某高速公路隧道塌方处治工程实例分析

2017-04-24李起龙

福建交通科技 2017年2期

关键词：塌方段落间距

■李起龙

（龙岩永杭高速公路有限责任公司，龙岩 364000）

某高速公路隧道塌方处治工程实例分析

■李起龙

（龙岩永杭高速公路有限责任公司，龙岩 364000）

本文介绍了某高速公路隧道塌方处治过程，从现场揭露的地质情况结合超前地质预报分析了塌方的产生原因，从而提出处理加固掘进方案，并通过监控量测数据对处治和后期掘进效果进行了分析，证明处治及后期掘进方案合理，效果较好，确保了隧道施工安全。

隧道塌方处治超前地质预报

1 工程概况

某高速公路为分离式二车道双洞隧道，隧道结构按新奥法原理进行施工，采用复合式衬砌，以锚杆、湿喷混凝土（钢筋挂网）、钢拱架为初期支护，大管棚、超前注浆小导管、超前锚杆等为辅助施工措施，充分发挥围岩自承能力。高速公路隧道出口右洞YK2+172～YK2+247段原设计为V级围岩，支护参数为Z5型支护，其中Ⅴ级围岩复合式衬砌参数如下表1。

表1 Ⅴ级围岩复合式衬砌参数表

2 隧道塌方总体情况

某高速公路隧道出口右洞YK2+172～YK2+247段原设计为V级围岩，支护参数为Z5型支护。2015年1月3日开挖至YK2+196里程桩号时，于当日凌晨5：20发生局部塌方，塌方沿开挖方向纵深约11m，塌腔高度约6.5m左右，塌方桩号为YK2+185～YK2+196，据掌子面观察，塌方从左侧拱腰至右侧拱脚大面积坍塌，左侧壁相对稳定，拱顶偏左有明显滑层，塌方体极其松散。对山体表面进行观察和量测没有发现变形及坍塌。本次隧道塌方段实测埋深123m。塌方段示意图见图1。

图1 隧道塌方段示意图

3 隧道塌方成因分析

YK2+188～YK2+196段设计为F2超前支护、Z5复合型支护，现场按留核心土三台阶法施工，钢支撑每循环进尺一榀，对设计环状超前小导管每50cm/根改按30cm/根进行了加密布设，由于淤泥夹层比例较大，小导管注浆形成预期固结效果较差。

塌方左侧地质为强风化块状石英云母片岩、变粒岩，拱腰至右侧拱脚围岩为砂土状-碎块状强风化变粒岩为主，含大量黄褐色淤泥夹层，呈松散状；围岩层理、节理裂隙发育，岩体极破碎，整体性差，岩体呈松散结构，岩块潮湿，处于吸水饱和状态，大部分手捏可碎，少量轻击易碎，易坍塌。从现场塌方体来看，破碎岩中含大量黄褐色淤泥夹层与大块孤石，碎块状围岩与大块岩石无有效粘结力，围岩无自稳能力，不能形成相对稳定的受力层，岩性较V级围岩为差。设计图纸中的F1-1A构造破碎带成65°夹角穿过此段，据YK2+205处钻孔CS4揭示，破碎带呈褐黄色，岩心极破碎，部分矿物受构造带影响蚀变成土状，强度低，互击易碎，部分手可折断，现场地质状况与设计钻孔揭示的构造破碎带基本相符，现场左右洞揭露的构造带走向与该段路线走向基本一致（东南—西北），倾角约65°（左洞约110°），本次塌方主要为遇不利地质构造带原因造成。

4 处治方案

（1）塌方段落桩号为YK2+185～YK2+196，扩大塌方影响区临时加固范围，对YK2+220-196段每榀钢支撑用1根工25b型钢作为临时竖撑，并加强纵横向竖撑之间的连结，保证临时竖撑的整体受力，临时竖撑应做好基础和原钢支撑的连接（周边焊接焊缝厚度不小于8mm）。同时，对YK2+196～YK2+220范围的初期支护补打环向径向小导管进行注浆补强（导管长为6m，间距为100× 100cm，注浆压力为0.7～1.5MPa，浆液为水灰比0.5∶1.0），以确保塌方处理人员的施工安全。

