覃靖　藍(lán)健寧

摘要：文章依托廷心隧道改擴(kuò)建項(xiàng)目，分析了原位擴(kuò)挖隧道施工過(guò)程中的二次塌方原因，并提出了相應(yīng)的處治方法：先噴射混凝土并在塌方段架設(shè)工字鋼防止坍塌體擴(kuò)散，再使用自進(jìn)式管棚進(jìn)行灌注，最后整段架設(shè)工字鋼，按Ⅴ級(jí)圍巖支護(hù)。根據(jù)該隧道塌方段下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)處治后，下沉量在一個(gè)月內(nèi)逐步回歸穩(wěn)定并處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，處治結(jié)果有效。

關(guān)鍵詞：隧道;原位擴(kuò)挖;塌方處治

中圖分類號(hào)：U458.3A200723

0 引言

隧道塌方是隧道中常見(jiàn)的災(zāi)害類型，在隧道掘進(jìn)過(guò)程中常常會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)、設(shè)計(jì)、施工等原因?qū)е聡鷰r失穩(wěn)而產(chǎn)生塌方，對(duì)施工人員造成的威脅極大，因此一直都是隧道研究中的重點(diǎn)[1-2]。而原位擴(kuò)建常帶來(lái)隧道二次塌方的風(fēng)險(xiǎn)，因其施工流程需要將既有隧道的二襯、初支等結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，同時(shí)加大隧道斷面面積，重新對(duì)其進(jìn)行支護(hù)和襯砌，不僅破壞了既有隧道的應(yīng)力平衡，而且還需要繼續(xù)向外擴(kuò)挖，多次的應(yīng)力擾動(dòng)使得應(yīng)力環(huán)境十分復(fù)雜。如果施工處于原隧道塌方處，塌方災(zāi)害再次發(fā)生的可能性會(huì)進(jìn)一步提高。

然而，我國(guó)在隧道原位擴(kuò)建施工方面工程實(shí)例較少，研究也不多[3-4]，且前人研究的多為新建隧道的塌方問(wèn)題。廣西由于經(jīng)濟(jì)和地理因素，在此之前并隧道原位無(wú)改擴(kuò)建的先例，廷心隧道屬?gòu)V西首個(gè)原位擴(kuò)建的高速公路隧道工程，這對(duì)相關(guān)方面的研究具有較大的意義。廷心隧道在施工過(guò)程中于既有隧道塌方處再次發(fā)生塌方，本文針對(duì)塌方的原因進(jìn)行了分析，提出塌方的處治措施，以期為隧道原位擴(kuò)建方面的研究提供實(shí)例支撐。

1 工程概況

既有廷心隧道位于河池市大化瑤族自治縣羌圩鄉(xiāng)洪籌村，為分離式隧道。隧道總體走向正北，左線長(zhǎng)507.5 m，右線長(zhǎng)516 m，進(jìn)出口路面設(shè)計(jì)高程分別為211.781 m、208.961 m，屬中隧道。

廷心隧道原設(shè)計(jì)為雙向四車道高速公路，現(xiàn)擴(kuò)建至雙向六車道。原隧道建筑限界：凈寬（0.75+0.75+2×3.75+1.0+1.0=11.00） m，行車道凈高5.0 m。擴(kuò)建后隧道建筑限界：凈寬（0.75+0.75+3×3.75+1.0+0.75=14.5） m，行車道凈高5.0 m。

1.1 地質(zhì)條件

隧道區(qū)屬剝蝕低山地貌，地形起伏較大。廷心隧道穿越相同山體，地面高程在210～339 m，相對(duì)高差約129 m。隧道洞身埋深不深，最大為109.6 m。進(jìn)口出口段山體斜坡自然坡角約為40°～60°。隧道所穿越山體的地層巖性主要為三疊系百逢組砂巖。隧道進(jìn)出口段巖石較破碎，強(qiáng)風(fēng)化，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。洞身段巖石較完整，中等風(fēng)化，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，力學(xué)強(qiáng)度較高，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，工程地質(zhì)穩(wěn)定性較好。

1.2 水文條件

隧道區(qū)內(nèi)無(wú)大的地表水體，主要為地表溪流，具有季節(jié)性，水流量受大氣降雨影響較大。地表水沿覆蓋層中的空隙或沿縱向裂縫垂直下滲，隧道開(kāi)挖時(shí)洞室一般以淋雨或涌流狀出水為主，局部裂隙發(fā)育。

