隧道破碎带塌方治理技术与效果分析

吕建伟，郭 霄，陆维特

(1. 杭州市公路管理局，杭州 310030；2. 浙江省交通规划设计研究院，杭州 310006；

隧道破碎带塌方治理技术与效果分析

吕建伟1，郭 霄2，陆维特3

(1. 杭州市公路管理局，杭州 310030；2. 浙江省交通规划设计研究院，杭州 310006；

3. 浙江理工大学，杭州 310018)

峰坳隧道为58省道泰顺段的关键性工程，在施工过程中，开挖至K16+240时发生了塌方。塌方段围岩的岩石结构为碎石状镶嵌结构，内部充填泥质夹层，是较为典型的断层破碎带塌方。首先分析了峰坳隧道塌方的具体原因，提出了塌方的处理方法、施工要求，并且根据实际处理效果，对处理方法动态调整；其次基于量测资料，对塌方处理效果进行了评价；最后总结了破碎带塌方处理的结论和建议。

隧道；塌方；破碎带

1 工程概况

58省道泰顺段位于浙江省浙南山区，工程所在区域地势由西向东南倾斜，西北部是洞宫山脉的延伸，东南部属雁荡山脉。山峰连绵不断，最高海拔1320m。河谷切割较深，地势陡峻。在岩性和构造等影响下，常形成山间小盆地。路线区为山岭重丘地貌类型，区内岩体风化强烈，植被发育，河谷及坡麓地带发育第四系堆积地貌。路线穿山跨沟，地貌类型变化及地形起伏较大，基岩裂隙发育、岩石风化强烈，风化面较陡易造成滑坡、崩塌等灾害。

该省道为双向两车道的二级公路，设计时速为40km/h。由于路线穿山跨沟，桥梁、隧道等结构物众多。隧道内行车宽度7.0m，两侧各设0.75m的人行道，隧道总基本宽度9.0m，净高5.0m。隧道采用三心圆曲墙衬砌。本文介绍的塌方隧道为峰坳隧道，全长1114m，最大纵坡2.4%，是58省道泰顺段的控制性工程。

2 工程地质

隧道区内岩体风化强烈，山脊浑圆状为主，植被发育，河谷及坡麓地带发育第四系堆积地貌。山体较矮，山坡较缓，相对高差较小。工程区内主要为上侏罗统C段酸性火山碎屑岩，九里坪组的流纹岩和下白垩统沉积岩。区内主要发育NE向断裂，倾向NW。区域性大断裂派生的次级构造普遍发育，主要表现为小断裂和节理带，影响隧道局部稳定性。

峰坳隧道最大埋深约100m，洞身主要穿越玻屑凝灰岩和微风化流纹岩，较坚硬，裂隙发育。隧道中部穿越NW向硅化碎裂带，产状40°∠46°-80°，带中岩石为碎裂岩，坚硬，不规则裂隙发育。两侧洞口处于斜坡地貌，坡度40°～45°，表部分布第四系残坡积含粘性土碎石，厚2～4m，下伏强风化玻屑凝灰岩，裂隙发育，围岩稳定性差。隧道区地下水主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，水量贫乏。

3 塌方情况

隧道掘进至K16+235附近时，隧道地质逐渐变差，岩石结构为碎石状镶嵌结构，内部充填泥质夹层，围岩稳定性差。当开挖至K16+240时，隧道拱顶左侧部位发生坍塌，塌方在拱顶左侧形成一个上口窄下口宽的倒漏斗形塌穴，塌穴区域为K16+235～ K16+245，纵向长度约10m，深度约7m，楔形宽度3～5m，两端纵向有多处裂缝，大小石头呈锥形散开，纵向长度约30m，坍塌约280m3，如图1所示。

图1 塌方区实际情况

4 塌方原因分析

通过对峰坳隧道塌方现场的调查和分析，塌方的主要原因如下：

(1)地质原因。该段围岩为流纹岩与玻屑凝灰岩的接触带，岩石结构为碎石状镶嵌结构，结构面有泥膜层，自稳性差，存在明显的断层带。此区域隧道埋深50m左右，塌前刚刚经历“珍珠”台风带来的强降雨，使得大量的地表水沿断层带渗入隧道围岩内，加速了层间移动，这是诱发坍塌的关键原因。

(2)人为因素。施工过程中没有重视地质超前预报工作，施工过程中对隧道渗水重视程度不足。

(3)施工质量问题。在施工过程中存在初期支护喷砼厚度不足、中空注浆锚杆长度不足、浆液充填不密实、锚杆端部未设置垫板，以及爆破未采用设计中要求的光面爆破，造成围岩松动、开挖面不平整等施工质量问题，这些问题存在一定程度削弱了对围岩加固效果。

5 塌方处理方法与措施

为防止塌方扩大，考虑先加固塌方影响段，即塌方区域前后5m范围，再处理塌方区。加固处理的原则是在临时支撑保证安全的情况下，塌穴内增打锚杆，增设钢拱架，加强初支，二次衬砌改为配筋混凝土[1]。

5.1 影响段加固

(1)先用14号工字钢进行临时支撑，超挖部位用木楔顶紧,榀距1m，靠近塌穴区5m范围榀距0.5m。

(2)逐榀拆换临时钢支撑，欠挖部分应进行扩挖并嵌入拱架，钢拱架用纵向钢筋连接成整体。采用注浆锚杆喷砼支护，参数按设计Ⅳ级围岩衬砌结构布置。

(3)在确保二衬设计厚度35cm的情况下,尽快浇筑测稳定段钢筋砼二次衬砌。

5.2 塌方区治理

(1)对塌体进行封闭并注砂浆固结。

(2)对塌穴内表面进行锚喷挂网封闭，并用14号工字钢顶紧。再挂模施作200cm厚护拱，两侧锚杆尾部埋入护拱70cm，护拱底面工字钢支撑下铺挂20×20cmφ22钢筋网。通过预埋管向护拱顶部空穴压注50cm厚C20细石砼回填。塌穴喷砼表面应设置与主洞相同的环向软式排水管。待砼达到强度后二次开挖，按设计Ⅴ级围岩衬砌结构进行衬砌支护。塌穴范围初支系统锚杆打设方向应尽量垂直塌穴表面，如图2所示。