（2）在洞内对塌方段落进行回填夯实至洞顶，并在塌方回填体表面喷一层20cm厚的C25早强混凝土将塌方体封闭，在塌方体上设置平孔排水，然后在塌方体表面打入Φ50mm小导管，梅花形布设，间距为120x120cm，导管长为6m，注浆液为0.5∶1.0（水灰比）的水泥浆以固结塌方体（对塌方体开挖时，每一循环的塌方体开挖均应进行小导管注浆处理，每一循环小导管注浆搭接长度应大2m，作为止浆墙用），以保证洞内塌方体的稳定。

（3）在塌方区进行探孔，探明塌方体上方空腔大小及位置走向，并针对性的打入三根Φ108mm钢管，管口伸至塌腔顶，方便后期泵送砼回填。采用C20泵送砼对空腔内部进行回填，塌腔回填厚度大于洞身开挖线以外6m。

（4）超前支护：从塌腔边缘后退4m，以环向间距为40cm、外插角≤10°、长度为20m的Φ89mm中管棚（中管棚应伸入正常围岩段落至少5m），并在每两根中管棚中间打入外插角为45°、长为6m的Φ50mm的小导管，小导管纵向间距为1m，并压浆固结塌方体和周边围岩，注浆压力为0.7～1.5MPa，浆液为0.5∶1.0（水灰比）的水泥浆（见图2）。

（5）洞身开挖：严格采用CD法开挖，初期支护随挖随支护到设计要求，严格控制超前小导管施工质量，在一侧导坑先开挖到超过塌方段落，并经监控两侧结果确定中侧壁稳定后，再开挖另一侧，塌方段落开挖应在塌方区初支背后空腔回填砼完成并达到设计强度后方可进行。

（6）强化塌方段落的支护结构：塌方段落支护采用ZDK-2型复合支护,ZDK-2型支护应伸入正常围岩段5m（ZDK-2型支护参数：初支厚度为30cm、采用工22b钢支撑、纵向间距为50cm；二衬厚度为55cm、C30模筑防水砼、Φ25mm钢筋、钢筋间距20cm）。

图2 超前支护示意图

5 处治过程注意事项

（1）在对于塌方段落的开挖掘进时，采取短进尺、强支护、早成环进行（每挖一榀钢支撑间距立即设置一榀钢支撑并喷射砼至设计厚度使之形成强度），并加强对初期支护监控量测。

（2）施工现场加强了洞内塌方影响区的监控量测和超前地质预报，量测断面每3m设置一个，共设置了11个监测断面，用以指导施工。

（3）上述塌方段落加固处理均在塌方区后方初期支护加固处理完毕后才进行，确保作业安全。

（4）塌方段开挖初支完成后，组织监测单位对塌方体围岩加固的情况进行地质雷达扫描检查，确认洞周6m范围内没有存在空洞和松散体后，方才进行下一工序的施工。

（5）二衬前对初支段落进行了横断面测量，对于二衬厚度不能满足设计要求的，待前后段二衬施工后，再进行换拱，换拱采取先安装新拱架后，再拆除原有拱架，确保了换拱施工安全。

6 塌方处治效果分析

根据塌方情况，专业监控量测单位队 YK2+240～YK2+185每天进行监测，主要内容有：地质与支护状态观察、周边收敛监测、拱顶下沉监测，地表沉降监测等。现场前后共布设11个监测点，用以指导塌方处治施工，同时监测处治效果，选取其中一个最不利断面的拱顶下沉及周边收敛见图3～图6。

累计下沉及周边收敛第45d后，拱顶下沉达-25mm，收敛率达97.90%≥80%，下沉速率为0.03mm/d≤0.2mm/ d。两者日位移值、速率呈稳定的减小，曲线开始具有趋于平缓的趋势。综合上述分析表明围岩达到基本稳定状态，达到了安全处治的效果，后续施工也安全完成，实现了隧道的贯通，并顺利通车运营。