快速经济处理竖向断层引起隧道塌方的方法

张剑

1 设计简介

大虎峪隧道是山西省某高速公路上的一座双向四车道单向分离式隧道，隧道的左洞起讫桩号为K24+080～K24+413，长333 m，右洞起讫桩号为YK24+080～YK24+410，长330m。该隧道左右洞洞壁净距从闻喜端向济源端逐步扩大，闻喜端净距为16.0 m，济源端净距为19.5 m，整个隧道按照小净距隧道考虑。

本隧道设计速度80 km/h，隧道建筑限界净宽10.25 m、净高5.0 m，行车道(含路缘带)宽8.75 m，左、右检修道宽为0.75 m。隧道内轮廓采用三心圆形式，拱部半径543 cm，边墙半径793 cm，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。隧道衬砌内轮廓图见图1。

隧道洞身基岩为太古界混合花岗片麻岩。但由于此段地层年代久远，遭受过多次地质构造运动，塌方段围岩以强风化构造角砾岩和碎裂岩为主。其中:

强风化构造角砾岩:灰绿夹灰白色，碎裂角砾结构，断层泥胶结，胶结较差，绿泥石化强烈，角砾成分主要为片麻岩质，少量石英质，粒径1 cm～4 cm，胶结物为断层泥，含量30%～40%，局部段含量达60%，岩体破碎，岩质极软。

碎裂岩:灰黄、浅灰绿色，系混合花岗片麻岩受构造挤压破碎而成，绿泥石化较强烈，碎块呈弱风化状态，少量呈强风化状态，碎裂结构，岩质较坚硬，岩体破碎。

隧道区地势较高，不含地下水，但在雨季时地表水易沿陡倾裂隙渗入洞室。

洞身段以Ⅳ级和Ⅴ级围岩为主，支护形式见表1。

2 塌方事故简介

2009年12月，在施工K24+120上台阶掌子面时，K24+121处右侧拱顶初期支护喷混凝土出现开裂、剥落现象，工字钢受力弯曲，且发出异响，随后发生塌方。塌方范围为 K24+120.5～K24+123段拱顶偏右5°～45°之间，塌方体深度最大达6m左右，塌腔体形似牛角形。估计塌方方量约为40 m3。K24+120.5～K24+123段右侧的3榀18工字钢砸弯，严重变形。左侧岩体较完整，且工字钢喷混凝土等初支也较完整，未有明显开裂等破坏迹象。

表1 隧道洞身段结构设计参数表

3 原因分析

塌方位置岩体岩性不均，左硬右软，右侧为强风化的岩土体，而左部为较完整的花岗岩岩体。掌子面右侧前方进行导管(φ50 mm钢管)钻孔作业时，扰动上方土体，大大降低上方土体的自稳定。施工时洞外正下雪，温度很低，约为-10℃，洞内掌子面温度稍高，也不过3℃～5℃，洞口附近的水管(钢管)需火烤以防冻结。低温导致初支喷混凝土强度增长较慢，导管内水泥浆发挥作用也较慢，最终导致初支被压垮。

4 处治方案

结合工地实际，确定本次塌方处治原则为:因地制宜、快速安全、经济耐久。塌方处治断面见图2。本次塌方量较小，造成的损失也很小，但必须快速完成处治，否则很有可能由小塌方变成大塌方，从而造成大的损失。根据现场的条件，确定如下处治方案:

1)在塌体初步稳定后，对塌腔初喷2次C20混凝土，厚度共约10 cm，以增加塌体的稳定性。

2)割掉变形的半边18工字钢(3榀)，重新焊接完整的半边18工字钢，在变形的工字钢中间各增加1榀18工字钢，并将塌方段K24+120.5～K24+123段的工字钢间距调整成40 cm。工字钢与地面的支撑点需稳固，严禁落空。每榀工字钢两侧分别打设5 m长φ50注浆导管作为锁脚锚杆。工字钢间焊接横向 φ22连接钢筋，环向间距100 cm。

3)根据大雪封路，材料输送困难的实际情况，充分利用工地周边的资源，决定采用袋装泡沫、木屑充填于塌体内。使用树枝木棍作为袋装木屑的下垫层。塌腔体基本充填完后，再对工字钢下面挂网喷混凝土，施作初支层。施作初支层时预留注浆管道，待气温上升后再通过注浆管道压注水泥浆液(水灰比1∶0.5)。

4)在塌腔体底部，初支顶部布置2道MF7型矩形排水盲管，并将盲管引至边墙底部，以防上方山体表面雨水下渗。

5 结语

结合工地实际，采用“因地制宜、快速安全、经济耐久”的塌方处治原则是非常正确的。本次塌方规模不大，但塌体较深，采用上述原则和方法后，在冰雪封路的非常不利情况下，不到2 d时间即将此次塌方处理好，且代价小，施工安全便利，非常经济。2010年2月通过此处预留导管补注了水泥浆液，并顺利的施作了二衬，且K24+122断面处二衬收敛稳定，表明此处的塌方处治是成功的。

［1］ JTG B01-2003，公路工程技术标准［S］.

［2］ JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［3］ 孙令伟.管棚法在隧道塌方处理中的应用［J］.中南公路工程，2000，25(4):15-16.

［4］ 蒋正华.毫山峪隧道塌方段事故分析与处理［A］.中国公路隧道学会2007年会论文集［C］.2007.