黄土隧道塌方处理及原因浅析

2013-04-17赵寿基

交通科技 2013年4期

赵寿基

（山西省朔州高速公路有限责任公司大同 037034）

1 工程概况

鸳鸯会隧道位于山西省朔州市山阴县下喇叭乡鸳鸯会村与冻牛坡村之间，为分离式隧道，右线进口里程为K178＋044，出口里程为K182＋831，全长4 787m；左线进口里程为LK178＋102，出口里程为LK182＋830，全长4 728m。左右2线共设斜井一处，属于特长隧道。平鲁端起讫桩号左线LK180＋200～LK182＋830长2 630m，右线K180＋200～K182＋831长2 631m。

隧道穿越构造剥蚀中山区，海拔高度1 400～2 000m，坡角较大，山峰陡立，最大埋深左线316 m，右线317m。隧道所处区域属北温带干旱大陆性季风气候，主要的气候特征是冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春秋短暂，冬春风沙，昼夜温差大。

隧道穿越的地层主要为灰岩、白云岩，洞口段分布风积黄土、粉质粘土层。白云岩，晶粒结构，块状构造，节理裂隙发育，岩体较完整。灰岩，竹叶状结构，层块状构造，节理裂隙较发育，岩体较完整。风积黄土，岩体抗剪强度低，无自稳能力。粉质粘土，深红色，硬塑，粘性较大，具弱膨胀性。隧道地层主要为灰岩，大气降水以垂直渗入为主，径流带尚未形成，地层富水性差，地下水埋藏深度较大，对工程影响较小。

平鲁端左线各级围岩长度分别为：V级705 m，IV级585m，III级1 340m。平鲁端右线各级围岩长度分别为：V级721m，IV级570m，III级1 340m。左、右线洞口段都有700余m长的黄土围岩段。

2 塌方情况

隧道V级黄土围岩段施工采用预留核心土法的环形开挖法，施工中严格按照设计要求和施工规范进行操作，遵照短开挖、强支护、早衬砌的原则进行。左线施工到2011年6月27日坍方前，上半断面开挖至LK182＋596，下断面开挖至LK182＋610，全断面衬砌至LK182＋647。

6月27日晚17：40时，隧道上导坑掌子面正进行开挖施工，突然值班人员注意到开挖面处已完成的初期支护喷射混凝土有开裂、掉块现象，开挖面土块掉落，并有“喀嚓”的响声，就立即通知所有施工作业人员撤离，17：56上台阶长度15m的初期支护全部发生坍塌，将上台阶断面完全掩埋，洞内形成锥形坍体土方，坡脚延伸至LK182＋624处，坍体表面压跨的直径42mm小导管清晰可见，LK182＋612～LK182＋628段局部有初期支护变形、开裂现象，造成部分初期支护侵限，地表形成漏斗坍穴，长23m，宽30m。

3 塌方原因

经分析认为：塌方段围岩为黄土，粉土状、含水量较大，山顶为冲沟陷穴，较为发育，加之近期连续下雨，山体渗水较发育，隧道埋深又不大，仅埋深33.3m，雨水下渗，恶化了围岩工程性质，使围岩变形加大，自稳能力差，因此造成隧道坍方。

4 塌方处理

4.1 地表处理

将地表坍穴用二八灰土分层回填夯实；将地表冲沟清理平顺，沟底回填厚1m厚的二八灰土；对坍方引起的地表裂缝用二八灰土回填密实并刷成斜坡，以保证排水通畅。

4.2 初期支护加固处理

LK182＋612～LK182＋628段因坍方影响初期支护变形较大，已侵入限界，并形成多条环向裂缝，进行临时支撑及压浆加固处理。在既有支护钢拱架内侧另行加设I20a工字钢环向支撑，钢支撑纵向间距60cm，各连接板处设4根直径22 mm锁脚锚杆将内外钢拱架焊接牢固；在该段初期支护内增加直径42mm径向小导管，长度400 cm，环向间距100cm，纵向间距60cm，注浆加固围岩土体。

4.3 塌体封闭注浆

LK182＋612～K182＋620段回填土体进行反压，下端用编织袋装土码砌工作平台，形成台阶状，并设I20工字钢临时仰拱进行支撑；坍体坡面喷射厚20cm混凝土进行封闭，并往坍体坡面打入2环直径42mm注浆小导管，长度600cm，内外环向间距为100cm，外环21根，内环19根，注浆；小导管均焊接注浆管，各管均设置止浆阀门。注浆水灰比控制在0.6～0.7，注浆前做凝固试验，凝固时间控制在0.5～1.0h，注浆压力为0.5～1.0MPa。

4.4 坍方段施工

LK182＋612～LK182＋596.8坍方段开挖采用双层注浆小导管方法通过，小导管长300 cm，每掘进100cm（立2榀钢拱架）施作一环超前小导管，注浆。该段支护参数参照SJ复合衬砌形式，并将工字钢拱架由I20a调整为I20b，将锁脚锚杆由直径22mm砂浆锚杆调整为直径42mm注浆小导管。该段采用台阶法加临时仰拱施工，每循环开挖进尺为50cm（立1榀钢拱架），每次开挖后立即用厚10cm喷射混凝土封闭掌子面，并打入间距1.2m×1.2m的小导管注浆加固掌子面土体，各级台阶面上采用I20b工字钢临时仰拱作横向支撑，钢拱架拱脚喷射混凝土加大尺寸（高度100cm、宽度50cm）。该段初期支护预留沉降量为35cm，施工中根据监控量测数据予以调整。

