隧道地表塌陷處治專項(xiàng)方案

戴秀平

（廣東省南粵交通清云管理處，廣東 廣州510101）

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

一是《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）；

二是《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60—2009)；

三是《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F60—2009）；

四是《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50086—2015）；

五是《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）；

六是該項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙；

七是國(guó)家其他與隧道工程相關(guān)的規(guī)范、規(guī)定以及有關(guān)會(huì)議紀(jì)要、規(guī)定等。

2 工程概況

白石隧道位于廣州市花都區(qū)花東鎮(zhèn)獅前村境內(nèi)，采用分離式隧道方案，左線起訖里程為ZK7+820～ZK9+620，隧道長(zhǎng)1800m，最大埋深161.0m；右線起訖里程K7+840～K9+755，隧道長(zhǎng)1915.0m，最大埋深157.6m。隧道總體走向方位角約35，屬長(zhǎng)隧道。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌區(qū)，溝塹發(fā)育，地形起伏較大，隧道中線范圍內(nèi)地面高程163.0～335.6m，山體自然坡度25～50，植被發(fā)育。進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶。隧址區(qū)進(jìn)出口有公路通過，交通條件尚可。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

一是公路等級(jí)：雙向六車道高速公路；二是設(shè)計(jì)車速：120km/h；三是設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)；四是主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年；五是隧道抗震設(shè)防烈度：Ⅶ度；六是防水等級(jí)：二級(jí)；七是隧道凈寬：0.75+0.25+0.50+3×3.75+1.0+1.0=14.75m；凈高：5.0m。八是緊急停車帶凈寬：0.75+0.25+0.50+3×3.75+1.0+3.0+1.0=17.75m；凈高：5.0m。

4 工程地質(zhì)條件

4.1 地層巖性

隧址區(qū)第四系覆蓋層為薄層坡殘積礫質(zhì)黏性土，廣泛分布于隧址區(qū)，厚度變化較小，下伏基巖為燕山期侵入花崗巖(γ)。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道為路線穿越獅前村境內(nèi)山丘而建，隧道處于構(gòu)造剝蝕丘陵地貌區(qū)，下伏基巖為燕山期中粗粒黑云母花崗巖。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)勘察成果，初勘物探推測(cè)隧址區(qū)K8+150～K8+350段，受構(gòu)造擠壓，巖體破碎；詳勘物探推測(cè)隧址區(qū)K8+520～K8+660、K8+820～K8+950段分別存在四處破碎區(qū)（段），深度較淺，判斷是由表層全強(qiáng)風(fēng)化層引起的。隧道進(jìn)口發(fā)育三組節(jié)理：85∠59、5條/m，335∠70、2條/m，95∠69、4條/m，裂隙面粗糙不平。隧址區(qū)存在推測(cè)斷層或破碎區(qū)（段），總體上地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)較復(fù)雜，但采取合理的設(shè)計(jì)、施工方案仍可進(jìn)行隧道工程建設(shè)。

4.3 水文地質(zhì)條件

隧址區(qū)地表水不發(fā)育，僅在進(jìn)口及K8+700處沖溝內(nèi)發(fā)育溪流?？辈炱陂g水量不大，在強(qiáng)降雨氣候條件下，坡面沖刷作用強(qiáng)烈，受大氣降水及基巖裂隙水出滲補(bǔ)給，水量較大。地下水類型主要為松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水。

4.3.1 松散層孔隙水：主要賦存于（Q4el）礫質(zhì)黏性土層中，接受大氣降水及地表水流補(bǔ)給，順地形向低洼處排泄，其透水較好、富水性差，水量一般。

4.3.2 基巖裂隙水：不均勻地賦存于下伏花崗巖裂隙中，主要接受大氣降水的滲入補(bǔ)給，其次為地下水的相互轉(zhuǎn)換補(bǔ)給、第四系松散堆積物孔隙水的滲入補(bǔ)給等。基巖節(jié)理、裂隙是地下水的主要賦存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道。地下水的流向受地形的控制，地形上的分水嶺也是地下水的分水嶺，總體流向與現(xiàn)代水系的地表水流向基本一致，主要以滲水的形式排泄于地形低洼處。據(jù)調(diào)查，此次未發(fā)現(xiàn)該類地下水出露點(diǎn)，故該類地下水貧乏。

