隧道施工塌方处理实例

63隧道施工塌方处理实例周孟纯1周泽兵1熊海源2（1江西科力咨询监理有限公司南昌330003）（2江西省水利厅宜春市水文分局宜春336000）摘要：在隧道施工过程中，往往会因为地质情况不良而产生程度不同的塌方，我们一方面要加强塌方前的测量和预报工作，避免发生塌方事故。但在塌方不可避免地发生后，如何处理塌方，如何恢复隧道正常施工，是隧道施工工程技术人员的难点和重点。因各个工程项目特殊性以及不同地质情况，如何正确处理塌方必须不同情况不同对待，总的原则是选择安全、方便、快捷、节省，保证人员和结构安全，保证施工方便，保证工期，保证费用最省的方案。本文根据庐山环南山一级公路桃花源隧道发生的塌方处理过程，介绍一种比较简单、安全、适应的方案，以供大家参考、借鉴。主题词：隧道施工；隧道塌方；安全；快捷处理0前言桃花源隧道位于庐山南侧，为环南山的一条旅游一级公路，在二期工程K3＋195－K3＋664有一分离式单向行车双车道隧道（上下行），因临近著名胜地桃花源而名桃花源隧道，设计速度为60km/h。隧道净宽10.45m，净高7.10m，洞口开挖宽度12.50m，开挖高度10.25m.隧道进口段地质情况比较复杂，洞口段主要为强风化泥质粉砂岩，坡积土和冲积土层，靡凌破碎，夹泥量大，大部分富水饱和，洞内围岩为强风化泥质页岩，局部为破碎靡凌状煤矸石，洞内围岩富水，直接受地表降水影响，长期渗水，雨季水量很大。现场施工方案采用分2次台阶开挖，上台阶开挖方式为留核心土法开挖，围岩类别为II类，采用工字钢支撑，挂钢筋网和喷射混凝土初期支护。1隧道塌方情况由于隧道右线进口段地质情况较差，围岩破碎，稳定性差，强度低，施工过程经常发生局部小的坍塌。2005年元月1日晚，在隧道K3+229处发生一次塌方，塌方量约为200m3，塌方直至地表，出现开天窗，清除塌方体后加强支护即顺利通过，但于3月11开始，到3月16日，前后多次出现基本连续的塌方，总的塌方量超过600m3，以16日的塌方为最大，当日总塌方数量超过400m3，整个隧道开挖掌子面范围全部封闭，同时伴有大量的山坡坡体积水流出，塌方原因主要是地质情况不良，地表降水渗入坡体，使围岩强度大幅度降低而产生自重滑塌，同时施工单位应急处理方式和施工工艺也是加大塌方的原因，本次塌方破坏一部分工字钢支撑和超前小导管，砸坏3杆风枪，所幸人员撤离迅速，没有人受伤。收稿日期：2005-03-25K3+280初拟塌方线断层图1塌方的断面形状及地断层示意图K3+280图1塌方的断面形状及地断层示意图本次塌方发生后，业主、代表处、驻地办3方人员及相邻标段隧道施工技术人员立即到现场勘察了塌方情况，由于该处隧道洞顶埋深超过33m，地表没有出现异常，也没有出现所谓的开天窗，但整个掌子面封闭，无法探明具体塌方的高度和深度，根据塌方体的数量判断塌方高度不低于15m，塌方体范围不＜5m，前进方向根据开挖及打眼情况分析，长度超过6m，塌方落块中主要是靡凌破碎的煤矸石，同时夹有棕黄色粘性土块，也有体积达5m3大孤石，可以听到水流入塌方体上部的声音，不时有从顶部掉块的声音。根据现场情况，可以判定塌方体尚未全部稳定，现场决定待塌方稳定后进行处理，并提出了处理的指导意见。2隧道塌方处理方法2天后，现场已全部稳定，根据现场情况，推断塌方范围以及塌方掉块的情况，处理方案初步确定，主要有以下几点：2.1超前防护2.1.1超前小导管用￠42小导管作为超前小导管，第一循环采用2排小导管，第一排仰角15°，尽量密排（施工中为保证施工作业范围，实际间距为15cm－20cm），导管长40m－60m。第一排小导管从没有破坏的靠近掌子面的第一榀工字钢支架顶穿过，使得小导管与工字钢形成一个支撑体系，支撑该排导管以64上的塌方破碎岩体.2.1.2加强前期支护系统在检查塌方体掌子面，发现因超挖，断面位置足以新加一榀临时工字钢与未破坏的第一榀工字钢相连接，故在此临时工字钢顶增设第二排密排小导管，与第一排导管体系一起形成强有力的前期支护系统，为开挖塌方体和安装塌方位置的第一榀新的工字钢打好安全基础。2.1.3加固塌方体的强度塌方体范围开挖循环的小导管层以每进尺1.0m，施作一个循环，每次的小导管从前一循环的工字钢顶穿过，保证工字钢与超前小导管形成统一的系统，同时通过小导管进行注浆，加固塌方体的强度，保证不至于在开挖过程中产生新的塌方，注浆浆液计划先采用单液，W/C=（0.8－1.5）:1；如单液注浆效果达不到预期的目的，则采用双液注浆，水玻璃浓度为25°－40°BE，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1:1－1:3。注浆时，初始浆液的水灰比适当调大，注浆压力为0.3MPa－0.5MPa，以后逐渐增加。