隧道塌方处理分析探讨

2017-10-30王兴舟

珠江水运 2017年18期

王兴舟

摘要：公路隧道作为典型的地下工程，在建设过程中，受地质条件影响较大，容易发生多种病害，其中塌方最为严重。本文四川省黑水县雅克夏雪山隧道塌方为例，简要介绍了大塌方处理方法。

关键词：隧道塌方处理措施

公路隧道作为典型的地下工程，在建设过程中，时时受到地质条件的影响和制约，由于地质勘探技术及地形条件的限制，对地下地质情况的钻探分析不可能做到与实际情况完全吻合，同时设计支护参数或施工方法有可能选择不当，导致施工中可能出现多种灾害，其中塌方最为严重，塌方不但影响工程质量，甚至导致产生安全事故。笔者参与多条隧道工程建设，经历过多次塌方事故，其中以四川省黑水县雅克夏雪山隧道最为严重，本文以雅克夏雪山隧道为例，将处理隧道塌方处理的有关情况进行简要介绍。

1.工程概况

四川省黑水县雅克夏雪山隧道位于四川省黑水县与红原县交界，隶属于省道302线，隧道全长2.302km，，穿越南北向的分水岭，进出口两侧均为“U”形沟谷，走廊带单一。采用单洞对向行车二级公路标准，设计时速为40km/h，隧道净高5.0m、净宽9.0m。项目区位于青藏高原向四川盆地的过渡地带，地势西北高、南东低。隧址区内最高海拔4450m，最低海拔3820m，相对高差630m，隧道西侧进洞口海拔3913.375米，东侧出洞口海拔3862.862米，属于高海波隧道。隧址区为高山山地地貌，构造复杂，岩性以变质砂岩、砂质板岩不等厚互层夹薄层灰岩为主，发育多条次级断裂，地表水和地下水较为丰富，总体上工程地质较为复杂，施工难度较大。

2.塌方情况

2.1塌方过程

早8：0 0，施工单位准备浇筑K3+155～K3+150段仰拱时，发现K 3+15 5处左侧边墙初期支护喷射混凝土表面出现纵向水平裂缝，并且喷面有混凝土剥落现象，立即停止K3+033处掌子面的掘进施工，马上采用5根工字钢做斜撑对K3+159～K3+153范围初期支护进行加固，同时继续组织浇筑K3+155～K3+150段仰拱衬砌。20：00仰拱混凝土浇筑完毕， 20：15時K3+155初期支护左侧边墙发生严重开裂并开始垮塌，带动前后及拱部初期支护开裂垮塌，20：25垮塌将断面堵死封闭，垮塌围岩为黑色破碎状砂质板岩。塌方段洞顶埋深40～55米，地表出现洞穴，洞穴沿隧道长5米，宽4米，2米深。后在K3+159位置处采用跟管式偏心地质钻机钻孔，探明塔体长度为27.5米，范围K3+159～K3+131.5段（其中掌子面桩号K3+033、隧道洞口桩号K3+255）。

2.1塌方原因分析

塌方处为砂质板岩，薄层状，较破碎，层面有光滑碳质薄膜，层间结合较差，地下水较丰富，围岩易沿层面滑塌崩解；加之近期积雪融化，地表水下渗，进一步降低了围岩自身的稳定性；同时K3+155至K3+150段施做仰拱期间对支护体系的不利影响，导致钢架失稳，引起坍塌。

3.塌方处理

3.1塌方后紧急处理措施

为避免塌方体进一步扩大，对已完成初期支护的K3+170～K3+159段（11米）进行加固，在拱墙范围内施作42×3.5的径向注浆小导管，长度L=6米，布置间距60（环）×50（纵）cm，梅花型布置，采用水泥单浆液注浆。塌方处地表洞穴周围施作截水沟，并采用塑料膜覆盖，防止地表水进入塌方体。加强监控量测，监控已支护段的支护变形情况，防止垮塌范围的扩散。加强对全隧道初期支护进行观察，发现有开裂处及时采取临时加固措施。

3.2塌方体处理方案

塌方体处理范围K3+159～K3+130，处理过程如下：

管棚仓段超前小导管注浆施工、管棚仓段三台阶开挖与支护、系统小导管注浆施工 → 长管棚导向墙施工→ 长管棚及其注浆施工 → 长管棚段超前小导管注浆、上下断面开挖与支护、系统小导管注浆施工 → 管棚仓回填 → 仰拱、二次衬砌施工 → 已支护段加固（紧邻塌方段终点的未塌方段） → 地表永久截水沟施作及陷坑处理。

3.2.1 K3+162.5～K3+159段加固方案

为保证过渡段施工安全，对塌体管棚仓过渡段外围围岩进行加固，此段每100cm施作一排φ42注浆小导管，环向间距40cm，长度6米，与洞轴线成30°角，整环按3台阶法分3次施作。

