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浅谈浅埋隧道塌方冒顶处理技术

日期：2016-6-20 14:33:37　来源：转载　浏览数：
　

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属于地下建筑物的隧道，不确定的突发事件较多，突发性和可变性较大，以目前的预测手段，很难对地层状况进行精准地勘探。施工过程中突发的地质变化，如果所采取的技术措施不恰当，则极易发生塌方，某些地质不良地段，隧道塌方次数常常达到数十次甚至上百次。由此可见，塌方在隧道施工中是一种经常面临的问题。为了避免隧道施工过程中出现塌方情况，除了在动工前做好地质勘探工作外，还必须在塌方发生时，快速恰当地采取相应措施，对塌方进行及时处理，避免因塌方造成巨大的工期和成本损失。本文作者结合实际的隧道塌方处理实例，详细介绍了隧道塌方事故发生后的具体处理措施，以期为隧道塌方处理提供相关的经验借鉴。
    1 ·工程介绍
    南石壁隧道设计为分离式隧道，位于新余市分宜县洞村乡沧上村与上高县南港水库之间，起讫里程为ZK172 + 136 ～ ZK173 + 060 ( 右幅YK172 +136 ～ YK173 + 100) ，该隧道长度大约924m( 右幅长约964m) ，隧道的最大埋深约为110m。
    南石壁隧道所处地区属于构造侵蚀、溶蚀地貌。整条隧道横向贯穿本地区的袁河水系与锦河水系分水岭地段，该分水岭地段北侧地形非常陡峻，呈东南向展开分布，表现为一系列悬崖峭壁，南侧的地势相对较为缓，自然坡度角平均为20°左右。
    1． 1 塌方过程
    2006 年8 月17 日下午16 时，在南石壁隧道吉安端右幅进洞施工至18m 位置时，拱顶和右拱腰开始掉块，17 ∶ 45 时右拱腰出现涌水突泥现象，并开始坍塌，至21 ∶ 40 时洞顶坍塌高度约6m，8 月18 日早晨该处坍塌冒顶。隧道塌方处围岩的厚度大约为9． 5m，地表塌陷面积约6m × 7m。
    1． 2 原因分析
    塌方后经详细勘测认真分析后，总结塌方原因如下:
    ( 1) 隧道塌方处的土质较差，比较稀松，内部夹杂些许碎石，而且在右侧的拱腰处存在一定的涌水现象; 塌方处多为土壤和碎石的交界面，而且埋深较小，仅为9m 左右，造成塌方的原因主要是地表降水后，在岩石表面存有积水，松散的土壤经过浸泡变软后，与碎石交界面产生滑移，极易造成滑塌。
    ( 2) 隧道塌方处为长管棚与超前小导管的交界位置，由于长管棚的刚度远远小于小导管，长管棚栽头经过切割后，长度为3． 5m 的小导管受力迅速增大，在注浆效果不佳的情况下失去了作用。
      ( 3) 由于隧道拱顶植被多为灌木丛，而且施工形成的截水沟到拱顶距离较小，仅为5m 左右，地表降水后，相当一部分雨水未能由截水沟排出，雨水下渗情况较多。
    ( 4) 另外一个主要原因是因为混凝土浇注后相应的衬砌施工工序未能及时紧跟。
    1． 3 治理方案
    1． 3． 1 洞外处理
    ( 1) 隧道塌方处进行修坡施工，使其由上向下形成1 ∶ 0． 5 的坡度，使塌方处洞室形成漏斗的形状，在顶部搭建足够大的防雨棚，并在四周修建临时性的排水沟，保证地表积水和雨水的顺利排出，以免塌方继续扩大。
    ( 2) 塌方处洞室坡面的四周用Ф42 × 3． 5mm、长度为3． 5m、间距为1． 0 × 1． 0m 的小导管进行注浆加固，小导管须呈梅花型进行布置，并垂直坡面方向进行施做。塌方处洞室四壁采用C20 混凝土进行喷射，混凝土的喷射厚度不小于10cm。裸露坡面高度不大于5m。
    ( 3) 经前两部处理后，对漏斗状洞室进行回填，采用优质土进行分层填筑，而且分层厚度不得超过15cm。在进行优质土回填前，需对漏斗底部的不良土壤进行彻底清除; 回填土经夯实后，其最终高度应超出拱顶高度至少4m，而后用Ф42 × 3． 5mm、间距为0． 8 × 0． 8m、长度为3． 5m 的小导管进行注浆施工，小导管垂直打入回填土层中。当洞内隧道施工经过初期支护阶段后，对地表以下、到顶部4m 以上部分的剩余部分进行回填，分层夯实，经夯实后填土的最终高度应高出原地表平面20cm 以上。隧道塌方处的洞外处理过程示意图如图1 所示。

