八外洋2号隧道掌子面拱顶塌方处治实践

(南平京台高速公路有限责任公司，南平 353000)

八外洋2号隧道掌子面拱顶塌方处治实践

■陶建彬

(南平京台高速公路有限责任公司，南平 353000)

针对京台高速公路南平段八外洋2号隧道掌子面拱顶塌方，在分析原因的基础上，提出了相应处治措施，并取得良好的效果。

隧道 拱顶塌方 处治

高速公路工期大多偏紧张，隧道施工往往又是其关键性控制工程，一旦发生塌方，势必延误宝贵的工期，增加工程费用，甚至造成人身的伤害。

1 工程概况

八外洋2号隧道位于福建省建瓯市南雅镇杉溪村南侧约3km的山岭部位，为低山丘陵区；起于建瓯市南雅镇杉溪村林厂下小村南东侧半山坡，止于迪口镇郑源村西侧约1.3km的半山坡部位，为分离式中长隧道。

(1)设计概况

八外洋2号隧道左洞长702m，右洞长700m。其中V级围岩占整个隧道长度的70.2%，Ⅳ级围岩占29.8%。

(2)地形地貌

八外洋2号隧道隧址区属剥蚀低山丘陵地貌，微地貌形态为近东西向带状陡峻山岭与山间沟谷相间，支沟发育，多呈“V”字形。山峦起伏，地势较陡，山坡坡度为20～50°，植被较茂盛，高程340.00～442.42m。

(3)工程水文、地质情况

八外洋2号隧道隧址区地下水分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水二种类型。县域属弱透水地层，隧道最大涌水量为502m3/d。根据设计资料，隧道进口段地质情况主要为全风化云母石英片岩、碎石和残坡积粉质粘土，呈散体状结构，地下水较贫乏。

2 塌方情况

某日，YK29+833掌子面在出渣过程中，掌子面拱顶出现小掉块，围岩非常破碎(掌子面起拱线以下两侧为强风化云母石英片岩，拱顶主要为土夹石结构)，拱部左侧有滴水现象。小掉块呈间断性的掉落，不久开始出现大量掉块，现场出渣人员及机械设备及时撤离，并立即封闭现场，停止施工。待塌方体上部破碎体基本稳定后，技术人员立即展开洞内、洞外地表调查：洞内塌口下口尺寸为8m×4m，塌口高度为6m，总塌落体约200m3，已施工的超前小导管全部被压出，支护好的钢拱架未变形；洞外地表出现长6m×4m、深1.8m塌陷坑槽。详见图1～2。

图1 YK29+833掌子面拱顶塌方现场照片

图2 掌子面K29+833塌方示意图

3 塌方原因分析

通过现场查看和分析后，一致认为造成本次塌方的原因有以下几点：

(1)坍塌体岩层以土夹石和全风化云母石英片岩为主，围岩级别为V级，呈散体状结构，整体稳定性极差，地质因素是本次坍塌的主要原因。

(2)紧邻塌方体已施工段落的岩层以较均质的全风化云母石英为主，YK29+833处遇地质突变，造成设计的超前小导管强度偏弱，加上开挖施工的长度可能未严格遵守设计及规范，也是造成坍塌的原因之一。

(3)坍方现场拱部左侧出现的滴水现象，其涌水量较小，与设计的水文、地质情况基本相符，不足以构成坍塌的主要因素。

4 塌方处治措施

从现场塌方范围及影响看，塌方体主要为土夹石结构，极为松散，无自稳能力，为防止引起拱部的进一步垮塌，确保施工安全，作如下应急抢救措施：洞内立即暂停掌子面开挖，同时施作回填土对塌方体进行反压回填，反压时预留二级作业平台，使掌子面形成预留核心土；在洞外地表塌陷部位周边开挖截水沟，采用彩条布覆盖截水沟沟底及塌陷区域，防止雨水渗入，以稳定塌体的自承能力，防止塌方继续扩大。

(1)塌方处加固处理

①首先对坍塌空腔暴露岩面进行喷射混凝土进行封闭，喷砼厚度为10cm。

②利用回填二级操作平台，对塌腔部位进行拱架、锚杆、钢筋网片等初期支护，环向架立I20b型钢，间距为30cm，按V级深埋尺寸制作，预留变形量为15cm，纵向采用I16工字钢纵向连接，间距1m，并焊接牢固，使型钢钢架连接处牢固，上齐连接螺栓。

