时间：2013-11-29 分类：交通运输
摘要：隧道围岩为挤压破碎带是造成隧道塌方的主要原因，采取切实可行的处治设计和施工技术能顺利安全通过塌方段并积累经验无疑倍受岩土工程界的关注，本文以飞水岩2#隧道出口塌方段实例论述其处治设计及施工技术，可供隧道施工及设计参考。
关键词：隧道塌方,处治方法,施工方法及工艺,技术措施
1 工程概况及地质条件
飞水岩2#隧道是省道S211上连接马尔康和金川重要的公路隧道，全长2739m，建筑限界高5m，宽8m，位于大渡河大金川段高山深切曲流河谷区，两岸山体雄厚，河谷深切，谷坡陡峻，隧道走向基本与河流向一致。
隧道最大埋深约250m，一般埋深约100～150m。围岩为燕山晚期细—中粒二云二长花岗岩，主要由钾长石、斜长石、石英、黑云和白云母等矿物组成，具细~中粒结构，块状~片麻状构造。花岗岩形成早期由于岩浆扰动构造作用，由云母、长石和石英形成的岩脉大致呈痕状、隐纹状、线状、带状断续分布构成，对岩体中常见的弧形或缓波状层节理产生了一定的影响。岩体中发育花岗细晶岩脉和花岗伟晶岩脉，大部为伟晶岩脉，伟晶岩脉普遍穿插分布发育，数量较多，一般沿原生节理裂隙延展。岩体坚硬致密，属坚硬岩，围岩完整性好，局部发育数条宽度不等的石英岩脉，大部分围岩干燥无渗水，呈块状及整体状结构，隧道进出口端及局部节理裂隙较发育处呈块裂状、碎裂状结构，判释为Ⅱ～Ⅲ级围岩，局部为Ⅳ级围岩。
2 塌方情况及原因分析
2010年8月6日凌晨，施工至k4+829时，由于挤压破碎带突变破碎夹有粘性土引起塌方，将掌子面6m(k4+829～k4+835段)初期支护破坏，塌方位于掌子面左侧顶拱、边顶拱部位，最大掉块约4m3，整个塌方量约45m³，塌方堆积体高度超出开挖轮廓线。飞水岩2#隧道k4+829～k4+840段为保证塌方段处理与后期洞挖施工安全，现场确定以以下措施进行施工：
塌方原因：
(1)地质缺陷：桩号K4+846起向小桩号有一条强挤压破碎带，展布余掌子面中—左部位，呈带状发育，产状N50°W/SW∠50°~65°，挤压破碎带与洞向近于平行，下部陡立，向上部变缓，破碎带带宽3m左右，内有渗水，局部岩体呈松散砂状，完整性差;破碎影响带宽3~4m，带内岩体呈薄层状，下层面上有断层泥和擦痕，受挤压破碎带、影响带、渗水的影响，隧道顶拱和左侧墙岩体较破碎，呈次块状结构~镶嵌碎裂结构，粘结性差，围岩稳定性差，开挖后在拱顶和左侧墙部位易形成掉块和坍塌。
(2)施工安全风险高：在该段施工工程中不断有小掉块发生，至使安全风险高，施工进度慢，未及时对原塌方部位进行封闭。
3 处治方法及设计方案
3.1 对钢支撑保留段处理方法
(1)测量现有的钢架支护，防止钢架侵占后期二衬砼空间，对变形严重的钢架进行替换。
(2)对K4+836～K4+845段损坏的钢架、连接筋进行替换，使钢架形成整体受力，并在钢架左侧拱脚、拱腰部位增设二道通长[10槽钢，与已有的加固钢架焊接牢固。
(3)对K4+836～K4+845段钢架左侧围岩进行小导管注浆加固。注浆小导管施工参数：L=6.0m，φ42，间排距1.0m×1.0m。
(4)对K4+840～K4+845段顶拱回填砼，对喷射砼损坏的部位进行补强。顶拱回填砼收缩变形裂开部位采用小导管灌浆补强，小导管施工参数：L=3.0m，φ42，沿裂隙按0.5m布设。
3.2 塌方段处理方法
