隧洞大变形洞段塌方处理

唐建智 （浙江省第一水电建设集团有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞大变形洞段塌方处理

唐建智 （浙江省第一水电建设集团有限公司 浙江杭州 310051）

隧洞开挖后破坏了围岩原有的应力平衡，为达到新的平衡，围岩应力必然会重分布，本文就广西某隧洞工程隧洞大变形洞段的塌方处理为例，介绍隧洞大变形洞段灌浆固结法处理变形的一种成功措施。

隧洞施工；变形；塌方处理

一、工程概况

广西某隧洞全长10.545km，采用“城门洞”型，衬砌后断面尺寸为3m×4.4m，开挖断面为4.16m×高5.38m，发生大变形洞段位于隧洞进口0+541～0+564段，隧洞进口段位于沙坪至旧州公路企石屯前冲沟上，围岩为三叠系下统（T1）薄层粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，全～强风化，岩体破碎，已风化呈土黄色碎块石状粘土，隧洞处于地下水位线之下，有较丰富的地下水活动，洞室自稳性差，围岩类别为V类，人工配合机械开挖、无爆施工，初期支护为喷砼厚度180㎜，径向砂浆锚杆(Φ22，L=2500㎜)，纵环间距1000㎜×1000㎜，每排13根，挂网Φ6.5@150㎜×150㎜，超前管式锚杆(Φ33.5，δ=3.25，L=5000㎜)13根、纵环间距3000㎜×400㎜，与水平成50角，工字钢间距1.0m，锁脚锚杆(Φ22，L=2.5m)2×2侧=4根，隧洞二次衬砌为50㎝厚的钢筋混凝土结构。

二、变形发生情况

前期对钢支撑进行观测时均未发现较大变形问题，但由于隧洞在长期行车和泡水影响，钢拱架底部存在软化、泥化，洞室稳定性存在很大影响。因此，暂停隧洞开挖进行二次混凝土衬砌。由于当时正值强降雨季，洞内地下水较多，加上底部软化泥化较为严重，在清理松散和混凝土施工过程中一直不是很顺利。变形前发现洞内抽水量较正常情况明显增多，而后发现0+541～0+564段钢支撑右侧发生较大侧向变形。结合近期工程所在地普降暴雨，经过数日渗透遂在本段隧洞簿弱部位聚集、累积而形成较大偏压力造成隧洞变形、坍塌。现场情况为：左侧工字钢几乎未变形，右侧工字钢底部发生向内偏移0.6～1.43m的大变形，拱顶下沉约0.2m；右半拱局部已局部浸入二衬结构尺寸要求；右侧钢拱架变形量已远远超过二衬结构尺寸要求，必须进行处理；并经钢筋试探，松散碴体厚体达3m以上、预计碴体厚度达4m左右。

三、隧洞发生塌方原因分析

经分析有如下因素：1.围岩为全～强风化粉砂质泥岩，岩体已风化呈土黄色碎块石状粘土，隧洞有较丰富的地下水活动，已层护洞段的岩体软化、泥化，围岩局部变形；2.因开挖期间重型车辆频繁行走，钢拱架的底部被水长期浸泡后软化已悬空，底部重直和横向支承力减少；3.正值雨季，繁频降雨，渗水量增加，在隧洞簿弱部位聚集、累积而形成较大偏压力，为达到新的平衡，必须应力重分布，以致造成隧洞大变形或坍塌。

四、隧洞塌方处理方案确定

发生塌方后，参建各方召开专题研讨会，分析塌方发生原因及其规模、规律，提出加固措施迅速处理，防止塌方范围的延伸和扩大。塌方段施工，应按照以下原则：先采取临时支护措施加固好端部未破坏的支护洞段，并研究塌方变形处理措施与永久支护、临时支护相结合的措施进行综合处理。因此，本段塌方初期考虑以下两种处理方案：

处理方案一：在对已变形洞段进行横向临时加固后，在保持稳定情况下，在既有两榀钢拱架之间用风镐沿洞周掏一槽至原设计开挖线位置，深度与宽度根据该处变形情况确定，再将弯制成形的钢支撑安装到槽内，打设锁脚锚杆锁定，开挖该段变形土体，再用乙炔、氧气割剧已变形的钢支撑，如下循环推进，约一个分块长度时即浇筑二次衬砌混凝土。

