六公司哈齊專案部 聞發利
【摘要】此文章根據公路隧道塌方產生成因及處理方法的工程實踐，論述了公路軟弱圍巖段隧道施工應儘早封閉成環、重視監控量測工作、加強施工管理的重要性。
【關鍵詞】隧道塌方、軟弱圍巖、處理方法
1 地形及地質概況
寶天高速公路隧道為分離式隧道，設計淨空斷面為12.0 m×7.0 m，複合式襯砌結構。按照新奧法施工，進出口段採用大管棚、超前小導管、鋼支撐、超前錨杆。
隧道處地形及地質特點:①隧道地處丘陵地貌,山坡坡度約為20°～45°；隧道進出口處植被較發育。②隧道岩層走向與隧道軸線大角度相交，中間有斷裂及向斜構造分佈，岩層層理、裂隙發育較全，易產生坍塌和掉塊。③隧道進出口段處見風化凹槽，地層巖性為砂加卵石岩層，厚度大、地層滲透係數大，屬強過水通道,水量豐富。洞頂埋深淺，大部分處於埋深小於40～75 m的淺埋地段。由於隧道地層含水量豐富，導致側壁容易失穩，拱部若無支護時容易產生坍塌。④隧道地下水主要有風化層孔隙裂隙水和基岩裂隙水，受大氣降水及地下水側向補給，水量豐富。根據勘察資料表明隧道大部分穿行於粉砂岩、泥岩區，層理裂隙發育，且本隧道發育有兩條斷裂帶，為潛在的良好透水帶。
2 隧道塌方產生原因處理方法
2.1 設計因素
公路隧道工程設計方法主要有工程類比法、理論計演算法及現場監控法等，這些方法又以工程類比法運用得最為廣泛。在設計過程中若對圍巖判斷不準或情況不明，從而設計的支護型別與實際要求不相適應，也是導致施工中產生鬆馳坍塌等異常現象的原因，且設計中的地質勘查資料詳細與否也是造成施工塌方事故產生主導因素之一。
2.2 地形及地質因素
隧道工程地質情況千變萬化,施工過程中受各種不可預見的地質因素及地質構造的影響巨大。公路隧道受多變的地質條件影響，如遇到地下水、斷層破碎帶、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件，使施工難度大，安全性差；且公路隧道開挖跨度大，單洞雙車道隧道開挖跨度達10 m，形狀扁平，且防水要求極高，無疑加大了公路隧道的施工難度和塌方事故的產生。
此隧道中地層巖性呈砂土加卵石岩層，厚度大、地層滲透係數大，屬強過水通道，水量豐富。水滲入圍巖使軟化係數大的岩石強度降低，結構面的抗剪強度減小，導致塌方。洞頂埋深較淺，大部分處於埋深處於40～75 m的淺埋地段。塌方處地表人工採土開挖範圍較大，未採取防護措施。
2.3 施工因素
有些施工單位及施工人員為了能賺取更多的利潤，甚至期盼著隧道塌方，從而增加工程數量或者設計變更以帶來更大的施工利潤。另一方面，有些施工單位抱著“地質工作是設計人員的任務,而不是施工人員的事”的觀念致使減少甚至忽略了施工過程中的地質勘測及超前預報工作，從而加大了隧道施工塌方事故產生的`可能性。施工單位在施工中的不規範或是違規施工也是導致塌方的重要因素之一。目前，公路隧道施工隊伍的技術、管理及施工水平相差甚遠，加之一些建設環節的操作不規範，有些施工單位及人員對新奧法原理缺乏深入的認識、學習、研究和應用，導致不規範或是違規施工現象較為普遍。
2.4塌方的處理方法
塌方事故發生後，要及時對塌方體進行封閉處理，對塌方體表面噴一層25cm厚的C25早強噴射混凝土並掛網將塌方體封閉，然後進行超前小導管注漿預支護加固、穩定圍巖。針對現場塌方的實際情況，對受塌方影響的初期襯砌裂縫地段進行加固，並及時施作二次襯砌，對塌方體進行加固處理。
2.4.1 塌方侵限段的加固處理
塌方事故直接導致初期支護拱體長達16 m～22 m，拱頂初期支護下沉變形較大，出現多條較大裂縫，拱頂侵限等。為了防止塌方範圍繼續擴大，以及防止前端的初期襯砌支護下沉變形加大，對初期襯砌裂縫地段採取瞭如下加固措施:
(1)對初期支護裂縫地段的加固支護，拱部增設徑向 Φ50 mm×5 mm小導管，呈梅花型佈置，間距為100 cm×100 cm。施工後及時注漿以加固圍巖，防止洞室周圍圍巖在圍巖裂隙水的作用下進一步擴張。通過監控量測及資料整理的結果可以總結出小導管注漿後圍巖變形量減小，達到了通過增設小導管，對導管內進行注漿，有效加固裂縫地段的預期效果。
(2)先對每榀鋼拱架拱腳底部每側各施打向下為45°的兩根4.5 m 長注漿小導管進行鎖腳，然後用工字鋼做臨時支撐，槽鋼做底樑。待鋼支撐施工完畢後，設水平橫向支撐形成環，工字鋼用Φ25鋼筋縱向連線,環向間距為80 cm。鋼拱架按間距為70 cm進行安裝,加設楔形砼墊於噴射混凝土與型鋼之間塞縫。
(3)未塌方段由於受到塌方地段的影響，緊鄰塌方體10 m範圍內的圍巖也發生較大變形。為了確保二次襯砌的厚度，對侵限地段已經施工完畢的鋼支撐進行了更換處理。更換採取間隔換拱，型鋼更換後,對侵入二襯範圍的噴射砼進行鑿除，達到設計初期支護厚度後再進行重新補噴，然後再進行二次襯砌的正常施工。
