银山隧道左线进口段洞顶塌陷及初支大变形病害处理技术方案探讨

武文婕

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

1 隧道地质情况

银山隧道为潮惠高速公路一座地质情况比较复杂的隧道，该隧道位于潮州市，隧道左、右线起讫里程 分 别 为 ZK97+492—ZK98+130、YK97+520—YK98+165，分别长638 m、645 m。根据现场实地勘察，银山隧道左线ZK97+685—ZK97+840，长155 m，处于凹形沟谷地段及WF121-1断层影响带，雨季时此处沟谷过水量大。通过前期右线冲沟地质构造来看，凹形沟谷地段一般溶洞较为发育，地下水比较丰富。隧道穿越冲沟处埋深15.8 m，隧道与冲沟位置关系基本为90°。

2 隧道施工概况

银山隧道于2010年7月初组织人员进场施工。2012年8月该隧道左线开挖即将进入冲沟段及WF121断层影响带，开挖初支里程为右侧壁ZK97+680，左侧壁 ZK97+666，核心土 ZK97+650，二次衬砌里程ZK97+619。隧道开挖、二衬与冲沟位置关系如图1所示。

3 银山隧道左线进口端洞顶地表塌陷处理措施

3.1 塌方过程

银山隧道开挖至ZK97+685时，围岩主要为碳质灰岩、灰岩及粉质黏土纵横交错，同时开挖过程中时有孤石出现且岩溶发育经常有溶土洞出现，开挖支护风险较高。该隧道左线开挖即将接近冲沟段及WF121断层影响带时，左线进口段ZK97+630处出现较严重的坍陷。

图1 隧道开挖、二衬与冲沟位置关系图

3.2 处理措施

为安全通过银山隧道左线进口冲沟与破碎带地段（里程ZK97+650—ZK97+760）、偏压段（里程ZK97+760—ZK97+830）对原设计方案进行局部加强，采取如下处治措施：

a）为了减少扰动，现场采用机械破除法开挖。

b）超前支护由原设计单层调整为双层φ42钢花管，环向间距40 cm，纵向间距1.5 m[1]。

c）超前掌子面预加固，采用φ42钢花管单根长6 m进行加固。

d）主洞上中台阶锁脚φ42钢花管由原来2根调整为6根，锁脚高度不得大于80 cm，临时侧壁上中台阶锁脚φ42钢花管，原设计没有，现增加调整为6根。

e）施工侧壁导坑上中台阶时加设临时钢支撑，支撑采用I20b工字钢，间距50 cm，同时中台阶横撑安装后，采用25 cm厚C25喷射混凝土。如图2所示。

图2 侧壁上台阶临时仰拱图

f）初支成环后，对初支采用径向φ42钢花管注浆。钢花管一环数量30根，环向间距1 m，纵向间距0.5 m，单根长4 m。如图3所示。

图3 径向注浆管布置图

g）同时各侧壁导坑仰拱、仰拱回填混凝土采取分部浇筑到水沟底，水沟底到顶部50 cm采用整幅浇筑。

h）加强监控量测，严格按照设计要求的频率进行监测，每一监测段要及时整理数据，并形成报告上报监理、设计等单位，相关单位收到监测报告要对设计参数进行技术修正，以确保处理段处治有效安全。

i）对于冲沟地表局部小型凹地，容易积水处，采用人工回填黏土并夯实。回填时要分层回填，每层厚度不得超30 cm。对于整个破碎段地表要及时修筑排水设施，因地制宜，确保地表在雨季不被雨水冲刷和倒灌。

4 银山隧道左线进口段初支大变形处理措施

4.1 隧道左线初支大变形

银山隧道左线左侧壁掌子面施工里程为ZK97+784，右侧壁掌子面施工里程为ZK97+770，核心土掌子面施工里程为ZK97+750。左线于ZK97+730里程段开始已全部进入到粉质黏土夹杂残积土段。

在ZK97+730—ZK97+784段施工期间，现场视监控量测情况采取了左、右侧壁导坑加设临时横撑、分幅施工二衬仰拱封闭以及初期支护注浆加强等措施，但初支变形收敛仍较大，初支局部发生开裂、混凝土剥落等现象。洞顶自然坡地表多处也出现小范围塌陷现象。2012年11月24日上午现场在开挖右侧壁YK97+760仰拱时，临时侧壁出现了滑移垮塌，垮塌纵向长约7 m。同时，据现场观察和量测，ZK97+717—ZK97+784段左右侧壁初支开裂加剧，部分初支向隧道内侧鼓胀变形，钢拱架扭曲失效，侧壁上中台阶连接处拱架错位变形最为明显，形成剪切破坏形态，多段初支侵入二衬轮廓线5～40 cm不等。