2.2侧壁的加固加固塌体附近未塌部分，对未塌部分的边墙及拱部适当加密锚杆，以保证作业面的塌体的开挖安全稳定。2.3开挖以及初期支护如密排小导管以及注浆效果良好，则采用台阶分部法（工字钢嵌入法）开挖（见图2示）。开挖尽量采用机械配合人工开挖方式，而不采用爆破方式，如因破碎大的孤石时必须采用尽可能少的炸药，保证不致扰动塌方体，同时开挖时尽可能多的保留核心土，以防止出现新的塌方。2.3.1初期支护先用人工或用风镐将上弧形导坑开挖出来，开挖高度不超过50cm，每次进尺50cm，然后立即将钢拱架安装进去，进行初期支护。采用16工字钢作为钢拱架，间距30cm－50cm，工字钢之间用￠20连接钢筋连接，间距为50cm。2.3.2喷射混凝土厚度为25cm。工字钢拱架加工时，半径调大30cm，待上台阶开挖完成后，立即用简易小模板浇筑30cm厚C20混凝土。另将开挖预留量由10cm调整为15cm。2.3.3调整系统锚杆采用3.5m的中空锚杆，环向间距调整为50cm。2.3.4拱顶塌方体的处理每进尺2m，对拱顶的塌方破碎体吹注砂浆，注浆配合比为水：水泥：砂=1：2：1.86，注浆压力0.8MPa－1.2MPa，不宜过小，以保证注浆范围及效果，同时不宜过大，以防止增加过大的压力，使得围岩发生新的变形。2.3.5防止拱顶下沉拱脚处采用工字钢托梁，用锁脚锚杆进行加固，图台阶分部法初期支护30模筑砼图2台阶分部法2.4双侧壁导坑法如注浆后塌体固结不好，小导管变形较大，有可能不能承受顶部的压力时，拟采用双侧壁导坑法开挖，其支护参数原则上和台阶法时相同，在局部进行调整：2.4.1喷射混凝土厚度拱部、边墙为25cm，侧壁导坑部位20cm，临时仰拱15cm。2.4.2预留沉降量将开挖预留沉降量由10cm调整为17cm。2.4.3考虑操作空间锚杆采用长2.0m的中空锚杆，间距50cm。2.4.4缓冲层初支完成后，在其上浇筑1m厚C20混凝土护拱，然后砌筑1m以上片石缓冲层。2.4.5空腔注浆拱顶空腔用7.5号角钢临时支撑，互相之间进行焊接。初支完成后立即对该空腔注浆填充。2.4.6减少对塌体过大扰动左、右侧壁导坑必须错开一定距离（3－4m）进行施工，以减少对塌体的过大扰动。图3塌方位置的第一排及第二排超前小导管（未注浆）3隧道塌方处理的辅助事项3.1变形观测施工时，按照规范进行拱顶下沉及净空收敛变形观测，如变形量较大，则对初期支护进行加强。3.2安全警戒开挖以及打眼施工中，派专人进行安全警戒，一旦有异常声响或者加剧坍塌的危险，发出警告，保证人员安全。在塌方处理时，不可预见性及危险性的因素较多，施工安全要得到高度地重视，加强施工量测及现场情况变化的观察，提高预警能力，确保施工人63员的人身安全。4施工过程以及效果评析3月17日塌方基本结束，方案于20日确定，加上准备工作以及方案完善和批准，到22日开始实施，基本做到一天一个循环，前2榀的间距为30cm，以后的间距为50cm到80cm，塌方段长度与预先判断的6m相符合，从打小导管的情况判断来看，塌方体在隧道开挖界限以外的高度为4m左右，但具体塌方空腔大小依旧不明确，小导管注浆采用的水泥净浆，注浆量不大但效果良好，小导管也能起到预期的支撑效果，开挖过程虽有小的掉块和落渣，但很安全，后来穿过塌方段60m，初支很稳定，没有出现异常裂纹和沉降偏大的现象，从沉降和收敛的观察结果来看，效果非常好！现在已经对开挖界限以外的塌方体进行了注浆，能更加稳定该位置的破碎围岩，对后期施工无任何不良影响，只是在下台阶的开挖时注意继续加强监控工作，接腿施工时注意错开开挖和接腿，保证不至于产生下台阶开挖时产生整体坐沉，二衬施工前对影响衬砌施工的结构认真进行割除和处理，不至于破坏防水层结构，加之本段渗水量很大，应该适当调整该处的引排水结构。本隧道塌方处理方案共花费的时间，连同方案确定、施工准备一起约为15天，费用不超过40万元，工艺简单，无须另外增加设备，安全快捷，对总体工期并无太大影响，确实起到很好的效果。5结语本文根据桃花源隧道塌方处理的成功方案作了介绍，但每个隧道施工中往往因为地质情况的不可完全准确预见和以及围岩含水情况变化较大，地质情况不良时容易产生塌方冒顶等地质灾害事故，有时甚至带来较大的人员伤害和财产损失，有的还影响到结构的使用安全，作为工程技术人员一定要以高度的责任心，严谨的工作作风，实事求是工作态度，对工程负责，对质量负责，对生命负责，认真对待每一个工作细节，保证质量，保证安全，为交通事业的发展而竭心尽力。参考文献：[1]JTJ041－2000公路桥涵施工技术规范[S].[2]JTJ023－85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].[3]JTJ042－94，公路隧道施工技术规范[S].[4]交通部，公路工程国内招标文件范本[S].