由于空腔塌方、掉块仍未停止。为保证施工人员的安全，待塌方段稳定后，便采用预留核心土分部台阶法进行开挖，支护及时跟进，每个循环进尺控制在0.5m内。即采用先分部架立两侧拱墙钢拱架，施工锁脚小导管和锁脚锚杆固定、并对两侧拱墙注浆加固，再顶部空腔回填混凝土封闭。待砼达到强度90%后再将两侧钢拱架连接完整，最后清除中间核心堆渣，按此循环直至掌子面。具体叙述如下：
3.2.1 右侧(沿大桩号方向)拱墙脱空较大，约2m厚，先用人工从侧边墙位置开始掏出堆渣，每次掏挖高度不超过4m，纵向长度不超过1m，横向宽度不超过3m，并及时架立钢支撑，钢支撑采用I20b型，间距0.5m，完毕后及时施工锁脚小导管和锁脚锚杆固定，然后将掏出渣体回填以保护已架立好的工字钢。
3.2.2 钢支撑架立好后对右侧腔体渣料采用注浆固结的方式进行加固。注浆小导管参数为φ42、L=6.0m，待右侧渣体固结后，再清除底部渣料，并连接钢支撑至底板，同样采用相同的注浆小导管对空腔体渣料进行固结。
3.2.3 待右侧(沿大桩号方向)稳定后，人工掏出左侧拱墙堆渣(掏挖深度、高度、宽度尽量与右侧一致)。左侧拱墙无脱空，按间距0.5m布设I20b型钢，型钢间采用φ22钢筋连接，连接筋间距0.5m;在钢架底部、中部施工锁脚锚杆，共8根;系统锚杆施工与原施工图相同，喷射C25砼至初期支护的外轮廓线。
3.2.4 待两侧钢支撑达到强度后，利用机械在塌方空腔底部往大桩号方向修筑施工平台，采用人工码沙袋的方式进行封模从而浇注回填混凝土，具体施工工艺如下：
3.2.4.1 由于小规模塌方不断，堆渣体已基本填满并局部超出原设计开挖断面。待塌方稳定后，采用往空腔里喷射砂的方式对局部的堆渣未超出设计开挖断面的空隙进行回填，确保堆渣整体超出原设计断面0.3m厚，防止空腔回填砼侵占钢支撑、二衬砼部位，并预留砼浇筑时的沉降位移。#p#分页标题#e#
3.2.4.2 由于堆渣存在缝隙，为防止浇筑混凝土时出现漏浆现象而影响回填混凝土质量，故采取对塌方段堆渣体表层整体喷射M5砂浆，砂浆厚10cm，以保证回填砼的强度及整体性。
3.2.4.3 由于机械的操作空间所限故不能完全实现堆渣封模，故在钢支撑保留完好段采用挖掘机修筑2.5m高的施工平台。采用人工码填砂袋进行封堵空缺部位。为增加混凝土的抗折性，混凝土回填空腔内布设钢筋网(在确保安全的前提下)，钢筋网参数为：L=9m，φ22，间排距0.3m×0.3m，共两层;并在空腔较低处(混凝土回填较厚位置)局部布设I18型钢，根数4~5根。
3.2.4.4 预埋最少2组不同高度、不同长度的回填砼、砂浆的泵管。预埋高度为超过设计钢支撑轮廓线外2.0m、4.5m。泵管左右均布、前后交错布置，以保证混凝土浇筑的均匀性，防止混凝土在输送管出口附近位置发生堆积。
3.2.4.5 通过泵管，对空腔分层回填C25砼、M5砂浆缓冲层。第1层回填C25砼，至均1.0m厚;待第1层砼强度达到70%上后，进行第2层砼回填，第2层回填C25砼，至均2.5m厚;待第2层砼强度达到70%上后，进行第3层M5砂浆保护层回填，至3.5m厚。浇筑过程中根据现场实际情况,及时调整混凝土塌落度，以控制其流动性。最终工程量以现场实际发生为准。
3.2.5 砼强度达到90%以上后，在回填砼底部两侧(拱墙部位)，沿砼的下端设注浆小导管，使砼与围岩连接成整体，并充填由于砼收缩后产生的裂缝。注浆小导管施工参数：每边设3排，φ42，L=6.0m，间排距0.3m×0.3m，梅花型布置，施工角度为回填砼和空腔围岩的接触面呈45°。在小导管端头焊接φ25钢筋，且连接成整体，紧贴砼。然后人工掏挖中部渣体，并及安装顶拱钢且与两侧墙钢相连接。
