，以改善其受力結(jié)構(gòu)；及時(shí)施工二次襯砌鋼筋混凝土。

(4)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)圍巖的監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便確定合適的預(yù)留變形量，也便于迅速對(duì)圍巖和施工情況的變化提出應(yīng)對(duì)措施，從而避免二次塌方。

(5)塌方段處理過程中及完成后，洞內(nèi)、洞外布置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，塌方段及其影響范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行地表下沉觀測(cè)。

6 小結(jié)

隧道施工遇到軟弱圍巖時(shí)，發(fā)生圍巖大變形、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，而由地質(zhì)災(zāi)害引起的停工短則幾個(gè)月，長(zhǎng)則半年或者更長(zhǎng)。該塌方段按處理措施認(rèn)真組織施工，一個(gè)多月后順利通過了塌方段，經(jīng)過后期的觀測(cè)，塌方處理段未發(fā)生混凝土開裂、拱架下沉變形現(xiàn)象。說明處理方案是可行的，處理效果達(dá)到了“安全、快速、節(jié)約”的目的。在今后進(jìn)行軟弱圍巖隧道施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循：

(1)“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則施工。

(2)開挖后盡快初期支護(hù)，各部開挖工序間距要盡量縮短，以減少圍巖暴露時(shí)間，將超前小導(dǎo)管支護(hù)錨噴支護(hù)緊密結(jié)合，超前小導(dǎo)管與型鋼鋼架連接成整體，才能發(fā)揮更好的聯(lián)合支護(hù)作用。

[1]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]福建省高速公路隧道施工標(biāo)準(zhǔn)化指南.