施工期间，第三方监测单位在地表布监测点和巡查时发现进口隧道K97+600—K97+680范围左、右幅隧道间自然地表出现明显开裂现象。其中，第一条张拉裂缝位于左幅隧道右导洞上方，走向近洞轴向，长约20余米，最大宽度约10 cm，可测深超1 m；第二条裂缝位于左右幅隧道间，走向与洞轴向呈一定角度，长约14 m，最大宽度约30 cm，可测深超1 m；第三条裂缝位于右幅隧道右导洞上方，走向近洞轴向，长约9 m，最大宽度约10 cm，可测深超1 m。

为防止进一步变形可能对隧道结构的危害，对该坡体进行监测。现场采用全站仪进行地面位移变形监测，采用深孔测斜仪进行深部位移监测，同时结合变形迹象的巡查，对银山隧道进口端K97+600—K97+800段边坡实施监控。对该段坡体进行地面变形监测，在边坡上设立变形观测网，共布置5条断面，116个观测桩。对该边坡布设4个深部位移监测断面，共10个监测孔，总测深401 m。

施工期间监测结果揭示：受前期持续强降雨影响，该段坡体局部位移有所增加，局部存在一定蠕滑变形（位于坡残积粉质黏土层中，潜在滑动面埋深大约9～16 m），位移量8～14 mm，坡体局部稳定性较差。初步分析认为坡体暂处于降雨过后的应力调整期，坡体局部位移呈缓慢增加趋势，位移量较小，潜在滑动面（带）尚未贯通，有待于继续监测分析，后期不排除潜在滑动面（带）继续发展，甚至向深部（灰岩基岩顶面）进一步发展的可能。

4.2 处治措施

为控制事态的发展，现场立即采取应急加固措施，主要是对左右侧壁进行回填反压，对中导坑加设竖向支撑等，防止其冒顶塌方。

其变形段经过应急加固基本稳定后，参建各方由甲方组织召开银山隧道技术协调会，进一步确定暂停银山隧道左洞进口施工，在增设深孔位移监测及常规地表沉降监测的同时对左线进口段地质进一步勘察。为确保隧道施工安全和施工进度，决定选取一段长约6 m（ZK97+717—ZK97+723）的初支侵限段实施换拱作为试验段。如有效控制变形，则对整个变形段进行施工。对银山隧道采取如下技术处治措施：

a）左线ZK97+723—ZK97+784段左、右侧壁上、中台阶主洞初支实施换拱。由于ZK97+723—ZK97+784段临时侧壁初支上、中台阶变形严重，部分地段钢支撑扭曲，无法与永久侧壁支护形成封闭且有效的承载环。为方便侧壁导坑和核心土（中导坑）的初支工字钢（25b）的连接，需凿除临时侧壁初支重新施做，凿除后侧壁初支按原设计参数施工。

b）采用4 m长φ42 TSS管对侵限段初支背后围岩进行注浆固结，注浆管间距为1 m×1 m（环向×纵向）。注浆采用水泥单液浆，W∶C=1∶1，注浆终压力0.5～1.0 MPa[2]，每米注浆量以0.2 m3计。注浆时注意压力的控制，特别是要采取阶段稳压持续注浆方式，确保注浆孔的浆液饱满，形成有效的固结环。

c）超前支护采用3.5 m长φ42注浆小导管，间距为40 cm（环形）×200 cm（纵向），设置小导管注浆孔呈梅花型布置，每环超前支护搭接长度不小于1 m。

d）换拱段主洞采用I25b工字钢，纵向间距为50 cm，喷射混凝土厚度调整为31 cm，每榀拱架间设置纵向HRB335直径为25 mm连接筋，环向间距为1 m。

e）换拱时在永久侧壁拱脚处打设4根锁脚导管，在临时侧壁拱脚处打设2根锁脚导管，拱架间采用HRB335直径为22 mm钢筋连接，环向间距1 m。

f）挖除侧壁导坑内反压洞渣，施作I22a工字钢临时水平横撑，间距50 cm，为了防止工字钢受压失稳，工字钢采用φ25钢筋焊接连接间距1 m。

g）此段地下水发育，初期支护外侧环向φ50软式透水管加密设置，由原来10 m一环改为2 m一环。

5 结语

银山隧道在处理措施确定后，承包人严格按照施工方案组织施工，上述地质病害全部处理完成后，经沉降观测和第三方监测确认，隧道处治趋于稳定，隧道各项指标均满足设计与规范要求，为后续施工赢得了时间并创造了良好的施工环境和条件，确保了隧道工程施工质量。