③在拱架背部挂设双层钢筋网片，网片采用Φ8圆条制作，网格间距为15cm×15cm，网片与拱架焊接形成整体，喷射C25砼30cm使拱部平顺。

④在拱架预留孔拱顶位置采用超前注浆固结的方式进行加固处理。施工参数为：径向Φ42超前小导管L= 6m，环向间距30cm，拱部120°范围施作，注浆压力控制在2MPa以上，以起到加强、加固松散体及支撑的刚度，提高塌方体自稳和支撑能力，确保顺利通过塌方段。

⑤拱顶处喷砼封闭时预埋一根长3mΦ2000套管，浇筑混凝土时能将输送泵管送进洞穴，预留一根Φ108的钢管作为吹沙管，管长4m，同时在拱部布设3根5m长Φ42透气孔。

⑥通过预埋管泵送拱顶厚度为2m的C25混凝土，分两次浇筑，钢拱架和混凝土形成1.5m厚护拱，浇筑混凝土时钢拱架下加工字钢支撑。混凝土达到设计强度后向坍塌空腔吹砂，形成至少2m厚的砂层。

⑦塌腔处理范围为塌方处及前、后里程5m范围内。

(2)对塌方后方5m范围内已施作的初期支护进行加固

①对掌子面、塌体及作业平台喷射C25混凝土(厚度10cm)进行封闭，并对YK29+833向洞口已支护段5～10m范围两侧起拱线部位采用I22工字钢(间距1m)进行临时支撑，防止已支护段出现拱架变形或失稳。

②在塌方处向洞口方向5～10m拱顶位置采用径向注浆固结的方式进行加固处理。施工参数为：径向Φ42超前小导管L=4.5m，环向间距30cm，纵向间距1m，拱部120°范围施作。

(3)地表塌体加固

采用钻孔埋设钢花管并注浆的措施加固地表塌体。

①开孔直径为Φ127，成孔直径为Φ110，孔口段以Φ127套管护孔。钢花管内径为Φ89(壁厚6mm)热轧无缝钢管。钢花管平面布置原则：钻孔孔位按间距2m梅花形沿隧道中线的法线方向布置，范围为塌陷边线向外5m范围内。钢花管竖向布设原则：下部钢花管头距离开挖外轮廓线拱顶1.5m，上部钢花管头露出地表50cm，长度由地面和隧道拱顶间距离确定。

②钢花管细部参数：沿钢管管壁每间隔30cm交错布置4排Φ16的注浆孔，钢管每节长2～3m，孔口无孔段长度为50cm。钢花管跟进过程中分节丝扣接长，每边长度不短于15cm，两节相接处沿圆周每隔20mm进行焊接。

③采用水泥单液浆进行注浆，注浆设计压力按1MPa控制。浆液水灰比为1:1，其稠度应适中，利用泵压可压入较小的空隙，也能形成足够的结石体强度。

④待洞内、外处理均稳定后，洞顶地表塌陷坑槽采用不透水粘土分层回填，在回填土上铺一层30cm厚耕植土并植草。

5 处治效果

经过精心的处治，在较短的时间内顺利通过了塌方段。监测数据显示，塌方处理段落的拱顶沉降量与沉降速率及围岩收敛相关参数均符合规范要求，完工后期也未出现二衬空鼓、开裂、渗水等现象，说明处治措施是可行的，基本达到了“安全、快速、节约”的目的。

6 体会

(1)由于该隧道施工仍处在软弱围岩区域，而且还较长，技术人员仍应牢固坚守“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测，快封闭、快衬砌”原则，将其贯彻到现场施工中。 (2)技术人员应准确领会设计意图，隧道开挖后应合理安排，尽可能缩短围岩的暴露时间，尽早地进行初期支护。超前小导管支护与锚喷支护必须做到紧密结合，将超前小导管与型钢钢架连接成整体，真正起到共同支护的作用。

(3)造成隧道塌方的因素很多，但地质因素是造成隧道塌方的决定性的因素，因此技术人员应高度重视施工地质工作。塌方是可预测、可控制的，技术人员应加强现场监控量测工作，及时、准确反馈现场量测数据，基于数据精准调整施工方法及支护参数，施工安全才有保障。

(4)技术人员应站在高速公路全寿命周期这一高度上开展施工，施工期的马虎，将给高速公路运营期间养护工作带去极大困难。运营期间出现隧道二衬不均匀沉降、开裂、渗水及隧道路面出现渗水都是隧道施工质量不过关引起的，运营期间进行处治将十分困难，同时影响高速公路过往车辆的正常通行。

[1]福建省高速公路隧道施工标准化指南.

[2]JTJ042-2009,公路隧道施工技术规范[S].

[3]JTG D70-2004,公路隧道设计规范[S].

[4]关宝树.隧道工程施工要点集(第二版).北京：人民交通出版社，2011.