2.4.2塌方處理總體方案
本隧道圍巖結構大部分屬於V級圍巖，此塌方體厚度為13 m～21 m，高度為41 m,塌方空腔較大。在處理、加固好未塌方段後，在做好隧道地表排水和保證安全的前提條件下，建議按照下列方案和工藝進行塌方體處理。
Ⅰ 加強對塌方體的監控量測
對隧道塌方範圍進行定時、定位觀測，隨時掌握塌方體動向，並將現場資料進行迴歸分析，以便對圍巖穩定進行分析，修正和完善應急方案。
Ⅱ 洞內塌方影響段處理
(1)對塌方體表面噴一層25 cm厚的C25早強噴射混凝土並掛網將塌方體封閉，保持塌方體穩定。應在塌方體下部打入Φ50 mm×5 mm成梅花形佈置的小導管，對所佈置的小導管內進行注漿處理，且在裂隙水流向處預留導管，以利於塌方體內排水問題。
(2)在塌方影響段內採用Φ89 mm×6 mm 超前注漿鋼管,環向、縱向間距分別為50 cm、100 cm,扇形佈置,外插角為30°、45°,長度為25 m。
(3)待塌方體注漿固結強度及超前支護強度達到設計要求後，方可對塌方段進行開挖。嚴格採用雙側壁導坑，預留核心土，必要時加上下臺階法進行掘進，逐段清理塌方體並開挖到設計輪廓線後，隨即噴射5 cm混凝土,架設工字鋼進行支撐(間距為50 cm)。並用注漿小導管鎖腳(每處施做兩根4.5 m長,Φ50 mm×5 mm小導管)，鋼支撐架設後應立即復噴到位。
(4)初期支護採用Φ50 mm×5 mm小導管(長為5 m,外插角為60°)，小導管縱、環向間距分別為1 m、0.3m和掛網噴C25砼(厚30 cm)，工字鋼支撐(間距為50 cm)。
(5)二次襯砌比原設計加強加厚處理，厚度按60 cm（原設計為50cm），混凝土標號採用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑採用Φ22 mm,間距為10 cm。
(6)注漿:為了保證水泥靜漿在土體中一定範圍內擴散，注漿材料採用C30細粒水泥漿和環氧樹脂混合料，注漿壓力為3.0 MPa。施工時注漿量根據現場試驗進行確定。注漿時先拱牆、後拱部，並採用隔孔注漿方式。注漿結束標準，注漿壓力逐步升高，達到設計終壓並繼續注漿15 min以上，注漿量一般為20 L/min～30 L/min。
(7)初期支護完成後,仰拱緊跟施作,儘快形成隧道斷面封閉成環，並要求二襯襯砌緊跟，使塌方體變形小並保證塌方體穩定。側壁臨時支護拆卸前必須對注漿過的圍巖鑽孔取芯，檢測注漿效果，若注漿效果達不到要求，須重新補註加固。
Ⅲ洞頂地表處理
(1)修築洞頂塌陷坑周邊的截排水溝,以阻止地表水繼續向塌方區彙集。
(2)在山體周邊表面裂縫填灌C20水泥漿(上邊大裂縫可用黏土填築,表面再用水泥砂漿隔水),回填地表凹陷處並進行夯實,在其上噴一層厚20 cm的C20早強混凝土將塌方體封閉,保持地表塌方體的穩定。
3 塌方處理的施工要求
(1)監控量測要求,先期監控頻率每班監控1次,待變形基本控制住後可改為每天1次,及時向設計代表和總監辦彙報監控結果。
(2)遇到突發事件,立即採取應急處理措施。在施工過程中,應確保施工安全,採用3班工作制,安全員應隨時注意觀察圍巖變化。若有突變,所有人員必須立即撤離。同時要加快處理速度,以儘量減少裂縫發展。
4 結論
在處理此隧道的塌方中,我們遇到了困難,進行了反思,總結得到以下幾點經驗:
(1)加強在隧道施工實踐中對新奧法原理的理解和實施,“設計、施工、量測、設計”是新奧法的根本所在,屬動態資訊管理。加強監控量測工作,按規定進行量測、科學分析、資訊及時反饋,指導工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ級的圍巖施工中,該項工作顯得更為重要。
(2)在Ⅴ、Ⅳ級軟弱圍巖含水地段開挖施工中,應嚴格遵循“短進尺,弱爆破,緊支護,勤量測”的指導方針。實踐證明,及時支護並初噴4 cm厚砼封閉的施工工序至關重要,可避免隧道開挖後圍巖暴露過久產生風化作用而降低其強度和穩定性,使支護和圍巖作為一個統一的整體共同工作,降低塌方事故發生的可能性。
(3)公路軟弱圍巖段隧道施工必須早封閉成環及緊跟二次襯砌,使其與初期襯砌共同參與受力。避免初期支護被壓垮,導致隧道塌方。
(4)隧道塌方後,必須迅速、及時地處理現場,科學合理的制定塌方處理方案。塌方事故發生後,各方負責人和技術人員應迅速到達塌方地點,詳細勘察塌穴尺寸及塌穴穩定情況,研究工程地質、水文地質,檢查塌方對初期支護的損壞情況和影響區域,分析塌方的主要原因和可能繼續發展的趨勢。在現場掌握情況的基礎上,認真制定處理的步驟、方法及預防對策。
(5)隧道塌方後,應先待塌方體相對穩定後,對塌方體表面進行噴混凝土封閉,防止塌方體滑移,然後再加固未塌方地段,防止塌方範圍擴大,最後向塌方體注漿加固為後序開挖做好準備。