何如來

(廣西蒙山公路養(yǎng)護(hù)中心，廣西 梧州 546700)

0 引言

隨著交通強(qiáng)國、西部大開發(fā)、北部灣一體化以及脫貧攻堅(jiān)等國家戰(zhàn)略不斷深化推進(jìn)，近年廣西壯族自治區(qū)開展了大量的山區(qū)高速公路建設(shè)。然而，山區(qū)高速公路建設(shè)不可避免出現(xiàn)深埋隧道、大跨徑橋梁、高填深挖路基等工程設(shè)計(jì)，由此會帶來地質(zhì)環(huán)境破壞，從而引發(fā)各類工程地質(zhì)問題，若處理不當(dāng)將增加工程設(shè)計(jì)投資，影響工程建設(shè)進(jìn)展，甚至給后期運(yùn)營留下安全隱患。由于山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，因此高速公路建設(shè)中的隧道災(zāi)害問題尤為突出，其中，砂巖區(qū)隧道塌方災(zāi)害問題也越來越多。

針對各種類型隧道塌方處治，眾多學(xué)者做了大量工作，左清軍等[1]總結(jié)隧道宏觀變形演化歷史，分析跨越斷層富水軟巖隧道塌方的影響因素及圍巖失穩(wěn)破壞模式，據(jù)此提出針對性的處治措施；羅治國等[2]通過有限元軟件邁達(dá)斯GTS NX模擬隧道塌方段圍巖穩(wěn)定性，對隧道塌方機(jī)理進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)治理措施；焦艷彬等[3]通過喀斯特巖溶地區(qū)鳳凰隧道塌方冒頂實(shí)例，對該隧道塌方冒頂?shù)慕?jīng)過與原因進(jìn)行了分析，提出了處置巖溶地區(qū)塌方冒頂?shù)膶?shí)施方案；劉宇峰等[4]以貴州省黔東南州某隧道水平層狀薄層板巖坍塌為背景，分析了水平層狀薄層板巖的力學(xué)特性、失穩(wěn)機(jī)理及破壞形式，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況提出了相應(yīng)的處治措施，采用洞內(nèi)鋼花管注漿及增設(shè)鋼拱架加固后，采用短臺階法開挖拆換，成功地處治了該坍塌病害。盡管眾多研究人員及設(shè)計(jì)工作者做了大量工作[5-7]，但因各個(gè)隧道地形、地質(zhì)條件及開挖方式等不同，層狀砂巖隧道塌方案例依舊突出。

本文以云貴高原西南麓某山區(qū)高速公路沉積砂巖隧道為例，通過豐富的工程勘察手段如地質(zhì)調(diào)繪、物探、監(jiān)控量測等基本查明隧道水文地質(zhì)條件，并分析地質(zhì)情況及監(jiān)控量測資料，推斷出引起隧道塌方的基本原因，得出隧道塌方區(qū)范圍、塌方區(qū)分布情況、初支侵陷變形情況、變形規(guī)律等，運(yùn)用工程類比方法并結(jié)合施工安全、質(zhì)量控制、投資控制、施工工期等因素綜合考慮確定治理方案，為后期類似地質(zhì)條件隧道塌方治理提供借鑒和參考。

1 隧道工程概況

那峨隧道樂業(yè)端洞口位于樂業(yè)縣新化鎮(zhèn)皈里村那峨屯南面約500 m處，百色端洞口位于樂業(yè)縣新化鎮(zhèn)林立村復(fù)興屯東面約1 800 m處。該隧道為分離式隧道，左右線起訖樁號為：左線，ZK76+220～ZK78+089，長1 869 m，最大埋深為238.50 m；右線，YK76+240～YK78+910，長1 860 m，最大埋深為239.10 m。呈曲線形展布，總體軸線方向約為155°～164°～179°。

1.1 工程地質(zhì)概況

隧道區(qū)地形起伏較大，地貌類型為：中低山峰林地貌。中線高程為651.2～899.8 m，其中最大高差約248.6 m。洞身段地質(zhì)構(gòu)成主要為三疊系中統(tǒng)砂巖夾頁巖，其山坡較陡，地表呈波狀起伏，分析原因是長期受風(fēng)化剝蝕切割作用，丘陵地形切割較深。隧道樂業(yè)端洞口自然斜坡坡度為25°～35°，斜坡表面一般為第四系地層覆蓋，局部見強(qiáng)風(fēng)化巖出露，山體上植被較發(fā)育，穩(wěn)定性較好，主要植被有茶籽樹、杉樹、八角樹等。百色端洞口坡度大致為30°～40°，相對較陡，主要為第四系地層覆蓋，未見基巖出露，山體上主要分布杉樹、八角樹及雜樹等，植被較發(fā)育。

2 塌方過程

3 塌方原因分析

現(xiàn)場開挖揭露圍巖情況與原設(shè)計(jì)不符，施工過程中進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整，原設(shè)計(jì)與調(diào)整后圍巖及支護(hù)參數(shù)如下：

(1)原設(shè)計(jì)圍巖情況:中風(fēng)化砂巖，巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖質(zhì)較硬，巖體較完整，圍巖自穩(wěn)能力較好，無支護(hù)時(shí)拱部可能產(chǎn)生小型坍塌，側(cè)壁可能掉塊。集中降雨?duì)顟B(tài)下洞室內(nèi)呈潮濕狀出水。設(shè)計(jì)建議采用全斷面或臺階法開挖,支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 支護(hù)參數(shù)表

(2)現(xiàn)場開挖圍巖情況：掌子面圍巖呈薄層狀分布，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整度較差，拱頂無支護(hù)時(shí)易產(chǎn)生大塌方，側(cè)壁可能掉塊。開挖期間呈點(diǎn)滴狀出水，調(diào)整支護(hù)參數(shù)見表2。

