肖 紅 菊

(銅陵學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽 銅陵 244000)

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淺埋紅黏土隧道塌方分析及處理★

肖 紅 菊

(銅陵學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽 銅陵 244000)

介紹了云南某淺埋公路隧道工程的地質(zhì)特征，分析了隧道塌方發(fā)生的原因，并從防止隧道塌方繼續(xù)擴(kuò)大處理與隧道繼續(xù)開(kāi)挖施工處理兩個(gè)階段，提出了塌方隧道處理措施，可為類(lèi)似工程的施工提供借鑒。

淺埋隧道，塌方，管棚法，掌子面

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

云南某公路隧道為一座兩車(chē)道分離式隧道，左幅隧道起止點(diǎn)樁號(hào)為ZK118+652～ZK120+800，分界段全長(zhǎng)2 148 m，隧道最大埋深約為136.93 m；右幅隧道起止點(diǎn)樁號(hào)為K118+665～K120+900，分界段全長(zhǎng)2 138.1 m，隧道最大埋深約為134 m。洞身采用初期支護(hù)和二次襯砌相結(jié)合的復(fù)合式襯砌。

1.2 工程地質(zhì)特征

該公路隧道的地質(zhì)情況比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)有Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖，其中左幅ZK118+652～ZK118+810和右幅K118+665～K118+830為隧道進(jìn)口段，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，以第四系坡殘積硬塑狀黏土為主，多呈散體結(jié)構(gòu)，土體自穩(wěn)能力差，側(cè)壁穩(wěn)定性差，開(kāi)挖過(guò)程中不及時(shí)支護(hù)或支護(hù)不當(dāng)易產(chǎn)生較大規(guī)模的坍塌，土體富水性一般，開(kāi)挖時(shí)可能存在較小量的滴水、滲水等現(xiàn)象。

1.3 水文地質(zhì)特征

隧道區(qū)地下水為第四系孔隙水類(lèi)型、碳酸鹽巖巖溶水及玄武巖基巖裂隙水類(lèi)型。第四系孔隙水多賦存于第四系松散土體中，多以潛水形式出現(xiàn)，水量甚微；碳酸鹽巖巖溶水賦存于灰?guī)r巖溶裂隙中，水量一般；地下水以地下徑流的方式匯集于溝谷低洼地段。

2 塌方概況

該隧道進(jìn)口右幅起點(diǎn)里程樁號(hào)為：K118+665，明暗洞交界里程樁號(hào)為：K118+680，洞口段(K118+665～K118+830)圍巖為第四系坡殘積硬塑狀態(tài)紅粘土為主的Ⅴ級(jí)圍巖，明洞長(zhǎng)度為15 m。為了保證隧道洞口段的施工安全，現(xiàn)場(chǎng)采用管棚法的輔助施工工藝，管棚為直徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度34 m。初期支護(hù)為Ⅰ20a型鋼拱架，間距60 mm。隧道于2015年1月23日～2015年2月3日分別完成了拱套澆筑、長(zhǎng)管棚鉆孔、長(zhǎng)管棚注漿作業(yè)(每根管棚有效長(zhǎng)度30 m)。3月5日～3月7日完成K118+665～K118+673段8 m長(zhǎng)明洞仰拱的施工；3月29日按三臺(tái)階預(yù)留核心土臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖上臺(tái)階，當(dāng)日完成2個(gè)循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)施作(鋼架間距0.6 m)，長(zhǎng)度1.2 m。4月6日～4月13日完成上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)14.4 m，上臺(tái)階累計(jì)完成進(jìn)尺15.6 m；中臺(tái)階左側(cè)開(kāi)挖支護(hù)施作9.6 m；中臺(tái)階右側(cè)開(kāi)挖支護(hù)施作8.4 m。4月13日6時(shí)30分，洞口仰坡噴射混凝土突然開(kāi)裂并伴有異響，隨后裂縫快速發(fā)展，數(shù)分鐘內(nèi)拱頂急劇下沉，掌子面上方地面沉陷冒頂，初支拱架下沉前傾。地面下沉面積約7.5 m×12 m，局部最大下沉深度達(dá)到2.5 m～2.0 m，洞口導(dǎo)向墻發(fā)生前傾，約15 cm～20 cm，底部開(kāi)裂，如圖1所示。

由圖1可知，本隧道發(fā)生了掌子面整體傾覆破壞，表現(xiàn)為掌子面整體坍塌，洞口段已施工的初期支護(hù)則完好無(wú)損，直觀(guān)判斷隧道塌方是由于上臺(tái)階掌子面處初期型鋼拱架基底失穩(wěn)引起的。

3 塌方原因分析

管棚法隧道的穩(wěn)定性機(jī)理為“棚架原理”，即管棚的作用是形成“微拱”、擴(kuò)散圍巖壓力至前方未開(kāi)挖土體和后方已架設(shè)型鋼拱架上，型鋼拱架則是控制變形的主體[1-3]。據(jù)此，可判斷該隧道塌方的原因?yàn)樾弯摴凹芑装l(fā)生失穩(wěn)破壞，具體分析如下：

1)隧道所處的紅黏土呈散體結(jié)構(gòu)，土體自穩(wěn)能力差，承載能力低；2)施工中采取了較為激進(jìn)的方法，具體表現(xiàn)為：左幅掌子面與右幅掌子面間距僅16 m，施工中存在每次開(kāi)挖進(jìn)尺為2榀鋼架的情況，且右幅中臺(tái)階未能及時(shí)施作臨時(shí)仰拱；3)部分管棚施工偏差較大，開(kāi)挖上臺(tái)階時(shí)曾隔斷4根，影響了“棚架體系”的形成，另管棚內(nèi)注漿效果也欠佳。

