浅谈隧道塌方处理的控制重点

2018-03-25刘湘君,王建

四川水力发电 2018年4期

刘湘君, 王建

(中国水利水电第七工程局有限公司第一分局，四川彭山 620860)

1 隧道塌方产生的原因

隧道塌方产生的原因从广义角度划分分为客观原因及主观原因两种。客观原因主要为地质原因，主要包括富水、涌水、流沙、暗河等以及软弱围岩、瓦斯爆炸等；主观原因为支护不到位、支护不及时、工程施工意外等。往往同时有几种原因综合影响。塌方引起的结果各不相同，有的在掌子面、引起掌子面数米至数几十米崩塌，有的发生在下台阶开挖或二次衬砌部位、引起隧道关门(系指在隧道已支护或衬砌、离掌子面距离较远段发生的、造成全隧道堵塞的塌方)，有的发生在浅埋段，引起隧道冒顶。笔者介绍了根据不同的塌方原因采取的相应的处理方法。

2 塌方处理实例

2.1 富水流沙类

深茂铁路某隧道在隧顶存在大量无人管理的矿洞采空区。前期采矿作业人员未采取措施而导致矿洞内长期积水，对周围地质状态产生了较大影响，形成了人为的岩溶、溶腔。隧道某次开挖后，在拱顶左上方出现了一大股20 cm直径的涌水加流沙，并不断向上、向周边扩大，0.5 h后即出现了一个直径1 m、高2 m的溶腔，1 h即发育到直径1.5 m、高5 m，并不断产生碎石掉块，所有流沙及碎石很快将掌子面作业范围堆满。

针对上述隧道塌方，立即撤离作业人员及设备并制定紧急处理方案。首先将开挖掌子面进行回填，回填完成后，先打设径向注浆孔对已支护的围岩进行加固，同时打设周边注浆孔对溶腔进行注浆。考虑到溶腔较大并经过方案对比后，在正对溶腔位置埋设泵管，对溶腔进行泵送混凝土处理。处理完成后，调整掌子面附近及以后20 m范围的围岩级别，由Ⅲb调整为Ⅴb，对开挖工法及支护也进行了相应的调整。

2.2 软弱地层类

成简快速路某隧道由于开挖范围地处浅埋段土石分界线、大管棚支护范围末端，雨季由于雨水的长期渗透，土体含水率饱和，开挖过程中失稳引起冒顶、垮塌造成顶拱部位约有10根管棚被拔出折断。塌方形成的坑呈漏斗状，在顶拱边坡形成了一个约8 m×8 m的天窗，其下部因渣体掩埋，当时无法探明具体的垮塌范围，仅依据外露部分，可见已完成初期支护范围的4榀工字钢折断或压弯变形。处理完成后发现，掌子面前方约2 m范围内同样受冒顶影响而形成凹形。

针对上述类型的隧道塌方，所采取的处理方案为：先用架管、铁丝、彩条布或防雨布对塌方范围搭设防雨棚遮盖，在塌方体范围外修排水沟，将地表水引排至塌方体漏斗空腔体外，待塌方边坡基本稳定后，人工从上至下清理塌方漏斗空腔体边坡危石以及松散体并削顺边坡，随后对不稳定部分采用锚杆挂网喷护进行支护。在人工清理、顺坡及边坡支护过程中派专职安全员24 h观察边坡的变化情况，并每天进行边坡的变形监测。

待坍塌边坡危险排除后，将洞内塌方体全部挖除，并将破坏的钢支撑及管棚全部拆除，然后按照40 cm的间距在设计边线安设20#工字钢支撑，并用63 mm×5 mm等边角钢剪刀撑将钢支撑连接成整体，工字钢底部采用混凝土找平，22#槽钢通长布置以增加其底部基础承载力，每榀拱架增加4根φ28锁脚锚杆，其长度按照设计图纸长度保持不变，在钢支撑外缘铺设φ8@200 mm×200 mm钢筋网片，沿钢支撑内缘铺设模板，进行C20混凝土模喷24 cm厚。