表2 調(diào)整支護(hù)參數(shù)表

開挖揭示圍巖變化情況較大，在強(qiáng)降雨影響下，掌子面及掌子面后方出水量較大，設(shè)計(jì)調(diào)整支護(hù)參數(shù)偏弱，圍巖富水重力增加，巖體力學(xué)指標(biāo)降低，自穩(wěn)能力下降，初支受力變形，導(dǎo)致拱頂出現(xiàn)垮塌，這是引起塌方的重要因素。同時(shí)經(jīng)核查，部分鎖腳錨桿施工不規(guī)范，二襯未及時(shí)封閉成環(huán)等也對塌方有較大影響。

通過分析監(jiān)控量測數(shù)據(jù)得到Y(jié)K77+360～YK77+300段初支受到不同程度侵陷，距離掌子面越近，變形越大；從斷面上看，拱腰及拱頂變形較大，邊墻影響小，破壞和變形不大；坍塌主要發(fā)生在拱部，坍塌區(qū)呈漏斗狀分布，坍塌物主要為碎塊狀松散體。經(jīng)查地表未出現(xiàn)裂縫，隧道埋深160～175 m，左右洞間距約40 m，右洞隧道塌方對左幅隧道施工影響不大。

經(jīng)施工實(shí)際處治后確定，隧道坍塌段落為YK77+300～YK77+240段，長60 m，初支侵陷段為YK77+360～YK77+300，長60 m。

4 塌方綜合處治措施

(1)對YK77+360～YK77+300段出現(xiàn)拱架扭曲、初支開裂的長度70 m段落進(jìn)行換拱處理。

(2)換拱前先增設(shè)單層超前小導(dǎo)管進(jìn)行輔助施工。

輔助施工參數(shù)：

①采用φ42×4 mm的熱軋無縫鋼管制作。

②長4 m，環(huán)向間距40 cm，縱向排距2.4 m，每環(huán)設(shè)31根，如圖1所示。

圖1 超前支護(hù)設(shè)計(jì)圖

③管內(nèi)采用1∶1的水泥漿液進(jìn)行注漿處理，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。

(3)待漿液固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行如下處理：

①采用人工持風(fēng)鎬鑿除噴射混凝土，拆除原初期支護(hù)鋼架后立即對巖面進(jìn)行初噴。

②初噴后架設(shè)新鋼架，鋪鋼筋網(wǎng)片，同時(shí)利用注漿的小導(dǎo)管將鋼架與鋼筋網(wǎng)焊接固定。

③完成后立即進(jìn)行C25噴混凝土作業(yè)。

(4)第一輪換拱完成，將進(jìn)行下一循環(huán)開挖，前提條件是噴混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

(5)對YK77+300～YK77+240坍塌段進(jìn)行反壓回填，采用三臺階預(yù)留核心土開挖法進(jìn)行施工，并對坍塌面進(jìn)行噴射混凝土封閉。

(6)坍塌段施工要求：

①每次開挖進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.5 m以內(nèi)。

②開挖后立即噴混凝土封閉。

③封閉后架設(shè)I20 b工字鋼，間距為50 cm，同時(shí)掛雙層鋼筋網(wǎng)。

④安裝鋼拱架時(shí)，采用鎖腳小導(dǎo)管固定，上、中、下三臺階兩側(cè)鋼拱架底腳分別加固，采用φ42小導(dǎo)管，長度為3.5 m，共設(shè)3組，每組2根，如圖2所示。管內(nèi)注漿處理采用1∶1的水泥漿液。

圖2 鎖腳導(dǎo)管布置示意圖

⑤然后噴射C25混凝土。

(7)初期支護(hù)施工完成后，預(yù)埋φ108泵送管，長度為2 m，縱向間距為5 m，對拱頂塌腔采用C15混凝土分次回填，C15混凝土回填厚度為2 m。

5 處治效果評價(jià)

塌方治理結(jié)束后，對YK77+300、YK77+280、YK77+260、YK77+240四個(gè)斷面的水平收斂及拱頂沉降進(jìn)行監(jiān)控量測，如圖3～6所示。

圖3 YK77+300斷面收斂及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖(mm)

圖4 YK77+280斷面收斂及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖(mm)

圖5 YK77+260斷面收斂及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖(mm)

圖6 YK77+240斷面收斂及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖(mm)

通過分析圖3～6的監(jiān)測結(jié)果得到，在初期20 d，位移速度較大，水平收斂及拱頂沉降呈增長趨勢。一定時(shí)間后拱頂沉降和水平收斂速度逐漸變小，水平收斂值達(dá)到109 mm后趨于穩(wěn)定，拱頂沉降值達(dá)到107 mm后趨于穩(wěn)定，這是重力重分布穩(wěn)定和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)功能共同發(fā)揮作用的結(jié)果。開挖斷面預(yù)留形變量為40 cm，實(shí)際最大變形量在預(yù)留變形量范圍之內(nèi)。監(jiān)控量測結(jié)果表明，塌方綜合處治措施可行，治理效果良好。

6 結(jié)語

層狀砂巖受水影響較大，圍巖富水降低了巖體力學(xué)指標(biāo)，巖體自重增大，自穩(wěn)能力下降，此時(shí)層面和節(jié)理面為主要控制結(jié)構(gòu)面。層狀砂巖初支侵陷拱腰及拱頂變形較大，邊墻影響小，破壞和變形不大，坍塌主要發(fā)生在拱部，坍塌區(qū)呈漏斗狀分布。塌方處治后監(jiān)控量測結(jié)果表明，塌方綜合處治方案可行，治理效果良好。