公路隧道掌子面塌方事故处治措施研究

2020-03-09赵继康

甘肃科技 2020年3期

赵继康

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃兰州 730070）

近年来，随着科学技术的发展，公路隧道的施工技术取得较大进步，然而，由于隧道施工工艺复杂，隧道地质条件变化多端，在施工过程中，还存在着较多的技术难题，在隧道开挖过程中，由于地层压力和出现临空掌子面后的应力调整，致使在破碎软弱围岩中产生松弛导致相互剥离，发生塌方现象。一旦塌方事故发生，不仅会增加加固处治施工费用，延误工期，而且危机施工人员、设备及财产安全，如果不能及时对塌方进行合理有效处治，极易造成质量安全隐患，因此，及时预防隧道掌子面塌方和对塌方进行行之有效的处治成为隧道施工的一项关键性工程[1]。

1 隧道塌方原因分析

隧道掌子面塌方发生的过程大致为：掌子面超前辅助施工，掌子面开挖施工，掌子面围岩产生塑性变形，变形过大，局部产生掉块，围岩失稳，产生塌方[2]。

引起隧道塌方的原因有很多，其基本因素是工程地质条件，隧道穿越断层破碎带、强风化破碎带围岩段、松散堆积体段等不良地质和特殊地层条件时，容易发生塌方事故，部分地段由于地层构造产生较大地层应力、围岩节理裂隙发育，隧道开挖使地层应力释放，致使岩体加速变形导致发生塌方。其次是勘察设计方案和施工技术措施，如果地质勘探不详细，对地质情况把握不准确，不能真实反映实际地质情况，将严重影响设计支护参数的确定，致使设计支护参数与实际围岩情况不匹配，不能正确指导施工，忽视了对塌方事故的预防。施工是人类与岩体的直接接触，是对岩体自然平衡状态的直接破坏，是对设计方案的应用实施，如果不能按设计和规范的进行施工，超前辅助施工的长度、角度及注浆固结等措施不能达到要求，开挖进尺过大，支护未能及时跟进，或当地质条件发生变化时，不能及改变施工方案，随施工参数调整不及时等情况下易产生塌方事故。

2 处治步骤及措施

分析原因，隧道掌子面发生塌方事故后，应及时组织技术人员对塌方段的工程地质情况、设计方案和施工控制措施等因素进行详细调查，分析造成塌方的原因，为塌方的处治提高切实可行的依据。

其次稳定围岩结构，发生塌方事故后，不能立即对塌方渣体进行清理，否则会扩大塌方范围，封闭掌子面，对渣体进行加固[3]。

最后在确保掌子面渣体固结，其强度和整体性满足要求，制定符合实际的处治方案，具备开挖条件后，正常开挖掘进作业。

3 隧道掌子面塌方处治方案

3.1 隧道塌方情况

本隧道为一座长1500m的公路隧道，隧道施工至422m时，掌子面发生塌方事故，原设计422m处掌子面围岩为中风化片理化安山岩，属较软岩，极破碎～破碎，碎石状镶嵌结构，节理裂隙发育，地下水以渗水或点滴状出水为主，拱部及两侧壁易产生坍塌，围岩稳定性较差[BQ]=204。围岩级别为V级。采用复合衬砌方案。超前辅助施工参数为：Φ42×4mm注浆小导管L=3.5m，环向间距35cm；初期支护参数为：R25中空注浆锚杆，锚杆L=3.5m（纵）100×100cm（环），φ6双层钢筋网 20×20cm，C25喷射砼厚26cm，I20a拱架间距100cm；二次衬砌为：50cm厚C30钢筋砼衬砌。

经现场调查，该段实际围岩较差，围岩主要为片理化安山岩，碎石状镶嵌结构、部分挤压严重，呈土石结合散体结构，围岩松散稳定性差，截止塌方事故发生日，已施工完成初期支护距掌子面30m范围内出现纵向裂缝及沉降，局部初期支护侵限，最大侵限25cm，最大收敛13cm，最大沉降12.3m。该隧道塌方原因为设计围岩于实际不符，设计支护参数与实际不匹配，施工过程中超前辅助施工不规范，破碎围岩未得到有效预加固[4]。

3.2 处治方案

1）对掌子面塌方渣体进行封闭，采用12m长Φ108×6mm注浆小导管对塌方掌子面拱顶进行注浆加固，循环注浆，每次注浆长度4m，分3次完成，固结塌落松散堆积体，提高掌子面整体性和承载能力。

2）待松散堆积体达到强度后，采用3.5m长Φ42×4mm注浆小导管预注浆，采用台阶留核心土法开挖施工，开挖长度为每循环0.75m，对之后支护参数调整为：超前辅助施工参数为：Φ42×4mm注浆小导管L=3.0m，环向间距35cm；初期支护参数为：R25中空注浆锚杆，锚杆 L=3.5m，（纵）75×100cm（环），φ6双层钢筋网20×20cm，C25喷射砼厚26cm，I20a拱架间距75cm（仰拱封闭成环）；二次衬砌为：50cm厚C30钢筋砼衬砌。

3）对掌子面前30m范围内初期支护仰拱采用I20a工字钢封闭成环，工字钢间距1m，对已侵限初期支护进行换拱处治，对开裂部位局部分段凿除并补喷,采用3.5m长Φ42×4mm注浆小导管预注浆加固[5]。

处治效果分析：塌方及裂缝处治后，隧道沉降和收敛控制良好，围岩和支护结构趋于稳定，塌方处治方案符合隧道实际施工要求，达到了预期的效果。