公路隧道常見(jiàn)中小規(guī)模塌方處治及預(yù)防控制措施

鄧 華

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

公路隧道常見(jiàn)中小規(guī)模塌方處治及預(yù)防控制措施

鄧 華

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

受自然地質(zhì)條件、施工方法和施工質(zhì)量等的影響，中小型塌方在公路隧道施工中經(jīng)常發(fā)生，造成人員傷亡、工期延誤、機(jī)械設(shè)備毀壞、工程費(fèi)用增加等后果。分別對(duì)冒頂塌方、未冒頂塌方等兩種塌方處治方法進(jìn)行了探討，并提出了塌方預(yù)防控制措施。對(duì)隧道塌方處治及預(yù)防有一定的指導(dǎo)意義。

隧道； 塌方； 處治； 預(yù)防

1 概述

在采用鉆爆法施工的隧道工程中，塌方災(zāi)害是隧道建設(shè)過(guò)程中的普遍災(zāi)害,尤其是中小型塌方較多。根據(jù)塌方堆積體的體積大小，劃分為較小、小、中、大塌方。對(duì)于常見(jiàn)的上下臺(tái)階法開(kāi)挖的2車道隧道，其上臺(tái)階為單心半圓，內(nèi)輪廓半徑從5.1～5.55 m，延米體積為50～63 m3，根據(jù)塌方堆積體頂部充填長(zhǎng)度l和塌方堆積體體積V，將塌方按照塌體規(guī)模劃分為較小、小、中、大塌方，見(jiàn)表1。

表1 塌方分類表塌方類別塌方堆積體頂部充填長(zhǎng)度l/m塌方堆積體體積V/m3較小l≤1V≤50小1

本文主要探討中小型規(guī)模塌方的處治及預(yù)防方法。對(duì)于中小型塌方事故的處治，國(guó)內(nèi)已經(jīng)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，大多是根據(jù)每一處塌方的實(shí)際情況，進(jìn)行針對(duì)性的處治，而沒(méi)有形成系統(tǒng)的中小型塌方處治手冊(cè)。塌方分為冒頂塌方、未冒頂塌方的兩種型式，冒頂塌方就是巖體坍塌至地表，未冒頂塌方就是巖體坍塌未至地表，在圍巖內(nèi)部形成一空腔。本文比較詳細(xì)地探討了中小型塌方處治方法，并提出了一些塌方預(yù)防控制措施。

2 塌方處治

2.1 中小型冒頂塌方的處治

1) 塌方體頂面在隧道輪廓線附近(2 m范圍內(nèi))。

隧道發(fā)生冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線附近，見(jiàn)圖1。

圖1 冒頂塌方

為了保證施工安全及處治效果，具體處理措施為： ①在地表沿塌坑四周施做排水溝并用彩布遮蓋塌坑； ②把塌方體沿著隧道輪廓線抹平(把塌方體頂面做為底模)，并澆筑C20混凝土護(hù)拱,護(hù)拱高1 m，護(hù)拱中埋設(shè)2根Φ89鋼管，鋼管嵌入圍巖不小于0.5 m，見(jiàn)圖2；③塌體開(kāi)挖并支護(hù)，鋼拱架間距0.5 m每榀；④塌坑回填并拍實(shí)。

圖2 護(hù)拱法處治

2) 塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上。

隧道發(fā)生冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上，見(jiàn)圖3所示。

圖3 冒頂塌方

針對(duì)這種情況，具體處理措施為： ①在地表沿塌坑四周施做排水溝并用彩布遮蓋塌坑； ②在塌方體頂面澆筑一層C20混凝土，厚20 cm，防止跑漿； ③在塌腔部位施做Φ42小導(dǎo)管并注漿，注漿終壓為1.5 MPa，小導(dǎo)管長(zhǎng)4 m，環(huán)向間距40 cm，縱距2 m，見(jiàn)圖4所示； ④塌體開(kāi)挖并支護(hù)，鋼拱架間距0.5 m每榀；⑤塌坑回填并拍實(shí)。

