公路隧道軟弱圍巖段施工塌方處治分析

中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400000

1 公路隧道軟弱圍巖分類

（1）軟弱型軟巖。此種軟巖具體是指巖石自身較完整，但強(qiáng)度偏低，在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中存在變形抵抗能力偏弱的情況，這種變形是指較為明顯流變性。如果實(shí)際施工支護(hù)處理不及時(shí)或參數(shù)不合理，都將引發(fā)持續(xù)、迅速的變形。

（2）破碎型軟巖。此種軟巖自身呈現(xiàn)破碎狀，單塊的巖石強(qiáng)度相對(duì)較高，但整體強(qiáng)度卻不及巖體自身強(qiáng)度的十分之一。其產(chǎn)生變形主要是由結(jié)構(gòu)面滑移擴(kuò)容及巖體自形變所致，整體表現(xiàn)為施工中圍巖產(chǎn)生松動(dòng)坍塌及顯著流態(tài)，對(duì)變形抵抗力明顯偏弱，很容易引發(fā)持續(xù)、快速的大范圍變形，最終破壞洞室[1]。

（3）軟弱破碎型軟巖。此種軟巖同時(shí)具備軟弱型及破碎型的特征，因?yàn)閹r塊自身的強(qiáng)度不足，所以其完整性也明顯較差，主要是巖塊間的膠結(jié)位置明顯薄弱，在實(shí)際施工中呈現(xiàn)出顯著的流變性。采用的施工工藝一旦與周遭環(huán)境不匹配，很容易引發(fā)不可控的變形狀況，即使做好支護(hù)及襯砌之后依然有很大概率產(chǎn)生不可控的塌方事故。

（4）高應(yīng)力軟巖。此類軟巖具體指應(yīng)力水平大于25MPa而產(chǎn)生明顯變形的中高強(qiáng)度類巖體。通常此類巖石在低應(yīng)力下主要呈現(xiàn)硬巖狀態(tài)，但其應(yīng)力一旦超出某水平后將產(chǎn)生明顯變形情況。

（5）膨脹型軟巖。此類軟巖包含高膨脹礦物，如蒙脫石和伊利石，巖石吸水及風(fēng)化造成圍巖膨脹變形，進(jìn)而使隧道產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致施工面臨塌方風(fēng)險(xiǎn)。

（6）復(fù)合型軟巖。此類軟巖通常是指以上多種軟巖類型的多樣化組合。大部分的軟巖變形都是以產(chǎn)生流變?yōu)橹鳎M(jìn)而形成破碎、完整性降低、強(qiáng)度降低等情況，一旦多種軟巖復(fù)合時(shí)，其自身的變形機(jī)理將變得異常復(fù)雜。

2 工程概況

某公路隧道為單洞隧道，隧道全長(zhǎng)達(dá)2281m，最大埋深達(dá)145m，隧道空間內(nèi)存在較多沖溝結(jié)構(gòu)，因此隧道內(nèi)的水資源較為豐富，地下水位相對(duì)較高。在此背景下，軟弱圍巖較為突出，主要是由松散的堆積土、灰質(zhì)巖、白云巖等組合而成，其受到外力作用時(shí)很容易引發(fā)塌方事故。在隧道開(kāi)挖之初，圍巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)深受地下水侵蝕，致使圍巖穩(wěn)定性偏低，并且在隧道出口位置2km處存在斷層破碎帶，由此帶來(lái)塌方風(fēng)險(xiǎn)。隧道的界限設(shè)計(jì)為高5m、寬10.2m。

該公路隧道施工至右洞掌子面位置，在前期支護(hù)階段產(chǎn)生明顯的裂縫，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)量所得數(shù)據(jù)明顯超出預(yù)警值。為此，現(xiàn)場(chǎng)立即暫停對(duì)掌子面的施工，開(kāi)始逐步撤離相關(guān)施工人員及機(jī)械，并持續(xù)強(qiáng)化警戒與監(jiān)控測(cè)量，不久隨之產(chǎn)生集中掉塊，直至塌方。塌方位置經(jīng)測(cè)量可知其環(huán)向?qū)挾葹?0m、縱向長(zhǎng)度為6.3m、縱向深度為4.5m。