(3)开挖应按双侧壁导坑法进行，同时应加强监控量测，二衬必须紧跟施作。

(4)渗漏水较严重处应打孔排水，即在集中出水点处打入φ50mm软式透水管，外裹土工布，端头用铁丝扎紧，再将其引入隧道两侧纵向排水管排出。

(5)回填C20砼体中应预留排水管，每5m布设一处，防止回填砼顶面积水。布置环向φ50mm软式透水管，纵向间距1.5～3m，富水区段为1.5m。

(6)在确保二衬设计厚度45cm的情况下，浇筑钢筋砼二次衬砌。

(7)预留吹填管，二衬施工完成后吹填粉煤灰等轻质材料(掺入一定量水泥以利固结)，并尽量充满空腔。

图2 塌方段处理断面图(单位:cm)

图3 砂袋挡墙支挡塌体情况

6 实际施工情况

由于塌方段持续掉块，在实际施工塌方区治理第一步时，又发生了第二次塌方。为确保安全，遏制塌方继续扩大，在原塌方区治理措施的基础上，需加强处理力度。首先对洞内施作回填弃渣封堵，并对塌方体进行锚喷防护，并在靠近塌方体处位置用编织袋装砂码砌成挡墙，如图3所示；其次对主洞进行必要的挂网补喷，在塌方体稳定的情况下再重新开挖。塌方体开挖要以“短进尺、弱爆破、强支护、少扰动，衬砌和仰拱紧跟”的原则[2]，采用“封堵塌体、重新开挖、加强支护”的处理方法进行，其详细的处理措施如图4所示。

图4 塌方区纵向施工示意图(单位:cm)

7 理论计算分析

根据以上处理措施，采用荷载结构法计算，即根据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)中的暗埋暗洞设计荷载计算方法，确定荷载压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌内力。材料参数按相应支护结构选取，初期支护的作用考虑分担30%的荷载，其余70%荷载由二衬承担[3]。二次衬砌结构以梁单元模拟，围岩弹性抗力按只承受压力的弹簧模拟，二次衬砌内力计算结果如图5和图6所示。

图5 轴力图(单位：kN)

根据以上计算结果进行结构截面强度和裂缝校核，结构保护层厚度取50mm，裂缝控制标准为δmax≤0.2mm，结果表明：厚度45cm的二次衬砌截面配筋符合给定荷载作用下的安全性要求和长期作用下满足裂缝控制要求。

图6 弯矩图(单位：kN·m)

8 处理效果评价

根据现场施工情况，参考相关实例[4]，在塌方段布设3个量测断面，分别是K16+235、+240、

图7 断面收敛位移-时间关系曲线

+245，量测隧道的拱顶下沉量和收敛位移，每天一测，考虑二次衬砌施作时间，观测时间选择二十天左右。从量测结果看，最大收敛值28mm，相对位移最大值为0.28%，满足规范允许相对位移值0.2%-0.8%的要求，而且在二次衬砌施作前已趋于稳定，如图7所示。

9 结 语

峰坳隧道通车已有数年，目前运营情况良好，证明塌方段的处理合理，达到了预期效果。回顾该隧道塌方处理和效果，主要有以下几点结论和建议：

(1)在施工阶段，应加强地质超前预报和监控量测工作，充分贯彻“动态设计、信息工程”的思想，及时采取措施预防塌方的发生。

(2)对于突现的稳定性较差的破碎带区域，应因地制宜，采取预注浆等措施进行加固，使之在围岩顶部形成一个保护“壳”。

(3)塌方一旦发生，原则上应先护后挖，迅速加固未塌方段，防止塌方扩大。

(4)排防水措施应到位，渗漏水要“排得走、排得畅、防得住”，对于渗漏水严重区域，应考虑超前预注浆止水。

(5)应确保二次衬砌的设计厚度，对侵入二衬范围的都必须挖除。

[1]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].

[2]关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[3]JTG D70/2-2014，公路隧道设计规范[S].

[4]李晓红. 隧道新奥法及其量测技术[M]. 北京：科学出版社，2001.

Treatment Technique and Effect Analysis for Cave-in of Tunnel Fracture Zone

LV Jian-wei1, GUO Xiao2, LU Wei-te3

(1.Hangzhou Highway Administration Bureau , Hangzhou 310030, China；2. Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning,Design & Research,Hangzhou 310006,China；3. Zhejiang Sci-tech University,Hangzhou 310018,China)

A cave-in occurred at stake number of K16+240 during the construction process in Feng-ao tunnel of the key project of 58 Provincial road in Taishun. The structure of surrounding rock belonged to mosaic structure of detritus with muddy intercalation filled was a typical cave-in in the fracture zone. The paper first analyzes the specific cause of the cave-in and puts forward the method and cure measure to solve and continuous and dynamic adjust the method according to the effect in practice. In second the treatment effect is evaluated in terms of the measurement data. Finally the paper summarizes the conclusion and draws the suggestion aimed at the cave-in in the fracture zone.

tunnel；cave-in；fracture zone

2017-03-09

吕建伟(1979-)，男，浙江永康人，高级工程师，E-mail：573151543@qq.com。

U452.12

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2017.02.007

1671-234X(2017)02-0030-04