3.2.2 K3+159～K3+155（4米）管棚仓过渡段施工方案

未塌方段到管棚室顶缘落差较大，采用4米渐变段进行过渡。超前支护采用φ42注浆小导管，长度6米，仰角40°，间距40cm（环）×80cm（纵），整环施作；拱部120度径向支护（K3+159～K3+153.5）采用φ42注浆小导管，长度6米，仰角72°，间距60cm（环）×50cm（纵），梅花型布置；侧墙径向支护采用φ42注浆小导管，长度4米，间距60cm（环）×50cm（纵），梅花型布置，范围为除拱部120°外，侧墙全部设置。初期支护采用Ⅰ20b工字钢，间距80cm，两榀拱架采用Φ22连接筋，间距50cm，锁脚锚管采用长4.5米的φ42注浆小导管，每榀拱架设置16根，为拱架提供比较稳固的临时基础；喷射混凝土为C25，厚度30cm，内设双层网片φ8 @15cm×15cm；开挖采用3台阶法施工，分部开挖分部支护，最后形成支护拱形环，根据实际情况设置临时仰拱。

3.2.3 K3+155～K3+151.5（3.5米）管棚仓段施工方案

根据大管棚施作空间需要，较前方加强段支护面高60cm，长度3.5米，此段断面较大，加强支护。拱部超前支护采用双层φ42注浆小导管，长度6米和3.5米，环向间距40cm，仰角分别40°和25°，排距均为1米，施作范围拱部120°；侧墙超前采用单层φ42注浆小导管，环向间距40cm，长3.5米，仰角25°，1米施作一环；径向注浆采用φ42注浆小导管，长度4米，间距60cm（环）×50cm（纵），梅花型布置，范围为除拱部120°外侧墙全部设置。初期支护采用Ⅰ20b工字钢拱架，间距50cm，两榀拱架采用Φ22连接筋，间距50cm，锁脚锚管采用长4.5米的φ42注浆小导管，每榀设置16根，为钢架提供稳固的临时基础，确保施工安全；喷射混凝土采用C25，厚度30cm，内设双层网片φ8@15×15cm。开挖采用3台阶施工，分部开挖分部支护，最后形成支护拱形环，根据需要设置临时仰拱。endprint

3.2.4 管棚段施工方案

C30砼护拱作为管棚导向墙，延隧道方向厚100 cm，内埋设3榀I18工字钢，间距40cm，I18工字钢间用Φ22连接筋，间距50cm，导向墙内预埋127×4mm钢管为导向管，仰角5度，预埋长度1米，导向管与工字钢焊接牢固。

长管棚采用热轧无缝钢管直径108mm，壁厚6mm；环向间距40cm；仰角3～5°（不包括路线纵坡，尽量采用小角度）钢管长1900cm，用丝扣连接，纵向同一横断面内的接头数不大于50%，在隧道拱部120°范围内布设。钢管中部预留直径10mm注浆孔，梅花型布置，圆孔沿钢管20cm间距布置，钢管后端350cm范围内作为止浆段不布置注浆孔；注浆液采用水泥--水玻璃双浆液，水泥与水玻璃体积比为1：0.5 ，水玻璃浓度为35波美度，水玻璃模数为2.4，水泥浆水灰比为1：1 ，注浆压力初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa 。

3.3隧道衬砌加强

将塌方段初期支护和二衬分别进行了补强调整，其中将初期支护由Ⅰ18工字钢拱架，间距75cm，25cm厚C25喷射混凝土，调整为Ⅰ20工字钢拱架，间距50cm，28cm厚 C25喷射混凝土，将二衬C30模筑砼由45cm厚调整为60cm。为了保证衬砌的工程质量和衬砌防水等要求，将原设计的施工缝、沉降缝位置做了相应调整。塌方过后的10米（即K3+139～K3+129段），采用径向注浆小导管加固，长4米，垂直喷面施作，间距60cm（环向）×75cm（纵向），梅花型布置，采用水泥单浆液注浆。

3.4洞顶塌穴处理

先将塌穴用碎石土回填密实，然后回填30cm的粘土隔水层和30cm的种植土。回填部分夯实，高出原地表60cm，使地表徑流到此范围边缘自然流走。地面处理工程应尽快施做，防止雨水灌进塌穴，影响坍方体的稳定，对洞内支护工程造成影响。

3.5塌方处理结果

从处理塌方开始至塌方处理完成历时90多天，监测数据表明山体变形趋于稳定，结构安全，目前，隧道已安全运营五年多，充分表明上述处理方案科学有效。

4结束语

（1）在制定塌方处理方案之前，一定要将塌方的情况调查清楚，调查范围不仅局限于隧道洞内，隧道地表及临近隧道一定范围内山体的变化情况都要调查清楚。

（2）在处理隧道塌方过程中加强隧道地表及洞内围岩的监控量测，根据实际情况及时调整处理方案。

（3）隧道塌方发生后，对于塌方体两侧无论是否受到波及，都应该采取措施进行加固处理。

（4）塌方处理时采用小导管与管棚相结合的方式，虽然有可能耗时，但支护能力强，有利于保证隧道安全和质量。

参考文献：

[1]郝培俊.隧道塌方的原因及处理方法[J].科技创新与应用，2017，07：245.

[2]刘黎权.茶镇隧道塌方段的处理方案与技术措施[J].价值工程，2017，03：162-164.