隧道坍方处理方案技术总结

邵三高速公路南平段上村隧道坍方处理方案技术总结周昌静1黄少文2尹军3糜达4陈峰1（1、福建省交通建设工程监理咨询公司福建福州35000)（2、江西省鹰潭市公路管理局贵溪市公路分局江西贵溪335400）（3、江西省萍乡市交通局江西萍乡337000）（4、江西科力咨询监理有限公司江西南昌330003）摘要:在隧道施工实际过程中针对隧道坍方进行了原因分析，较详细地阐述了坍方处理方案，主要技术措施以及实施步骤。关键词：隧道工程；坍方经过;原因分析;措施与实施步骤0前言京福高速公路邵（武）三（明）段Ⅱ期上村隧道为分离式双洞，平均长度为2565.1m，进出口均位于平曲线内，进口左右洞平曲线半径分别为868.411米和924.841m，出口左右洞平曲线半径分别为665m和620m；左洞进口桩号为ZK8+474.8，设计标高为599.85m；出口桩号为ZK11+040，设计标高为660.21m，全长2565.2m，纵坡2.35%。右洞进口桩号为YK8+495，设计标高为600.36m；右洞出口桩号为YK11+060，设计标高为660.56m，全长2565m，纵坡2.35%。本隧道根据钻探揭露及浅层地震资料分析，共有6条构造痕迹，断裂构造带走向以NNE-NE向为主，少量NW向，倾角610-810，为陡倾型，与隧道呈大角度相交，断裂性质有压性，压扭性、张性、张扭性，宽度及影响带0.5m-10m。隧道沿线地下水以第四系孔隙潜水和基岩裂隙为主，孔隙潜水贮存于第四系冲洪积层，残坡积层及强风化层中，主要由大气降水补给、水位及水量受季节性影响变化较大，稳定水位一般自地面以下2m-8m，雨季水位藏较浅，水量较大，旱季水位埋藏较深，水量较小，基岩裂隙水贮存于基岩风化裂隙及构造裂隙中，主要分布在Ⅲ类围岩中，由大气降水补给，含水量小--中等，地下水对混凝土无腐蚀性。本隧道采用“新奥法”原理进行设计与施工。进出口进洞均采用Φ108×6mm有孔钢花管和无孔钢管超前注浆大管棚进洞，环向间距50cm，长20m和40m，注浆液采用水玻璃（35波美度）和C30水泥液掺适量缓凝剂。浅埋段Ⅱ类围岩采用Φ50mm超前注浆小导管。每根长5.0m，环向间距50cm，纵向间距2.5m，外插角150；采用侧壁导坑开挖，U25型钢支护，打设Φ25中空注浆锚杆，喷C20钢纤维混凝土。二衬采用C25钢筋防水混凝土。浅埋段Ⅲ类围岩采用Φ25中空超前注浆锚杆，每根长5.0m，环向间距80cm，纵向间距3.2m，外插角200，采用上下台阶法开挖、格栅拱架支护，打设Φ22砂浆锚杆、喷射C20钢纤维混凝土，二衬采用C25钢筋防水混凝土。深埋Ⅲ类围岩开挖方法同浅埋Ⅲ类围岩，仅采用格栅拱架支护、打设Φ22砂浆锚杆、喷射C20钢纤维混凝土，二衬采用C25素防水混凝土。Ⅳ、Ⅴ类围岩采用全断面光面爆破法开挖，Ⅳ类围岩初支采用打设Φ22砂浆锚杆和拱部挂网、喷射C20普通混凝土，二衬采用C25素防水混凝土；Ⅴ类围岩初支采用喷射C20素混凝土，二衬采用素防水混凝土。1塌方经过2003年11月12日9时，在完成隧道出口左洞YK10+863.5～YK10+865段支护后，当掘进至YK10+863（F13断裂带埋深32m）断面处，在施工队打设超前锚杆孔时，随着钻杆的抽出，一股地下水从孔内涌出，掌子面处围岩在地下水的作用下变软，地下水冲掉掌子面处较软围岩（泥砂土），导致该拱部发生塌方，高度约为1.0m，宽3.5m，施工队马上组织人员对坍塌面采用喷射钢纤维混凝土进行封闭，用钢管支撑，并立即上报监理与业主。由于地下水太大，围岩遇水软化，无自稳能力，喷射混凝土大部分喷不住，随喷随坍，下午1时许，拱部再次发生坍塌，两榀已立好的格栅拱架被砸坏，坍塌持续地进行着，下午约2点半，业主、监理、设计单位现场人员来出事点察看，决定用砂袋围堵，打设注浆小导管。