2 塌方概況及原因分析

2.1 塌方概況

在廷心隧道左線ZK435+376.2～ZK435+379.5路段二襯破除時(shí)左側(cè)拱腰至拱頂塌方，塌方造成進(jìn)口端（都安端）7榀、出口端（巴馬端）4榀初支鋼架垮塌，塌方穩(wěn)定后確認(rèn)長(zhǎng)度約為17 m（樁號(hào)：ZK435+365～ZK435+382），塌方量約600 cm3。該塌方路段設(shè)計(jì)采用Ⅴ級(jí)圍巖襯砌類型進(jìn)行支護(hù)，初支采用Ⅰ20b型鋼，縱向間距為75 cm，超前支護(hù)采用 50 mm×5 mm超前小導(dǎo)管，長(zhǎng)450 cm，環(huán)向間距為40 cm，縱向間距為 300 cm;二襯為55 cm厚的C35防水鉿。塌方處于夾泥破碎帶，寬約30 m，左右洞斜交貫通，塌方體為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，無(wú)粘結(jié)性，松散、破碎。

2.2 塌方原因分析

事故發(fā)生后，相關(guān)工程人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方情況進(jìn)行了觀察和分析，得到以下結(jié)論。

（1）塌方發(fā)生的主要原因是位于原隧道塌方部位。該部位早期本就比較脆弱，受開(kāi)挖擾動(dòng)等因素影響發(fā)生過(guò)坍塌，在經(jīng)過(guò)噴射混凝土等措施防護(hù)后強(qiáng)度依然不高，因此在擴(kuò)建過(guò)程中拆除二襯后就很容易產(chǎn)生塌方。

（2）地質(zhì)條件較差。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，兩處塌方均處于Ⅴ級(jí)圍巖段。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)觀察，巖石巖性為強(qiáng)、中風(fēng)化砂巖，結(jié)構(gòu)面光滑，結(jié)合較差，圍巖自穩(wěn)能力差，呈裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，表面發(fā)育較多節(jié)理裂隙。

3 雷達(dá)探測(cè)

為獲取準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，保障施工的安全與進(jìn)度，項(xiàng)目使用了超前探地雷達(dá)進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)雷達(dá)通過(guò)接收反射信號(hào)，觀測(cè)反射信號(hào)的波長(zhǎng)走時(shí)，達(dá)到探測(cè)的目的，從而減少不良地質(zhì)條件帶來(lái)的危害，也能幫助制定處治地質(zhì)災(zāi)害的措施。

據(jù)雷達(dá)探測(cè)成果圖（圖1），ZK435+320～ZK435+345段圍巖為中風(fēng)化砂巖，掌子面前方0～10 m范圍內(nèi)雷達(dá)反射電磁波信號(hào)整體較強(qiáng)，同相軸較連續(xù)，反射波振幅較大，推測(cè)此段圍巖巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。掌子面前方10 m后，雷達(dá)反射波信號(hào)相對(duì)較弱，推斷這些區(qū)域巖體的完整性等情況相對(duì)于掌子面區(qū)域較好。而ZK435+345～ZK435+375掌子面前方0～15 m巖體較完整，15 m后完整性等情況相對(duì)較差。

整體上看，該段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)面光滑，結(jié)合較差，裂隙水較發(fā)育，掌子面干燥，圍巖自穩(wěn)能力較差，無(wú)支護(hù)時(shí)易塌方。建議圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。

4 塌方處治

地質(zhì)災(zāi)害在處理上要反應(yīng)及時(shí)。首先需要快速封鎖現(xiàn)場(chǎng)，防止非工作人員進(jìn)入，同時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)移臺(tái)車及施工設(shè)備，穩(wěn)固既有的坍塌體，避免二次事故的發(fā)生。

經(jīng)項(xiàng)目綜合討論，最終決定的處治方案如下。

（1）對(duì)塌方口進(jìn)出口兩端采用反壓，并采用噴射混凝土進(jìn)行封閉。在塌方臨近路段ZK435+360～ZK435+363、ZK435+382～ZK435+385增設(shè)復(fù)拱進(jìn)行加固，采用Ⅰ18工字鋼作為臨時(shí)復(fù)拱防護(hù)，間距為50 cm。在塌方段前后5 m路段采取打設(shè)徑向 50 mm小導(dǎo)管（長(zhǎng)4 m，環(huán)向間距為50 cm）注漿處理。