5 塌方情況

2022年2月27日，上導(dǎo)掌子面封閉出完渣后，未支護(hù)段（K9+313～+310）左側(cè)（面向小里程方向）開始出現(xiàn)掉塊及圍巖塌落，塌方總計(jì)約80方，塌方體組成為含強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的碎石土，地下水較少。目前，掌子面附近已有3榀拱架出現(xiàn)變形（K9+316～K9+313），K9+334已支護(hù)段左側(cè)初支出現(xiàn)開裂，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)K9+340～313段初支侵限，地下水在K9+332～K9+317段初期支護(hù)滲出。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地表踏勘，未見地表開裂現(xiàn)象。2月28日～3月3日，監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)三天無異常后，施工單位按照既定處理方案，K9+330～+320段初支已經(jīng)完成10m護(hù)拱加固。當(dāng)進(jìn)行空腔處注漿處理時(shí)，漿液從塌方處溢處，于是停止注漿，未采取有效措施，而開挖塌方體，繼而發(fā)生塌方。3月29日～3月30日，廣州市連續(xù)兩日小到中雨，廣州市內(nèi)尤其以隧道所在區(qū)域更大，花都區(qū)應(yīng)急辦也以短信通知項(xiàng)目管理人員，3月31日單日降雨值超139mm，造成冒頂位置地表土體物理力學(xué)性變化，導(dǎo)致塌坑處地表部分土體滑塌至塌腔內(nèi)，較大沖擊荷載導(dǎo)致初支結(jié)構(gòu)破壞塌方。地表塌陷區(qū)域也較之前增大約2m。

6 塌方段落原設(shè)計(jì)情況

原設(shè)計(jì)該段為Ⅲ級(jí)圍巖，采用S-Ⅲa支護(hù)型式，上下臺(tái)階法開挖。巖性為灰白、淺肉紅色中風(fēng)化花崗巖，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖體較完整，巨塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，成洞條件較好，自穩(wěn)能力較好，側(cè)壁較穩(wěn)定，地下水為基巖裂隙水，水量不大，呈滴狀出水。

該段平面位置如圖1所示，處于地表沖溝處。

圖1 隧道塌方位置平面截圖

該段隧道設(shè)計(jì)埋深約55m，隧道掌子面左側(cè)埋深較淺，巖石破碎、風(fēng)化程度較高。

7 變更原因分析

連續(xù)雨天，日均降雨值超139mm，暴雨造成冒頂位置地表土體物理力學(xué)性變化，導(dǎo)致塌坑處地表部分土體滑塌至塌腔內(nèi)，較大的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為對(duì)拱頂?shù)臎_擊荷載，從而使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。連續(xù)的降雨也導(dǎo)致塌腔內(nèi)土體物理力學(xué)性能發(fā)生變化，土壓力隨之增大。

8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況

8.1 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)情況

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)報(bào)告顯示，拱頂下沉值3日單日沉降量均小于5mm/d，初支結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，適于塌方后續(xù)處置工作（見圖2）。

圖2 隧道塌方立示意圖

8.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況

根據(jù)編號(hào)JC-X-BSCK.CQ-046超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示，推斷該段圍巖與當(dāng)前掌子面基本一致，主要以中風(fēng)化花崗巖為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面較張開，節(jié)理裂隙較張開，局部夾雜軟弱破碎夾層，多以切割塊狀或塊狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀不均，掌子面整體自穩(wěn)能力及完整性一般，開挖擾動(dòng)下拱頂易掉塊，另基巖裂隙水較發(fā)育，局部點(diǎn)滴狀出水。建議圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。

8.3 掌子面地質(zhì)素描（K9+310)

隧道通過區(qū)段為地表沖溝處，掌子面圍巖風(fēng)化程度不均，掌子面右側(cè)為中風(fēng)化花崗巖，灰白色，巖體完整，為堅(jiān)硬巖，節(jié)理裂隙較少，未見地下水滲出。掌子面左側(cè)為全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，灰白色夾黃褐色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖石強(qiáng)度較低，地下水呈點(diǎn)滴狀滲出。

8.4 初支斷面侵限情況

圖3中負(fù)號(hào)表示已經(jīng)侵入二襯限界（單位為m）。由圖3可知，K9+345～+313段后續(xù)處治需對(duì)侵限初支進(jìn)行換拱，并加強(qiáng)支護(hù)型式。

圖3 隧道全斷面測(cè)量圖

9 處治方案

9.1 塌方段施工前準(zhǔn)備工作

9.1.1 初支情況監(jiān)控量測(cè)，為保證人員安全，判斷初支情況是否穩(wěn)定，在塌方處治前于斷面上布設(shè)拱頂下沉點(diǎn)、周邊位移點(diǎn)，設(shè)置間距為2～3m，監(jiān)控量測(cè)頻率為2次/d，連續(xù)三日拱頂下沉值低于5mm可視為初支結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，可進(jìn)行后續(xù)加固處置。

9.1.2 塌方后的地表處治，于冒頂處周圍地表設(shè)置臨時(shí)截水溝，截水溝距塌方邊緣應(yīng)不小于2m，采用M30水泥砂漿封閉，空腔位置則采用塌腔范圍內(nèi)布設(shè)φ60×4mm注漿鋼花管，長(zhǎng)度40m，間距120×120cm，梅花形布置。漿液采用水灰比1∶1 P·O42.5級(jí)水泥漿，注漿壓力0.5～1MPa。注漿后洞頂塌腔采用摻5%水泥碎石土回填至沖溝下流排水溝底高程，并鋪設(shè)一層EVA防水板，其上設(shè)置5cm厚砂漿保護(hù)層，并覆蓋50cm厚黏土層，滿足順坡排水需求（排水坡度大于5%）。