4.5 换拱处理

坍方段处理完成后，再对LK182＋612～LK182＋628侵限初期支护进行换拱处理。换拱从小里程往大里程方向进行，先施作超前双层小导管，长度300cm，每掘进120cm（立2榀钢拱架）施作一环超前小导管，注双液浆；换拱采取人工风镐施工，每次施作1榀，工字钢纵向连接钢筋间距调整为50cm，并设双层直径8mm钢筋网片，间距20cm×20cm，该段二次衬砌厚度及配筋参照SJ衬砌类型进行。

4.6 下台阶及仰拱施工

上台阶施工3～5m，做好临时仰拱后开挖下台阶，下台阶循环进尺1.5m／次，左右错开3m仰拱循环进尺2m／次。

4.7 二衬施工

待仰拱施工完毕并满足一模台车施工后，立即全断面模筑钢筋混凝土二次衬砌通过塌方段。

5 施工注意事项

（1）做好洞口、洞门及洞顶的排水系统，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。

（2）施工时要特别注意拱脚下墙脚处断面，如超挖过大，可用墙体同标号混凝土回填。如发现该处土体承载力不够，应立即加设锚杆或采取其他措施进行加固。钻锚杆孔时宜采用干钻。

（3）施工前必须先做仰拱，如果不能先作仰拱时，为防止边墙向内位移，应在开挖与灌注仰拱之前，加设横撑梁顶紧，以防墙体变形［1］。

（4）管棚与支护施工时应严格按照黄土隧道的施工方法组织施工，在进洞之前先做好洞顶排水天沟等排水系统。

（5）进洞时洞门必须先作超前支护，大管棚预注浆。大管棚采用直径89mm×壁厚4mm，自拱顶向两边按间距40cm环形布设，倾角α＝2°～5°，每环36根，每根长30m。

（6）初期支护必须紧跟掌子面施做，断面成型后立即喷射不小于5cm厚的混凝土，封闭掌子面，安装钢拱架及锚杆后，再次喷射混凝土。黄土围岩钻孔易夹钻，如等锚杆安装好后再进行下道工序施工则施工进度将受影响，也不利于施工安全。如采取锚杆后行，且距离控制在2～3个循环之内，在喷射混凝土时先喷一半，锚杆检查符合设计及规范要求后，再将剩余混凝土部分喷平的方法，既安全又解决了施工进度问题［2］。

（7）施工中必须严格按照有关图纸和规范执行，只有通过对围岩进行监控量测，才能正确地掌握围岩与支护之间的收敛动态，掌握围岩与支护的动态规律，并结合地质超前预报，客观评价围岩稳定性，进一步了解围岩的弹塑性区域、裂隙发育程度等，从而合理调整初期支护参数及调整预设计。

6 排水施工控制

黄土隧道最怕水，因此，黄土隧道必须做好防、排水工作，使建成的隧道不渗、不漏，也是隧道施工成败的关键。在黄土隧道的施工中，要严格按照设计施工，因地制宜地采取“以排为主、防、排、堵、截相结合”的综合治理原则，达到排水畅通，防水可靠，不留隐患的目的。具体方法如下：

（1）初期支护期间，表面无水区的5m内、渗漏水区3m内，从拱腰至墙脚，每侧打不少于3个引水孔，孔深50cm，然后环形设排水半管，外用1cm厚砂浆封闭半管表面。如遇局部有渗水、涌水，应调整半管安放位置，或视情况增加半管使用数量。排水半管布设好后，应仔细检查初期支护表面有无渗、漏水现象，检查合格后再进行下道工序施工。

（2）在铺设土工布（400g／m2）前，应检查初期支护表面是否平整，如有钢筋或锚杆头外露，应割除并用砂浆抹平，使喷混凝土表面凹凸高差不超过±5cm；喷混凝土表面符合要求后再铺设土工布，既能保护防水板免遭破坏，又能起到渗水作用。土工布用衬垫贴上，再用射钉枪钉上水泥钉锚固，水泥钉长不得小于50mm，拱顶平均3～4点／m2，边墙2～3点／m2，土工布铺设20m后，再铺设防水板，铺设的防水板必须符合国标各项指标的要求，为减少接缝，采用幅宽4m的防水板。采用专用熔接器热熔粘接防水板接缝，搭接部分不得小于100mm，粘接剥离强度不得小于母体拉伸强度的80%，采用真空加压法检测防水板接缝粘接强度。在0.2MPa压力作用下持续5 min，粘接强度不得小于0.16MPa［3］。

（3）隧道纵向排水采用中心排水管沟和行车道边缘两侧设纵向排水沟的方法，将衬砌外围的水排出洞外。纵向排水管沟在隧道设计中是常见的主要方法，但要注意施工中杂物、地下水夹带的矿物质、泥砂在排水管沟内积蓄堵塞排水系统，使排水系统失去作用，影响建成的隧道正常运营。为防止排水管沟堵塞，在初期支护与二次衬砌之间沿隧道纵向全长与隧道同坡设置直径100 mmPVC花管，在1／2断面内梅花状每隔5cm钻一个直径6mm的圆孔，再在半圆管上部用1～2 cm碎石充填。为了便于对纵向排水管沟的定期疏通，施工中经常采用管道疏通机进行疏通。为使积水及时排出洞外，在两侧墙脚每隔50m对称布设检查维修孔。管沟内积蓄的水经检查孔由横向排水管沟（PVCФ160×5mm）通过行车道边缘排水沟或中心排水管沟排出洞外。为便于维修，在边缘排水管沟或中心排水管沟每隔50m设一处沉淀检查井，形成既便于维修检查，又能“畅通无阻排水”的网络体系，通过动态排水，实现隧道不渗水、不漏水，确保正常运营。