    1． 3． 2 洞内处理
    洞内施工须待塌方处回填土经小导管注浆处理，土体稳固后方可进行。
    ( 1) 由于采用回填土的方式进行处理，因此在接近塌方处进行施工时，应完全采用人工清理，避免机械振动引起隧道二次塌方。
    ( 2) 由于洞内的两侧边墙土体经积水浸泡，软化情况较为严重，隧道经过人工清理后，边墙再度临空，侧向压力消除，仍存在不稳定的因素。为了避免再次发生涌水突泥的情况，须在坍塌处施作外插角为10° ～ 30°、长度为5m、环间距为0． 4m 的超前注浆小导管，待注浆稳定后再进行下一步的清理工作。每当清理完成0． 5m 后，应当立即架设1 榀S18 工字钢拱架，并及时施作钢筋网、系统锚杆以及喷射混凝土。

    ( 3) 清理时，为了避免二次塌方，应在施工过程中做好施工沉降观测工作。沉降观测点应设置在新架设的钢拱架上。随时观测隧道拱顶、拱部以及边墙的沉降变化。一旦发现沉降幅度超过预定值，或沉降的速度突然加快、钢拱架发生变形、喷射的混凝土有开裂等异常的情况，应立即暂停施工，迅速撤出相关的作业人员，当沉降稳定并进行相应处理后方可继续进行施工。
    2· 塌方段开挖
    在超前注浆小导管施作完毕，注浆强度达到70%后，本着“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的原则进行开挖。
    ( 1) 鉴于开挖面拱部软弱破碎、起拱线以下岩层整体性较好的情况，二次开挖开用微台阶法，将上台阶，利用边墙岩柱支撑上拱。

    ( 2) 上台阶采用预留核心土、环形开挖的方法进行施工，循环作业，每次行进尺寸为0． 5m，如果回填土可以用风镐进行作业时，应采用风镐作业。针对土体中存在的大块孤石，为了最大限度地减小施工对周围岩体的扰动，应采用小药卷逐块爆破的方法施工，以避免地表回填土与岩层分离产生滑移。每开挖一榀拱架单元，立即架设下一榀拱架并采用C20 早强混凝土及时地进行锚、网、喷支护作业。
    ( 3) 下台阶应采用中槽开挖的方法进行施工，开槽后按设计开挖轮廓线打立眼分别爆破两侧边墙，为了减小对围岩的扰动，拉槽及两侧边墙爆破依次进行，每次循环行进尺寸不得大于0． 5m。
    3· 衬砌
    ( 1) 塌方处隧道的衬砌应紧跟掌子面进行施做，仍旧采用仰拱超前的方法施工，利用模筑衬砌台车进行全断面整体衬砌施工。
    ( 2) 由于拱顶回填土的保水性差，很容易造成地表水渗漏，因此必须要做好衬砌背后的防水工作，应采取措施及时将渗水排出。具体的处理措施为:沿衬砌外轮廓每3m 环形布置一根半圆软式HC －3． 5 透水管，将水引至侧式排水沟进行排出。
    4· 总结
    作者通过南石壁隧道塌方冒顶处理工程的切身体会，总结出以下几条经验，具体如下:
    ( 1) 在进行浅埋隧道施工超前地质预报时，应将覆盖层的地质情况进行同时预报，在浅埋段应布置足够数量的地质钻孔以便核对和探明拱顶覆盖层的地质及植被情况，针对具体的情况采取相应的预防措施以便防止安全事故的发生。
    ( 2) 施工开挖必须针对不同情况，合理采用预裂爆破和光面爆破技术进行作业。在破碎围岩地段，需采用人工开挖，最大限度保护围岩。
    ( 3) 隧道施工工序，应严格地按照新奥法的基本原理组织施工，同时应在施工过程中做好隧道各部分的沉降变形监测工作，一旦发现异常情况，应立即停止施工，查明原因并作相应处理，保证安全后方可继续施工。
    ( 4) 利用超强注浆小导管处理中型及小型塌方是一种比较高效节约的方法，且安全可靠。
    ( 5) 虽然隧道塌方在隧道施工中时常发生，但是每次塌方的具体原因和塌方严重程度均不相同，因此，在施工中应根据具体的情况选择适当合理的处理措施。
    南石壁隧道塌方冒顶处理方案充分把小导管注浆与隧道开挖结合起来，从处理塌方到二次开挖仅用7d，既将塌方的损失降到了最低又保证了施工工期。处理方案的合理制定在工期、质量安全上起到了关键作用，得到了业主的好评。