3 公路隧道軟弱圍巖段施工塌方成因

塌方位置處于隧道工程右側(cè)，隧道空間內(nèi)塌方地段埋深達(dá)80～90m，隧道圍巖被評(píng)定為V級(jí)，具體以白云巖為主要巖石，類屬軟弱巖。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該塌方位置處于圍巖斷層破碎地帶，同時(shí)具備大量的泥夾巖屑，且區(qū)域內(nèi)地下水非常豐富，滲透流量相對(duì)較高，達(dá)2～3L/s。總而言之，該塌方段圍巖裂隙顯著發(fā)育，巖體自身強(qiáng)度不足，缺乏完整性，并且圍巖的自穩(wěn)能力嚴(yán)重不足。此外，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、施工記錄以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)資料分析可知，塌方產(chǎn)生的主要原因在于地質(zhì)條件因素，即塌方處位于斷層位置的破碎地帶，在破碎圍巖中存在裂隙水滲透，受到施工影響直接引發(fā)圍巖變形，最終發(fā)生塌方事故[2]。

4 公路隧道軟弱圍巖段施工塌方處治

4.1 塌方處治方案選擇

通過(guò)對(duì)該段公路隧道施工塌方事故的監(jiān)控測(cè)量，施工項(xiàng)目方組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理以及施工等多個(gè)參建部門(mén)聯(lián)合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，由此確定塌方事故產(chǎn)生的主要原因。同時(shí)為了預(yù)防塌方持續(xù)拓展蔓延，制訂迅速處理塌方的方案，并且充分保障施工進(jìn)度及相關(guān)人員安全。經(jīng)多方聯(lián)合討論研究，提出以下兩項(xiàng)處理方案。

處理方案一：當(dāng)塌方地段趨于穩(wěn)定，先針對(duì)凌亂的塌方體進(jìn)行清理，在此基礎(chǔ)上迅速做好施工初期的支護(hù)，重點(diǎn)要求在塌方上層完成閉合防護(hù)體，并實(shí)施后續(xù)回填加固措施。

處理方案二：維持塌方體現(xiàn)狀，并且在塌方體的起點(diǎn)位置堆砌沙袋處理，由此針對(duì)塌方位置實(shí)施加固處理措施。

該公路隧道塌方的特點(diǎn)主要表現(xiàn)如下：（1）塌方處埋深較大，明顯超出80m標(biāo)準(zhǔn)，塌方區(qū)內(nèi)縱向間隔為6.2m，能夠迅速實(shí)施支護(hù)施工，由此塑造出一個(gè)相對(duì)封閉的空間。（2）塌方區(qū)主要散布一些塊狀巖體，同時(shí)逐步產(chǎn)生滲水狀況，并且在塌方主體快速下落后，在塌方區(qū)內(nèi)的空間趨于穩(wěn)定，盡管仍有部分碎塊掉落，但直接給先封閉、再處理的方案制訂與實(shí)施提供了重要的便利條件。

通過(guò)對(duì)塌方特點(diǎn)的分析可知，采用處理方案一能夠迅速清理掉塌方體，并在短時(shí)間內(nèi)做好支護(hù)，在營(yíng)造出一個(gè)安全施工環(huán)境后再實(shí)施后續(xù)施工較為安全穩(wěn)妥。處理方案二中包含相應(yīng)的泥水，在堆砌沙袋后，塌方主體的密實(shí)度無(wú)法達(dá)到理想范圍，因此存在較為明顯的安全隱患。

4.2 塌方處治思路

選擇處理方案一，首先清理塌方體，然后在此基礎(chǔ)上實(shí)施襯砌施工，再采用C25混凝土實(shí)施分層回填施工，回填施工需要將范圍控制至塌方區(qū)頂端2m，同時(shí)吹砂回填0.8m，由此設(shè)定開(kāi)挖支護(hù)，最后實(shí)施仰拱及二次襯砌施工。具體處理如圖1所示。