9.2 未塌方段臨時(shí)初支加固措施

9.2.1 K9+340～+316段設(shè)置工18工字鋼護(hù)拱，護(hù)拱縱向間距與原初支鋼拱架間距一致，為120cm，鋼拱架應(yīng)與原初支結(jié)構(gòu)密貼。

9.2.2 K9+340～+316段左半斷面徑向注漿加固，注漿采用4.5m長(zhǎng)φ42鋼花管，間距1.5×1.5m，梅花形布置，漿液采用水灰比1∶1水泥漿，初壓0.5MPa，終壓1.0MPa。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：第一，注漿壓力逐步提升，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（建議為1.0MPa）并繼續(xù)注漿10min以上；第二，有一定的注入量，與設(shè)計(jì)的注入量大致相近，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量一般在20～30L/min以下。

9.3 超前支護(hù)措施

K9+319～+301段超前支護(hù)采用φ108×6mm長(zhǎng)管棚，管棚施工開挖管棚工作室，工作室范圍為K9+319～+323.5，長(zhǎng)4.5m，深度為0.7m，工作室開挖應(yīng)按S-Vc超前支護(hù)型式做好超前支護(hù)工作，管棚工作室開挖完成后，采用S-Vc支護(hù)類型進(jìn)行初支封閉，后續(xù)待K9+326～+316換拱完畢后，應(yīng)注意工作室初支與相臨初支結(jié)構(gòu)噴射平順，鋪設(shè)好防水板，工作室采用二襯C40混凝土回填。

注漿漿液采用水灰比1∶1水泥漿，初壓0.5MPa，終壓2.0MPa。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：第一，注漿壓力逐步提升，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓（建議為2.0MPa）并繼續(xù)注漿10min以上；第二，有一定的注入量，與設(shè)計(jì)的注入量大致相近，注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量一般在20～30L/min以下。原設(shè)計(jì)S-Va超前支護(hù)采用φ50×4mm鋼花管注漿不取消，仍按原設(shè)計(jì)施作。

9.4 超前加固措施

為保證施工安全，管棚施工完畢后，應(yīng)對(duì)塌方區(qū)域進(jìn)行超前預(yù)加固，加固采用φ108×6mm鋼花管，在掌子面設(shè)置30cm厚C25噴射混凝土止?jié){墻。超前加固措施完成并形成強(qiáng)度后，為對(duì)注漿質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，采用潛孔鉆機(jī)在加固邊界范圍內(nèi)鉆設(shè)檢測(cè)孔（共3個(gè)），深度10m，檢測(cè)孔采用不跟管的形式，鉆孔過程中應(yīng)做好鉆孔記錄，記錄鉆孔過程中鉆進(jìn)速度，地下水、卡鉆等情況，如出現(xiàn)卡鉆情況及地下水較多，應(yīng)視為注漿效果不佳，宜加密注漿孔重新注漿加固。

9.5 主洞支護(hù)型式及開挖方式

S-Ⅲa支護(hù)型式在原S-Ⅲa的基礎(chǔ)上，將二襯混凝土變更為C35混凝土，其他參數(shù)與原S-Ⅲa一致，(R)S-Ⅴa支護(hù)型式在原S-Ⅴa的基礎(chǔ)上，將鋼拱架間距調(diào)整為40cm，系統(tǒng)錨桿取消，上中臺(tái)階鎖腳錨桿變更為雙排φ50，長(zhǎng)度3.5m注漿小導(dǎo)管。

主洞開挖方式采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法。

9.6 防排水設(shè)計(jì)

塌方防排水設(shè)計(jì)原則為“以排為主，防堵結(jié)合”，地表水仍應(yīng)盡量做好截排水措施，使地表水仍然從地表漫流，防止地表水漫入隧道。K9+326～+306段加強(qiáng)洞內(nèi)排水設(shè)計(jì)，環(huán)向盲管設(shè)置縱向間距為3m，橫向排水管縱向間距加密為4m，二襯施工縫及變形縫設(shè)置一道中埋式止水帶和一道背貼式止水帶。

9.7 監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

9.7.1 施工過程中應(yīng)根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工。

9.7.2 隧道拱頂下沉和周邊位移、地表下沉為必測(cè)項(xiàng)目，在該段塌方處治全過程中（包括換拱施工），建議監(jiān)控量測(cè)頻率增加為每天2次。

為保證施工安全，K9+326～+316段塌方牽引區(qū)換拱應(yīng)等塌方區(qū)二襯施作完畢后再逐榀換拱。

10 結(jié)語

本文針對(duì)隧道設(shè)計(jì)詳勘不足，缺漏隧道附近地表和溝河、湖泊、水庫等對(duì)隧道施工產(chǎn)生的安全隱患進(jìn)行處治。通過對(duì)廣連高速公路白石隧道地表塌陷處治的方案分析，希望對(duì)同類的隧道設(shè)計(jì)施工有一定的借鑒作用。