公路隧道工程中塌方处理措施的应用

王志强

摘 要：以福建泉州戴云山隧道塌方案例为依托，分析长管棚支护技术在公路隧道工程中的应用。同时，针对戴云山隧道出现的塌方问题，笔者归纳成因的几种可能性，并提出专项处理方案，仅供参考。

关键词：戴云山隧道；支护厚度；监控量测；专项整治方案

1 工程概况

厦沙高速公路戴云山隧道，设计为分离式双向四车道，隧道左线起讫桩号ZK78+867～ZK84+704（长度为5837米），右线YK78+850～YK84+700（长度为5850米）。沿线基岩大多为侏罗系南园组的凝灰熔岩和燕山晚期（γ53）侵入的花岗岩，局部为侏罗系梨山组砂岩；中、低山坡地廣泛上覆有第四系坡残积土层。洞口地段V级围岩地质条件较差，围岩结构多为板岩，风化程度高，呈破碎粉砂状，结构稳定性极差。掘进施工后正洞壁岩存在剥离现象，成洞效果不佳，严重阻碍施工进展。

2 洞口长管棚支护施工设计

隧道出口段近山坡坡边，山坡坡度约为35°～40°，左洞出口左侧有小滑塌H315-2，规模较小，斜坡上覆盖薄层残坡积层，厚度不均，约为1.0～8.2m，下为全、强风化岩等，洞口上覆土层较厚，地下水位高于设计洞顶，工程地质条件较差，上部薄层岩土层强度较低，洞门段洞顶及仰坡表层为残坡积与强风化土层，施工时易产生小面积坍塌、掉块。因此，进洞之前施做30m长管棚。

2.1 设计参数

导管规格：热轧无缝钢管，外径159mm，壁厚8mm。

管距：环向间距40cm。

倾角：外插角以1°为宜。大管棚每环施作长度为60m，钢管前段呈锥形。

导向管规格：热轧无缝钢管，外径194mm，壁厚5mm。

钢管内设置钢筋笼，钢筋笼主要由三根主筋和固定环组成，主筋直径为18mm，钢筋之间每35cm间距用3cm长Φ50钢管连接，钢管壁厚3.5mm。

钢管上钻注浆孔，孔径16mm，孔纵向间距为20cm，呈梅花形布置，尾部留大于等于100cm的不钻孔的止浆段。

2.2 注浆设计

灌注浆液：水泥浆液，有时也可采用水泥玻璃双液浆。

注浆参数：水泥浆、水灰比为1：1（重量比），注浆压力为2.0MPa～2.5MPa。

注浆扩散半径：大于等于0.5m。

为了积累钢管注浆施工经验和合理化注浆参数，需要在注浆前进行现场注浆试验。单根钢管注浆量为：Q=π·γ2·L+π·R2·L·η·α·β。式中，r为钢管半径；L为钢管总长度；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体经测试为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。经计算单根钢管注浆量Q=6.927m3。

3 隧道塌腔处理

戴云山隧道施工为进出口对向掘进，2015年3月19日晚22：00许，出口端左线隧道ZK84+630掌子面顶部出现掉渣情况，约2分钟后塌方，现场并无人员伤亡和设备损毁。按照量测数据可知，塌方里程段为ZK84+630～ZK84+620，约10m，总塌方面积为15m×15m，纵向贯深约10m，总塌方土石方量约1500立方。塌方自拱顶至地表岩体呈明显下沉形态，顶部出现椭圆天窗，如图1所示。已施作初期支护钢拱架自拱腰部位直接折断，边墙部位因塌方影响严重变形。塌方土石方沿着隧道走向坡积20m，周边围岩仍松散不稳定，存在二次塌方的可能。

塌方事故发生期间，掌子面掘进里程约为ZK84+500，下导坑（即仰拱）里程约为ZK84+560，此部分衬砌混凝土并未完成施工。

4 塌方处理措施

4.1 塌方影响段处理

（1）正洞径向注浆加固处理。塌方影响段ZK84+650～ZK84+610为预防塌方扩大，须施作径向注浆。采用Φ22打孔钢管作为注浆导管，每根长约4m，以1.5m间距梅花状分布，径向注入水泥～水玻璃双液浆；