圖1 隧道塌方處治斷面示意圖（單位：mm）

4.3 塌方處治工藝流程

結(jié)合塌方處理方案一，具體工藝流程為清理塌方體→做好初期支護(hù)施工→噴射回填混凝土→處理吹砂緩沖層→做好排水施工作業(yè)→實(shí)施二次襯砌支護(hù)施工。

4.4 塌方處治方案實(shí)施

（1）前期支護(hù)施工。首先，在塌方體趨于穩(wěn)定后，應(yīng)第一時(shí)間清理現(xiàn)場(chǎng)塌方體。其次，在此基礎(chǔ)上做好初期支護(hù)，在參數(shù)設(shè)定上，所采取的鋼支撐封閉成環(huán)，將工字鋼型號(hào)由I14替換為I18，相互間距需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，具體數(shù)值調(diào)整為50cm[3]?？臻g內(nèi)縱向筋環(huán)也同步將數(shù)值最終調(diào)整為50cm，并在此基礎(chǔ)上新增直徑為6cm的鋼化網(wǎng)片達(dá)成間距為25cm的雙層鋼化網(wǎng)片。再次，在鋼拱架的具體連接位置，于兩端對(duì)稱處增加2根額外的鎖腳錨桿，以強(qiáng)化臺(tái)階臨時(shí)承載力。最后，迅速施工一次襯砌，從而給后續(xù)施工營(yíng)造出一個(gè)封閉、安全的操作空間。

（2）混凝土噴射回填。前期支護(hù)施工完成后，需要事先預(yù)留注漿口，并結(jié)合分次泵送混凝土進(jìn)行分界，整個(gè)過(guò)程沿著塌方段的蔓延方向埋設(shè)3根無(wú)縫鋼管（φ152mm×10mm），要求鋼管的長(zhǎng)度為3m，其水平夾角要小于或等于45°。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，塌方段內(nèi)采用C25混凝土噴射，整個(gè)操作細(xì)分為3次泵送操作，最后回填混凝土的徑向深度需大于或等于2m，而且每次進(jìn)行泵送的混凝土高度不可超出2m。

（3）緩沖吹砂層處理。對(duì)于緩沖吹砂層的處理，首先需要預(yù)埋2根無(wú)縫鋼管（φ108mm×10mm），鋼管之間的縱向間距需控制在5m，以方便吹砂。吹砂施工結(jié)束后，需切除露出的部分，并做好后期的排水管，以此將塌方段內(nèi)滲入的水引入環(huán)向排水系統(tǒng)。在回填混凝土自身強(qiáng)度達(dá)到70%后實(shí)施吹砂回填，實(shí)施回填施工的最終厚度要≥80cm。

（4）排水施工作業(yè)。首先需要沿著塌方段底部的表面位置設(shè)置2根無(wú)縫鋼管（φ108mm×10mm），其縱向間距需控制為6.2m，然后在此基礎(chǔ)上引入環(huán)向?qū)?，也可以在隧道塌方段一?cè)位置增加一道縱向盲管，并將其橫向?qū)艿拈g距調(diào)整為5cm，將環(huán)向?qū)苷{(diào)整為4cm，從而極大地提升排水能力。

（5）二次襯砌支護(hù)施工。原施工設(shè)計(jì)中的二次襯砌并未添加鋼筋，因此應(yīng)在此基礎(chǔ)上添加相應(yīng)的隧道襯砌鋼筋，鋼筋的具體布設(shè)采用雙層布設(shè)的方式，以此持續(xù)增強(qiáng)二襯施工的承載力[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)此次施工可知，塌方處治需要始終堅(jiān)持安全、快速、可操作性、不留隱患的施工原則。首先，在實(shí)際的隧道設(shè)計(jì)及施工中，需要優(yōu)先考慮地質(zhì)因素，因地制宜地實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及施工，此次隧道塌方由于縱向距離相對(duì)較短，采用先封閉后處理的施工方案。其次，需要強(qiáng)化施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)報(bào)和反饋塌方情況，由此為制訂應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)和參考。最后，需要強(qiáng)化臨時(shí)排水及永久排水的設(shè)計(jì)工作，盡可能地減輕隧道空間內(nèi)臨時(shí)積水對(duì)拱腳造成的軟化效果，不斷消除永久排水不暢所帶來(lái)的問(wèn)題。