待喷混凝土达到强度要求后，采用20#工字钢在喷混凝土上方约30 cm、空腔体下部设置纵横工字钢梁架，间距为1 m，两端头紧靠两侧岩体，用φ28砂浆锚杆锚入岩体并与工字钢连接，岩体锚入深度为3.5 m，与工字钢焊接联成整体，焊接长度为0.5 m，然后浇筑1.5 m厚C20混凝土。

采用上述方法处理施工完成后，将掌子面破坏的大管棚割除，在开挖掌子面采用小导管超前支护，按照台阶法开挖施工，施工采取弱爆破、短进尺、支护紧跟。腔体待混凝土强度达到设计强度、开挖进尺一段距离后将防雨棚揭开，采用卷扬机安装提升轨道，利用洞渣对空腔体进行回填，人工分层夯实至原坡面，随后采用锚杆挂网喷护进行整面封闭，锚杆采用φ22砂浆锚杆，长2.5 m，钢筋网为φ8@200 mm×200 mm，混凝土标号为C20，厚度为15 cm。

2.3 开挖支护类

某隧道上台阶支护喷护顶部空腔，下台阶一次开挖进尺过大导致发生大塌方，造成隧道关门，所采取的处理方案如下：

(1)初支加固。

对塌方处回填反压以稳固塌方体并形成工作平台。待围岩稳定后，将塌方处顶部喷C30混凝土进行封闭，然后钻孔埋设小导管：长4.5 m,间距1 m×0.4 m ，φ42×3.5 mm打孔小导管，灌注1∶1的水泥浆液，固结松散岩体。

对未塌方处的初期支护段打设探孔探明初期支护背后的空洞情况。对较大的空腔先采用预留泵送砂浆孔回填砂浆或吹砂回填；对较小的空腔埋设φ42×3.5 mm打孔小导管进行回填注浆，注浆压力为0.5～1 MPa。

(2)增加护拱。

根据具体情况，在一定范围的隧道段增加护拱，采用I20b工字钢护拱加强支护，纵向间距1 m,钢架间用φ22钢筋连接,与已完成初期支护的钢架错位布置,并设径向注浆小导管，小导管与护拱焊接牢固，注浆加固。增加护拱处喷C30混凝土封闭，完后环纵向间距为0.5 m×1 m。

(3)大管棚。

采用一环热轧无缝花管(外径为108 mm，壁厚6 mm大管棚)进行超前支护，环向间距为0.4 m,每环50根，长度约为26 m。

(4)后续开挖支护参数。

台阶法加临时仰拱开挖方法主要适用于隧道Ⅴ类围岩、浅埋、偏压及围岩破碎带。为保证施工安全，该段采用台阶法加临时仰拱方法施工，采用Ⅴb复合式衬砌。开挖轮廓线放大50 cm做为预留沉降量，全环采用双层I22a型钢，间距每榀按0.5 m控制。系统锚杆在其拱部采用φ25×7 mm中空注浆锚杆，边墙采用φ22普通砂浆锚杆，长3.5 m,锚杆末端均应配垫板、螺母。采用φ8钢筋网，网格尺寸为20 cm×20 cm。钢筋网片网格拱接1～2个网格。超前小导管采用φ42×3.5 mm打孔小导管，长4.5 m,环向间距0.5 m,全环40根，纵向3 m一环。外插角为10°～15°。钢架纵连接筋采用φ22的HPB235钢筋，按环向间距0.5 m设置。钢架与纵向连接筋尾部采用焊接。在钢架拱、墙脚位置设置φ42锁脚锚管，每处2根，每根长度为4.5 m。注浆压力为0.5～1 MPa，注浆饱满密实。

(5)空腔回填。

该塌方段施工二衬时需预留泵送混凝土孔和吹砂孔。预留孔距不大于5 m。每个断面预留3根φ108泵送混凝土管，拱顶1根，长度为5 m,两侧各1根，长度为2.5 m。二次衬砌浇筑完成后，衬砌背后泵送C20混凝土、厚2 m,作为护拱。护拱上方吹砂2 m厚，作为缓冲层，以避免塌方体上方后期掉块而造成二次破坏。