圖4 注漿小導(dǎo)管處治

2.2 中小型未冒頂塌方的處治

中小型未冒頂塌方的處治應(yīng)根據(jù)塌方體的情況而定，可以分為以下兩種情況：

1) 塌方體頂面在隧道輪廓附近(2 m以內(nèi))。

隧道發(fā)生未冒頂塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線附近，見(jiàn)圖5。

圖5 空腔塌方

為了施工安全，采用如下處治措施： ①反壓回填塌方體并加固，防止塌方的進(jìn)一步發(fā)生； ②抹平塌方體，并澆筑混凝土護(hù)拱，護(hù)拱厚度1.5～2 m； ③對(duì)塌腔進(jìn)行吹沙回填； ④隧道開(kāi)挖并支護(hù)。見(jiàn)圖6。

圖6 護(hù)拱法空腔塌方處治

2) 塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上。

隧道發(fā)生空腔塌方，且塌方體頂面在隧道輪廓線2 m以上，見(jiàn)圖7所示。

圖7 空腔塌方

具體處治措施為： ①對(duì)塌腔進(jìn)行吹沙回填； ②在塌腔部位施做Φ42小導(dǎo)管并注漿，注漿終壓為1.5 MPa，小導(dǎo)管長(zhǎng)4 m，環(huán)向間距40 cm，縱距2 m，見(jiàn)圖8所示；③塌體開(kāi)挖支護(hù)鋼拱架間距0.5 m/榀。

圖8 小導(dǎo)管注漿空腔塌方處治

3 隧道塌方預(yù)防研究

在軟弱位移或斷層地帶，塌方很容易發(fā)生，但實(shí)際上大多數(shù)的塌方是可以控制的，本文通過(guò)加強(qiáng)超前支護(hù)及改變開(kāi)挖方法來(lái)控制塌方，超前支護(hù)有小導(dǎo)管、長(zhǎng)管棚、錨桿等等，開(kāi)挖方法有三臺(tái)階法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法等。

3.1 超前支護(hù)控制措施

超前支護(hù)是在隧道開(kāi)挖前沿隧道輪廓線對(duì)圍巖進(jìn)行加固，加固的范圍一般為隧道輪廓線外2～3 m，長(zhǎng)管棚一般用在隧道洞口破碎段，超前小導(dǎo)管通常用于Ⅴ級(jí)圍巖地段，而超前錨桿一般用在Ⅳ圍巖地段。超前支護(hù)施工完畢之后，再對(duì)隧道進(jìn)行開(kāi)挖，在加固圈保護(hù)的作用下隧道開(kāi)挖之后的圍巖變形會(huì)小很多。

3.1.1 長(zhǎng)管棚

隧道洞口段一般圍巖破碎，為了施工安全，左右洞一般都要施做長(zhǎng)管棚。管棚鋼管采用φ108×6 mm熱軋無(wú)縫鋼管，環(huán)向間距40 cm，接頭用長(zhǎng)15 cm的絲扣直接對(duì)口連接。鋼管設(shè)置于襯砌拱部，平行路面中線布置。要求鋼管偏離設(shè)計(jì)位置的施工誤差徑向不大于20 cm，沿隧道縱向同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭數(shù)至少須錯(cuò)開(kāi)1.0 m。為增強(qiáng)鋼管的剛度，注漿完成后管內(nèi)以M30號(hào)水泥砂漿填充。為了保證鉆孔方向，在明洞襯砌外設(shè)80 cm厚C30鋼筋混凝土套拱，套拱縱向長(zhǎng)2.0 m，套拱內(nèi)設(shè)置φ133×4 mm孔口管?？紤]鉆進(jìn)中鉆頭下垂，鉆孔方向應(yīng)較鋼管設(shè)計(jì)方向上偏1°。鉆孔位置、方向均應(yīng)采用測(cè)量?jī)x器測(cè)定，在鉆進(jìn)過(guò)程中也必須用測(cè)斜儀測(cè)定鋼管偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜有可能超限，應(yīng)及時(shí)糾正，以免影響開(kāi)挖和支護(hù)。長(zhǎng)管棚布置圖見(jiàn)圖9所示。

圖9 長(zhǎng)管棚布置圖(單位： cm)