4 現(xiàn)場(chǎng)處理

塌方后的處理主要包括兩階段，第一階段為防止隧道塌方繼續(xù)擴(kuò)大的處理，第二階段為隧道繼續(xù)開(kāi)挖施工的處理。

4.1 隧道塌方后處理

隧道塌方后，為了防止破壞繼續(xù)擴(kuò)大，現(xiàn)場(chǎng)采取了堆土反壓的方法(如圖2所示)，以防止洞口段出現(xiàn)進(jìn)一步滑塌。

4.2 塌方后隧道開(kāi)挖施工處理

考慮到塌方段為隧道的進(jìn)口段，且掌子面發(fā)生了整體失穩(wěn)破壞，為此處理措施為對(duì)坍塌段進(jìn)行開(kāi)挖，然后再采用明挖的方案，具體工藝為：洞頂卸載、開(kāi)挖支護(hù)→拆除初支鋼拱架→從大里程往小里程更換上、中臺(tái)階每榀鋼架→從小里程往大里程施作下臺(tái)階鋼架及時(shí)封閉成環(huán)→鋼架封閉成環(huán)后二襯緊跟。

1)洞頂卸載開(kāi)挖。將右幅洞頂?shù)乇硖乃缮⑼馏w用挖機(jī)進(jìn)行清理卸載，邊坡兩側(cè)原狀土盡量少擾動(dòng)，如圖3所示。首先開(kāi)挖至上臺(tái)階標(biāo)高，邊坡坡率為1∶0.75，仰坡坡率為1∶0.3，土石方卸載開(kāi)挖采用自上而下分層開(kāi)挖，一次將土方卸載做完，開(kāi)挖完成后及時(shí)對(duì)邊仰坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。

2)邊仰坡支護(hù)。為確保施工過(guò)程中邊仰坡的穩(wěn)定，開(kāi)挖完成后及時(shí)對(duì)邊仰坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨防護(hù)。錨桿采用φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)度為3 m，間距200 cm×200 cm，梅花形布置，噴射混凝土采用10 cm厚C20網(wǎng)噴混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋，網(wǎng)格尺寸為25 cm×25 cm。

3)拆除初支鋼拱架。拆除原初支鋼架，拆除從大里程往小里程依次進(jìn)行，采用挖機(jī)配合人工風(fēng)鎬對(duì)原初支混凝土進(jìn)行鑿除，氧氣乙炔割除原有鋼架和長(zhǎng)管棚，如圖4所示。

4)架設(shè)換拱鋼架。塌方段從K118+696～K118+680逐榀安裝上、中臺(tái)階初支鋼架、鋼筋網(wǎng)片以及鋼架之間連接，每循環(huán)施工3 m～4 m。

5)噴射混凝土施工。在上、中臺(tái)階鋼筋網(wǎng)上按設(shè)計(jì)初支外輪廓線(xiàn)覆蓋竹膠板模板進(jìn)行固定，作為噴射混凝土外模，并確保鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度不少于3 cm。噴射混凝土終凝后，及時(shí)回填中臺(tái)階兩側(cè)，以抵擋邊坡土體側(cè)壓力的作用(見(jiàn)圖5)。

6)下臺(tái)階及仰拱施工。上、中臺(tái)階全部更換完成后，從K118+680依次向大里程方向施工下臺(tái)階初期支護(hù)。下臺(tái)階施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，并在拱腳處增加2根4.5 m長(zhǎng)φ42×4 mm的鎖腳錨桿。下臺(tái)階施工完成6 m后開(kāi)始仰拱施工，仰拱采用分段開(kāi)挖、澆筑，每次開(kāi)挖長(zhǎng)度不大于3m。

5 結(jié)語(yǔ)

以云南某公路隧道塌方事故為工程背景，分析了塌方發(fā)生的原因，提出了塌方后的處理措施，并經(jīng)實(shí)施后達(dá)到了預(yù)期效果?？蔀榻窈箢?lèi)似工程的施工提供借鑒。

[1] 周順華.軟弱地層淺埋暗挖施工中管棚法的棚架原理[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(14)：2565-2570.

[2] 孫玉永，周順華，肖紅菊，等.管棚法應(yīng)用于軟土地層的穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32(S2)：4199-4206.

[3] 聶賢海.超前管棚支護(hù)在隧道施工中的應(yīng)用技術(shù)[J].山西建筑，2007，36(10)：314-315.

Analysis and treatment of shallow tunnel collapse in red clay★

Xiao Hongju

(CollegeofEngineeringandArchitecture,TonglingUniversity,Tongling244000,China)

The paper introduces the geological features of the some shallow road tunnels, analyzes the reasons for the tunnel collapses, and points out the collapse tunnel treatment measures from preventing enlarged treatment of the tunnel collapses and tunnel continuous excavation construction, so as to provide some reference for the similar projects.

shallow tunnel, collapse, pipe-shed method, tunnel face

1009-6825(2017)11-0178-03

2017-02-08★：安徽省高校優(yōu)秀青年骨干人才國(guó)內(nèi)外訪(fǎng)學(xué)研修項(xiàng)目(gxfx2017114)

肖紅菊(1980- )，女，講師

U457.2

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