处理方案二：对已变形洞段采用灌浆固结法固结坍塌体进行处理。首先对变形段钢支撑设置横向、纵向临时加固支护措施后，采用风钻钻孔，安装钢花管进行固结灌浆，在固结灌浆3d达到一定强度后，即在变形段的右侧采用风镐凿除灌浆固结，用乙炔、氧气割断右侧已变形钢支撑，稍加校正后即在设计位置重新安装、焊接并加固，如下循环推进，约一个分块长度时即及时进行混凝土衬砌作业。

五、隧洞塌方处理方案确定

塌方处理，经验不少，但教训也不少。有的工程在处理塌方时不但未能及时处理好，反而使塌方规模更加扩大，造成人力物力浪费，延误工期。因此，处理塌方时，必须查明塌方原因、规模等制定施工方案，进行处理。

因本段隧洞大变形塌方段发生进行分析后，并现场观测左侧钢支撑均未有较大变形，拱顶下沉量因施工时考虑紧贴围岩面，因此自左侧至拱部中间偏右均能满足设计结构尺寸要求，可不予拆除。另外探测到右侧松散碴体较厚，且现场试探取下数块碴体即引起以上坍体滑动，因此未进行灌浆即开挖将引起上部碴体下落，导致塌方进一步扩大。

因此，最终采取对坍体进行固结灌浆处理的方法即第二种处理方案进行处理较为理想，它通过一定的灌浆压力将浆液压入碴体，起到阻水、充填裂隙形成网状浆脉、对松散碴体进行挤密压实以提高碴体强度等作用，以使右拱部及边墙固结,以致坍体本身具有一定的自稳性。

六、隧洞塌方处理方案

隧洞塌方处理方案按照以下原则处理：洞内加固处理→右侧变形段固结灌浆→开挖、循环掘进→二次衬砌。具体措施如下：

1.对变形段及未变形段钢支撑进行加固，防止进一步变形或扩大：

①对未变形段，采用工字钢于底部以上约1.0m处每隔一榀钢支撑进行对撑加固，与之焊接.

②对已发生较大变形钢支撑段，同样采用工字钢于底部以上约1.0m处每榀进行对撑加固、与之焊接.

③在拱顶以下轴线附近每榀处设一根重直支撑型钢、顶住拱顶所受的垂直荷载，锁定拱顶在处理过程不在发生下沉变形。型钢采用工字钢及底部焊接钢板作垫板底座并与之焊接。

④然后在右侧起弧处至左侧横撑连接部位处设置斜撑，限制右侧起弧部位发生变形，型钢尺寸依现场情况确定。

在上述步骤加固完成后变形段钢支撑横向、竖向均已限制其变形，为下一步处理创造了条件。

2.对隧洞右侧出现裂缝的初期支护进行处理，然后喷砼进行封闭，为灌浆作准备。

3.打灌浆孔，采用风钻钻孔，安装ф33.5的钢花管，长度L=3.0m，分别在右侧设置数排灌浆管，方向垂直钢支撑或稍往前方。

4.根据围岩特性和空腔体积，可选用纯水泥浆或水泥砂浆、化学灌浆等浆液材料进行固结灌浆，灌浆顺序自上游往下游、自下往上的灌浆，灌浆压力以不扰动喷砼面为宜。

5.在上述灌浆处理3d后，即可以进行开挖，采用风镐逐榀开挖、乙炔氧气割除右侧变形钢支撑，稍加校正，安装工字钢、焊接，挂网、喷砼等支护；逐榀往前推进，并根据洞室稳定情况约5～10m间距即浇筑二衬混凝土，直至处理完成。

6.隧洞变形较大区域可在每榀钢支撑底部设置横向水平对撑型钢，作为永久支护措施浇入垫层砼内。

本处变形段塌方处理仅耗用63.5t水泥灌浆，其余钢支撑可全部重复利用或回收，且开挖和初期支护工期两次总共不到10天时间即完成23m长的隧洞大变形处理，取得了良好的经济和进度效果。

七、结束语

本文从塌方发生的原因分析，选择、确定塌方处理方案，提出了符合现场实际情况的“灌浆固结法”加固坍碴体的处理方案，取得了良好效果，若遇到类似塌方变形段则本文介绍的方法是一种值得推荐应用的处理方法。

[1]关宝树•隧道工程施工要点集•北京•人民交通出版社，2003.