3.1.2 超前小導(dǎo)管

隧道Ⅴ級(jí)圍巖地段設(shè)置了超前小導(dǎo)管，在掌子面超前施作后可以為后續(xù)初期支護(hù)的施工提供足夠的時(shí)間和安全保護(hù)。鋼管采用φ42×3.5 mm的熱軋無(wú)縫鋼管。鋼管環(huán)向間距40 cm，外插角控制在5°～10°左右，尾端支撐于鋼架外側(cè)，每排小導(dǎo)管縱向至少需搭接1.0 m。超前小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液，注漿參數(shù)及注漿量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況定，注漿參數(shù)建議如下：水泥漿水灰比：0.5∶1～1∶1；水玻璃溶度：35波美度，模數(shù)為2.4，摻量按水泥用量的5%計(jì)；注漿壓力按0.5～1.0 MPa，每孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)可以結(jié)束注漿。對(duì)于極破碎段可以考慮雙排超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管的布置圖見(jiàn)圖10所示。

圖10 小導(dǎo)管布置圖(單位：cm)

3.1.3 超前錨桿

隧道Ⅳ級(jí)圍巖地段設(shè)置了超前錨桿。錨桿采用直徑22 mm，長(zhǎng)4.5 m(5.0 m)的Φ22鋼筋，環(huán)向間距約40 cm。錨桿施作方向應(yīng)根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀確定，以盡量使錨桿穿透更多的結(jié)構(gòu)面為原則，外插角可采用7°～20°不等。采用早強(qiáng)藥卷作為粘接材料，每排錨桿縱向至少須搭接1 m。超前錨桿布置見(jiàn)圖11所示。

圖11 超前錨桿(單位： cm)

3.2 開(kāi)挖方法控制

在塌方風(fēng)險(xiǎn)存在的區(qū)域，通常采用三臺(tái)階法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法，兩種方法均沒(méi)有增加工程數(shù)量，只是在開(kāi)挖方面比普通的上下臺(tái)階要復(fù)雜一點(diǎn)，三臺(tái)階法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法能更好地控制圍巖變形，從而達(dá)到控制塌方的目的。

弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法開(kāi)挖見(jiàn)圖12所示，三臺(tái)階法開(kāi)挖見(jiàn)圖13。

圖12 弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法

圖13 三臺(tái)階法開(kāi)挖

弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法的開(kāi)挖步驟如下： ①拱部開(kāi)挖并支護(hù)； ②核心土開(kāi)挖； ③下導(dǎo)坑左側(cè)開(kāi)挖； ④下導(dǎo)坑右側(cè)開(kāi)挖； ⑤施工二次襯砌。

三臺(tái)階法的開(kāi)挖步驟如下： ①上部開(kāi)挖并支護(hù)； ②中部開(kāi)挖并支護(hù)； ③下部開(kāi)挖并支護(hù)； ④施工二次襯砌。

4 結(jié)論及建議

在隧道施工中，受自然地質(zhì)條件、施工方法和

施工質(zhì)量等的影響，隧道塌方經(jīng)常出現(xiàn)。塌方的處治實(shí)際上是搶險(xiǎn)工程，一旦發(fā)生塌方，應(yīng)首先弄明白兩個(gè)問(wèn)題：是冒頂塌方還是空腔塌方？塌方的范圍有多大？然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行處治，處治的方法可以參照前文所述的方法進(jìn)行，以確保施工安全和后期的結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全。

隧道塌方對(duì)工程安全存在著巨大的危害,施工過(guò)程中一定要把防塌列為隧道施工重點(diǎn)問(wèn)題。在不良地質(zhì)條件下進(jìn)行隧道施工應(yīng)以防塌為重點(diǎn),一定要施做超前支護(hù)，并且要保證超前支護(hù)施工的質(zhì)量，然后采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法或者三臺(tái)階法進(jìn)行隧道的開(kāi)挖,做到弱爆破,短進(jìn)尺,強(qiáng)支撐,早封閉。另外，在那些存在著塌方風(fēng)險(xiǎn)的地段，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，適當(dāng)加大監(jiān)控量測(cè)的頻率、觀測(cè)斷面及觀測(cè)點(diǎn)。及時(shí)掌握初期支護(hù)變形情況，根據(jù)量測(cè)結(jié)果，及時(shí)分析判定圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)采取有效措施并上報(bào)有關(guān)單位，避免次發(fā)生坍塌事故。施工過(guò)程中，應(yīng)安排專職的觀察員，不間斷地觀察施工作業(yè)面圍巖情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知作業(yè)人員撤出，確保施工人員安全。

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2016-08-29

鄧華( 1978-) ，男，工程師，主要從事公路橋梁與隧道施工與管理工作。

1008-844X(2017)01-0152-04

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