（2）正洞空前锁口处理。空腔边缘增设2榀I22a钢拱架予以锁口，拱脚位置各设置4根所脚锚管；

（3）塌腔边坡喷射混凝土。塌腔边坡陡峭，为避免出现掉块现象，应以1：0.5刷坡处置，并对坡面喷射15cm厚C25混凝土。需注意，施工中应为边坡角留出踏步和富余的施工平台。

4.2 塌方段处理

（1）利用环形掘进预留核心土施工方法，开挖塌方堆积体，并以人工风镐配合小型机械施工。每个开挖进尺须控制不超过50cm，及时跟换已损钢拱架。钢拱架连接筋采用Φ22钢筋，平均间距50cm。布设Φ8钢筋网片，网格间隔20cm×20cm。未发生塌方边墙支护面增设径向锚杆，具体规格遵循设计施工图纸；

（2）开挖一定进尺以后，钢拱架顶部安设外模，模板采用3cm厚木模，外侧则利用钢筋予以加固，模板缝隙紧密确保不漏浆。最后，喷射25cm厚C30混凝土；

（3）开挖至掌子面位置，施作加固支护确保围岩前壁稳定性，即拱顶140°位置加设双排Φ42超前注浆小导管，每根长约4m，平均间距40cm，环向搭接距离为1m，上层外插角度不超过35°，下层外插角度不超过10°。另外，已剥离初期支护面须复喷混凝土，厚度要求达到设计标准。

4.3 塌腔回填處理

塌方段围岩结构趋于稳定后，下导坑、衬砌混凝土和拱墙防排水设施即可施工。衬砌混凝土达到设计强度且模板台车未移位，可对塌腔予以回填处置。以坍渣作为主要回填料，对称分层回填并夯实。临近表层须设置50cm后隔水黏土层，避免地表水渗透隧道围护结构层，表层土须以腐殖土加以覆盖。塌腔回填处理完毕，塌方段地表临近1m位置挖筑0.4m×0.3m截水沟，预防地表水渗入塌腔回填体。

4.4 监控量测

塌方处置整个过程均需对洞内、地表做严格的监控量测，及时收集反馈信息，用于后续施工指导。

（1）洞内周边收敛、拱顶下沉量测隧道内共布置两条水平测线、两条斜测线、一条拱顶下沉线。监控范围ZK84+650～ZK84+610，纵向5m一个断面，每天观测一次，如图3所示；

（2）地表沉降观测。a.塌方腔回填结束前：在ZK84+660～ZK84+600里程段纵向10m、横向5m布置测点，横向布置范围为隧道中线两侧15m范围，每天观测一次，如图4所示。b.塌方腔回填结束后：在ZK84+630～ZK84+620里程段按上述方案布点观测。

（3）监控要求。监控量测严格遵循相关设计规范及标准，每日量测工作完成后及时分析数据，并向现场技术人员和相关负责人及时反馈和交底。如洞内水平收敛超过5mm/d或者是地表监测出现异常情况应及时告知现场人员迅速撤场，同时向上级领导汇报。塌方事故段处理完毕，洞内收敛不超过0.2mm/d可暂停监控。

5 结语

高速公路隧道施工阶段作为国家交通建设极为关键的一环，保证施工质量和施工安全是高速公路建设可持续发展的重要基础，利于社会主义现代化建设的有序行进。本文结合青海花久知亥代隧道塌方案例，分析塌方与衬砌厚度不足的原因，并提出针对性的预防与处理措施，从其实践结果来看，所用技术方案具有一定的实用性和有效性。

参考文献

[1]张阔，王瑞.蛟岭隧道洞顶塌方区地震探测[J].华北水利水电学院学报，2011（01）：97～99.

[2]张春光.大断面黄土隧道塌方处理[J].现代交通技术，2011（05）：60～62.

[3]赵学新.铁路隧道施工监测浅析[J].山西建筑，2010（25）：331～332.