河源洞隧道洞口浅埋偏压段塌方综合处治及预防

2014-01-24黎建新

中国新技术新产品 2014年4期

关键词：塌方偏压拱顶

黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

河源洞隧道洞口浅埋偏压段塌方综合处治及预防

黎建新

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

本文以湖南省汝城（赣湘界）至郴州高速公路河源洞隧道为背景，分析了浅埋偏压段隧道坍塌的机理，提出了具有针对性的综合处治方案，且给出了施工浅埋偏压段隧道施工时的注意事项及预防坍塌的办法，为类似的隧道工程施工提供了参考。

隧道工程；浅埋偏压；塌方；综合处治；预防

湖南省汝城（赣湘界）至郴州高速公路第四合同段河源洞隧道，左洞起讫桩号ZK15+470～ZK16+305，长835米，右洞起讫桩号YK15+465～ZK16+313，长848米。本隧道为分离式小净距隧道。隧道右洞轴线与等高线交角约55°，洞口轴线与地形的关系属坡面斜交型，存在严重偏压；洞口段顶板为围岩硬塑亚粘土，稳定性差，为Ⅴ级围岩，右洞YK16+262—YK16+310洞口段位置，隧道埋深4.8-21.6m，受地表水影响很大。

1 塌方情况

2009年12 月23 日凌晨，掌子面YK16+262拱部发生坍塌。坍塌体从坑道开挖面拱部涌出，长度约12m，呈锥坡状，掌子面附近初期支护无明显变形，喷射混凝土肉眼可看出坍塌冲击力造成的裂纹，裂纹贯通整个支撑环，掌子面施工的超前注浆导管部分被折弯显露出来。掌子面附近的喷射混凝土有环向裂纹，坍塌掌子面相对应的山顶出现整体塌陷，塌孔呈椭圆形，最大直径8m，深度最大8.5m。

2 塌方综合处治方案

针对隧道拱顶下沉、塌方的情况，经过论证和分析，处治流程如下：山顶坍塌孔、裂缝防排水处理→隧道内塌方处理→拱顶地表注浆→仰拱地基处理→置换钢拱架→山顶坍塌孔回填封闭。

2.1 山顶坍塌孔、裂缝防排水处理

沿山顶地表裂缝长度延伸方向人工清除裂缝周围的植被和表皮松土，裂缝每侧清除2.5～3.0m范围，用C20喷射混凝土封闭，防止地表水渗入。距裂缝5m外挖一道30×30cm临时截水沟，沟内喷射混凝土，其上铺设防雨布，防雨布的边角均用喷射混凝土封闭。

山顶塌孔内（含侧壁）喷射10cm厚C20混凝土，并在周围挖好排水沟，水沟底铺设防雨布，塌孔上搭支架（图1）并覆盖防雨布（图2），防雨布边角延伸至水沟位置，以水泥砂浆将防雨布边角封闭。

2.2 隧道内塌方处理

2.2.1 掌子面、坍塌锥坡体用10cm厚C20喷射砼封闭，稳定坍塌土体。

2.2.2 塌方掌子面拱顶打入9m的Φ89钢管（t=4㎜），环向间距60cm。因塌方体松散，无需配备钻机，采用挖掘机斗齿顶进钢管。安装的钢管一端焊成圆锥形，便于入孔，管的另一端在专用的管床上加工好丝扣。为方便施工，采用3m、6m长管节分段顶进。同时利用洞身开挖台车作为人工操作平台，根据每根钢管的孔位，在台车上搭设脚手架作为顶进钢管时定位之用，为防止钢管末端被损坏，用30cm长的Φ108钢管一端焊接钢板封闭作为套管置于Φ89钢管末端。为增强钢管的刚度和强度，以20号水泥砂浆充填。采用液压注浆机将M20水泥砂浆注入钢管内，初压0.5mpa～1.0mpa，终压2mpa，持压15min后停止压注。若未达到压力要求，应调整砂浆稠度继续压注，确保钢管内砂浆饱满、密实。

2.2.3 在两根Φ89钢管之间打入长6m的Φ42钢管进行超前支护，并注浆。超前小导管安设采用挖掘机斗齿直接顶进，挖机斗齿顶进钢管时，为防止钢管尾端被挖掘机斗齿损坏，用30cm长的Φ50钢管一端焊接钢板封闭作为套管置于Φ42钢管尾部。钢管顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出，安装注浆机灌注浆液。

2.2.4 塌方掌子面附近的初期支护钢拱架用3.5m长的Φ42锁脚钢管加强固定，将钢拱架两侧拱腰位置的喷射混凝土凿开，露出工字钢面，拱架两侧焊接18工字钢临时竖向支撑（图3、图4），钢支撑基础采用45cm厚碎石，基础与竖向钢支撑间垫25a槽钢（图5），竖向钢支撑之间用Φ22钢筋连接，增加横向稳定型。

2.3 拱顶地表注浆

图1 塌孔上搭支架

图2 覆盖防雨布

图3 临时竖向钢支撑图

洞口拱顶地表进行注浆处理：注浆区域横向宽15m，纵向10m，拟定间距为1.5m×1.5m，梅花形布置，注浆采用长10m的Φ108热轧无缝钢管，壁厚6mm，管身四周带10mm的溢浆孔，溢浆孔间距40cm，孔口2m范围不开花孔。注浆液采用水泥净浆，注浆材料选择普通水泥，水泥选用32.5R的普通硅酸盐水泥。水泥浆水灰比为1：1，注浆时，配合比的选择原则：吸浆量大，失浆严重，注浆压力不上升的情况下采用双浆液，其余采用单浆液，注浆初始压力一般较小，甚至为零，终压可控制在1.0Mpa。考虑到裂缝部位孔隙较大，可能遇到吃浆量很大，注浆压力跟不上去的情况，对此以控制注浆量为主，一般达到1.0Mpa注浆压力后，稳定2-3 min即可停止注浆。注浆工艺流程见图6。