（2）打設(shè)大角度孔，鉆孔長(zhǎng)度≥10 m，從進(jìn)出口兩端對(duì)存在的空腔采用C25混凝土進(jìn)行泵送填充。泵送過(guò)程中應(yīng)分層施工，泵送混凝土應(yīng)適當(dāng)添加早強(qiáng)劑。泵送完成后從進(jìn)出口兩端打設(shè)大角度灌漿孔，鉆孔高度≥10 m，鉆孔完成后采用M30水泥砂漿進(jìn)行壓漿灌注，壓漿壓力≥0.5 MPa。施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)施工情況進(jìn)行記錄，有異常時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。

（3）壓漿完成后應(yīng)采用長(zhǎng)管棚進(jìn)行超前加固。管棚支護(hù)有效長(zhǎng)度約為20 m（32根，環(huán)向間距為50 cm），管棚要超過(guò)塌方段≥3 m，端部應(yīng)設(shè)臨時(shí)套拱，套拱長(zhǎng)度≥2 m。套拱內(nèi)鋼架、管棚相關(guān)參數(shù)參照洞口淺埋段超前大管棚設(shè)計(jì)圖執(zhí)行。

（4）塌方段反壓開(kāi)挖施工過(guò)程中采用ZS5-P進(jìn)行支護(hù)，施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)控制，確保鎖腳錨桿、鋼架連接質(zhì)量。

（5）塌方段臨近原隧道人行橫通道，在正式反挖施工前采用C15混凝土進(jìn)行回填，回填后應(yīng)在頂部進(jìn)行補(bǔ)壓漿，并設(shè)排水設(shè)施。

（6）加強(qiáng)塌方段排水處理，設(shè)置一道環(huán)向盲管，間距為2～3 m，并設(shè)置孔深≥5 m的主洞泄水孔。

（7）在塌方路段兩端按相關(guān)要求布設(shè)沉降變形觀測(cè)點(diǎn)，施工過(guò)程中項(xiàng)目部加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)，收集好相關(guān)數(shù)據(jù)，為圍巖支護(hù)提供參考，確保擴(kuò)洞施工安全。

5 監(jiān)控量測(cè)

根據(jù)地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)，本隧道周邊收斂測(cè)點(diǎn)在每個(gè)臺(tái)階每10 m布置一條水平測(cè)線;拱頂下沉測(cè)點(diǎn)每10 m布置一個(gè)量測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)稱布置在中軸線附近，間距2 m。依據(jù)規(guī)范要求周邊收斂與拱頂下沉應(yīng)布置在同一個(gè)斷面。

根據(jù)塌方段下沉監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)（表1）顯示，塌方段在塌方發(fā)生的首周內(nèi)最大下沉量達(dá)到5.3 mm，變形速率達(dá)0.6 mm/d。經(jīng)過(guò)塌方處治后，下沉量在一個(gè)月內(nèi)逐步回歸穩(wěn)定并處于規(guī)范允許范圍內(nèi)，處治結(jié)果有效。

6 結(jié)語(yǔ)

在改擴(kuò)建隧道項(xiàng)目的塌方處理上，首要的原則就是迅速反應(yīng)，及時(shí)封閉現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)穩(wěn)固坍塌體，避免造

成二次事故。既有項(xiàng)目的塌方實(shí)際上多數(shù)是地質(zhì)條件的問(wèn)題，施工擾動(dòng)使其受力結(jié)構(gòu)變得更加脆弱，在[KG（0.2mm]實(shí)際施工過(guò)程中很難避免。因此，在改擴(kuò)建隧道項(xiàng)目中，對(duì)于災(zāi)害的預(yù)防，更應(yīng)該引起管理人員的重視，通過(guò)規(guī)范施工和提高人員安全意識(shí)，減少塌方事故發(fā)生的可能性。在施工方式上，應(yīng)嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)做好超前支護(hù)措施，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。做到超前支護(hù)一段，開(kāi)挖一段;開(kāi)挖一榀，支護(hù)一榀。在施工管理上，要注意提醒施工團(tuán)隊(duì)安全作業(yè)，定期開(kāi)展安全培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)安全紀(jì)律，培養(yǎng)安全意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

覃 靖（1973—），高級(jí)工程師，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作;

藍(lán)健寧（1996—），碩士，主要從事公路工程隧道施工技術(shù)管理工作。