3.2.6 重复上述①~⑤步，根据现场实际情况，每循环控制在0.5m~1m，逐步施工至塌方体的掌子面。
3.2.7 在顶拱回填砼的下部设顶拱下沉变形观测点，严格监控整体变形，并及时反馈观测资料，指导后序施工。
3.2.8 根据变形观测资料，及时施工该塌方段的二次衬砌砼。
3.3 后续施工方法
严格按照\"先超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测\"的开挖原则进行后续施工。
(1)先超前。严格控制超前注浆小导管的施工质量，必要时请四方联合验收。
(2)短进尺。控制每循环开挖进尺在1m内。严禁盲目开挖。
(3)弱爆破。根据现场掌子面的围岩坚硬情况，及时调整爆破装药量。每循环单独做好爆破设计，并坚持爆破审批制度。
(4)强支护。建议调整该段的原有设计支护措施。钢支撑原设计为0.75m/榀，建议调整为0.5m/榀;连接筋原设计为1m/根，建议调整为0.5m/根，并在左侧拱脚、拱腰部位增设二根[10槽钢;锁脚锚杆为钢筋锚杆φ22，L=3.5m，建议将左侧锁脚调整为注浆小导管，φ42，L=6.0m。其余施工参数不变。
(5)快封闭。开挖后，及时采用素喷砼封闭围岩。防止顶拱小块的掉落，并保证施工人员的安全。
(6)勤量测。严格按照设计要求布设变形观测点，并加强观测，及时反馈观测资料，指导施工。
3.4 安全措施
(1)塌方后，安全风险尤为突出。项目部成立以项目经理为第一责任人的塌方处理安全小组。项目经理任组长，生产副经理、项目总工、施工队队长为副组长，技术部长、安全部长、专职安全员、兼职安全员、现场生产管理人员为成员。现场所有作业人员纳入本安全小组的管辖内。
(2)各类施工人员必须持证上岗，劳保着装整齐。
(3)施工现场设专项安全警示牌、警戒线，现场设专人进行执勤。
(4)严格按照上报及批复的施工方案进行施工，并根据现场实际施工情况，及时向监理、设计、业主反馈，及时调整施工方案，确保施工安全。
(5)及时进行各种变形观测。根据反馈的变形数据，指导现场施工。
(6)坚持安全第一的原则。
4 结束语
飞水岩2#隧道出口段发生大规模塌方，该塌方段位于一冲沟下方，隧道轴线与冲沟交错相交，覆盖层厚达95m，引发地表大范围沉陷和开裂，分析原因主要是一条展布余掌子面中—左部位强挤压破碎带相关。勘测设计及施工应认真查明破碎带工程性质及对工程的不利影响，确保施工安全和工程质量。
隧道衬砌处治方案不仅应满足变更的衬砌结构的有足够的受力强度，并应针对性的采取切实可行的施工方法、工艺及技术措施。按该塌方处治设计方案及施工方法、工艺及技术措施实施，已安全顺利通过塌方段，其变形量测结果符合规范要求。
参考文献：
1. 公路隧道设计规范(JTG D70-2004)
2. 岩土工程勘测规范 (GB50021-2001)
3. 公路隧道施工技术规范(JTG F60-2009)
4. 隧道支护原理及施工技术 人民交通出版社
5. 土力学与岩土工程师 人民交通出版社
本文选自核心级期刊《公路交通科技》。《公路交通科技》自1984年创刊以来，以\"报道公路建设科研成果，展示公路建设新产品、新技术\"为使命，致力于为公路建设的科研人员、公路建设者们服务。本刊主要刊登有关公路交通建设方面的应用理论、新结构、新工艺、新技术、新设备、新材料的研究与应用，报道国内外有关公路交通建设方面的科技动态，以实用性工程技术为主，全面反映国内公路建设、运输、养护及与智能交通有关的先进科研、勘察、设计、施工和管理等方面的成果和国内外的先进技术及发展动态。#p#分页标题#e#