2.4 仰拱地基处理

河源洞隧道洞口段仰拱地基承载力不足，是导致隧道拱顶发生沉降，侵入二衬的因素之一。为此对洞口段仰拱地基进行钢管注浆处理（图10）：注浆区域横向宽12.54m，纵向10m，注浆管间距1.0m×1.0m，梅花形布置，注浆采用Φ42钢管，管身前端切削成尖锥状，钢管总长3.0m，前端2.0m范围布置梅花形泄浆孔，泄浆孔孔径8mm，孔间距30cm。采用手持风钻钻孔，并将φ42钢管打入孔内，如地层松软也可用铁锤或手持风钻将钢管直接打入，如出现堵孔，用φ20mm钢管制作吹风管，将吹风管缓缓插入孔中，用高压风吹孔，成孔后将钢管插入，并用胶泥将管口密封。

对于打入的钢管应先冲洗管内积物，然后注浆。注浆水灰比选用1:1、1:0.8、1:0.6三个等级。浆液由稀到浓逐渐变换，注浆完成后立即堵塞钢管孔口，防止浆液外流。若地下水丰富，可采用水泥—水玻璃双液注浆

2.5 初期支护换拱处理

施作仰拱后，拆除相应拱、墙位置初期支护，凿除侵入土石方，开挖时预留20cm作为预留变形量，再重新施工初期支护。在河源洞隧道右洞出口换拱过程中，严格进行地表、拱顶下沉、水平净空收敛三项量测。测点布置见图7。

2.5.1 布点观测

施工前，在洞内该段初期支护钢架上布置监控量测点，拱顶下沉观测点及净空收敛观测点按每2米一个断面进行布设，以观测围岩及初期支护结构的变化；洞顶原地表，每5米一个断面布设地表下沉观测点，以观测地表沉降。周边收敛、拱顶下沉及地表下沉各项目测点尽量集中断面布设，以便量测成果分析。

地表下沉观测点，以隧道中线为中心，间隔4米布共设5个测点，从隧道换拱施工开始进行地表沉降观测，观测频率为每天一次。

拱顶下沉观测点，在隧道需换拱的初期支护上每三米设置一个点，换拱施工完的初期支护上每两米设置一个点，并且在换拱施工完6小时内用水准仪进行第一次观测，观测频率为每天两次，直至二衬完成后为止。

净空收敛观测点，在拱顶下沉观测点同一断面设置，仪器采用高精度收敛仪，观测频率同拱顶下沉观测。

2.5.2 测量数据分析

通过对量测结果整理与分析，及时安排置换钢拱架的时间，是控制隧道下沉，保证隧道施工安全与净空的重要一环。根据监控量测单位提供离塌方最近测点YK16+250的数据，经过整理分析，该桩号测点的洞内收敛、拱顶沉降、地表下沉数据与时间的曲线关系图见图8、图9、图10。

图4竖向钢支撑顶部与拱架焊接

图5 竖向钢支撑底部垫25槽钢

图6

图7 测点布置图

从上述洞内收敛、拱顶沉降、地表下沉数据与时间的曲线关系图可以看出，变形曲线在2009年12月23日至2010年1月2日这段时间收敛和沉降由大逐渐变小，速率变化均匀，截止2010年1月3日，变形曲线明显趋于平缓，表明围岩向稳定方向发展，则说明隧道变形基本处于稳定状态，换拱架的工作可以开始。

2.5.3 置换钢拱架

置换钢拱架之前，首先应将隧道仰拱施作完，并对初期支护钢拱架施做临时支撑，即利用换拱台车每间隔一榀对初期支护钢架连接处采用20工字钢架设临时竖撑、横撑，横竖撑间采用Φ22钢筋连接，以免在换拱过程中相临拱架受力过大而失稳。

图8

图9

图10

置换顺序：利用换拱台车从大里程逐环进行，对每环的拱架置换应遵循先墙后拱的原则，且每次只能开挖一榀；侵入二衬的土方主要以人工利用风镐开挖为主，严禁采用爆破作业，尽量减少对围岩的扰动，开挖预留量20cm。

开挖前要将制作好的Ⅰ20钢架及钢筋网运至现场，喷浆机等设备调试好，开挖拆除原初期支护钢架完成后立即对岩面进行初喷，架设新钢架，安装Φ42注浆锁脚导管，将注浆锁脚导管和钢架焊接固定，并铺钢筋网片，完成后立即进行C20喷砼作业，待喷砼强度达到设计强度后方可进行下一循环开挖。对已换拱段，及时分段施工二次衬砌。

2.5.4 换拱安全控制措施

现场施工时间专职安全人员在场监视围岩变化，用哨声通知作业人员撤离，在换拱台架的前后各堆放沙堆，在极度危险的情况下，人员可以跳到沙堆上迅速撤离。

施工期间，现场施工负责人会同技术人员对各部支护进行定期检查。当发现量测数据有突变或异变时，立即通知现场负责人，采取应急措施或通知施工人员撤离危险地段。

对换拱段的地表水系进行疏通，保证地表没有积水，在降雨的过程中雨水可以尽快的排走，如地表出现裂缝，对地表的裂缝灌注水泥浆封闭，防止有水从裂缝渗入，对地表裂缝每天进行观察，一发现有新的情况，立即采取措施，根据裂缝的大小，现场施工的情况，监控量测资料综合进行分析，在分析的结果出来后决定是否施工还是采取措施加固。