11月24日，施工人员开始清理塌碴并将被埋开挖台车拉出，并对靠近坍方段已支护的格栅拱架进行支撑加固以防危及已支护的格栅拱架，加固方法为安装U25型钢支撑并打设锁脚锚杆，喷射混凝土将格栅拱架与U25型支撑牢牢联结在一起。11月27日-28日由于连续下雨，加上地下裂隙水大，注浆效果不好，29日晚上YK10+863处地表突然发生塌陷，直径约为3.0m，深7.0m，呈圆柱形。详见图1。附图一：隧道坍方中心线纵断面图二次衬砌流泥型坍塌体C20砼止浆墙初期支护此段为已加强的初支长度10米，1米梅花布置Φ89径向中管棚长度10米，外角3度初支20厘米厚，二衬45厘米厚支护加强段Φ89中管棚2坍方原因1、隧道经过的路段为不良地质（F13断层）是诱发第一次坍方的主要原因。2、设计虽表明断层带位置，但设计仍按深埋Ⅲ类围岩进行初支，支护太弱，对于此段遇水即软的泥砂夹层断裂带估计不足，没有采用超前注浆小导管进行支护开挖设计。3、地下裂隙水量大，注浆效果达不到预期的目的。4、第一次塌方发生后，施工队在对塌体处理尚未达到预期的固结效果的情况下，对塌体的清理导致了塌方体的继续发展与扩大。3坍方处理主要技术措施与实施步骤3.1第一次处理方案2003年12月19日福建省高速公路建设指挥部、设计院、隧道专家、业主、监理、承包人看了现场后，在邵武宾馆召开塌方处理方案专题会，大家认为断层带支护太弱、地下裂隙水大，注浆效果达不到预期的目的，为不耽误工期，首先要解决地下水的问题，在地表打设若干个井，采用井点降水的办法。让塌碴体固结后重新注浆固结围岩与碴体，再从左洞靠近右洞塌方段找围岩较好的地方打横洞采用迂回的方案进行处理。3.2第二次处理方案第一条裂缝长15.91米，裂缝宽20～30mm说明：　　1、井位：YK10+853.3右10m（1＃井）；YK10+850左9m（2＃井）。　　2、井深：1＃井65m（路面标高下20m）；2＃井62m（路面标高下20m).　　3、孔井：203mm，过滤器管径168mm，全井用过滤器。　　4、管外回填粗砂，深井泵安装距井底2.0m处。　　5、抽水时各井应保持水位降至洞底标高以下5m。　　　　　　1231#坍方体1110987262122232425462#151413第三条裂缝长5.77米，裂缝宽2～3mm2930313233343536192016171812第二条裂缝2827附图二　上村隧道出口坍方段井点降水平面布置图图2上村隧道出口坍方段井点降水平面布置图通过井点降水（见上面附图二）和左洞开挖超过右洞坍方段之后，右洞塌方段地下水从左洞大量流出和通过深井被抽走之后，塌方段的地下水明显减少了许多，加上左洞开挖超过右洞塌方段200多m围岩一直不好，均为Ⅱ类和Ⅲ类围岩，找不到合适的位置打设横洞，若从200m-300m位置进行迂回，将给施工带来很大的不便，造成左右洞互相干扰，施工进度慢，耽误工期，而且通风、排水也有问题。2004年2月4日承包人提出正面两侧超前注浆小导管和拱部超前大管棚注浆后，采用双侧壁导坑留核心土开挖方法进行处理，即先从围岩较好左侧壁导坑开挖至围岩较好处后，从里面往外面开挖右侧壁导坑，最后正面开挖核心土。2004年2月9日在福建省高指会议室，省高指、设计院、业主、监理对承包人提出的上述方案进行了论证，并对此方案作了部分改进，即拱部打设大管棚（Φ108×6mm）改为Φ89的中管棚，全部从正面进行开挖各导坑，以策安全，详见附图3-图4。铁箍塌方处加密U型钢支撑间距0.3m中管棚布置示意图喷射钢纤维砼喷射钢纤维砼仰拱二次衬砌隧道塌方处超前支护布置图（kg）（kg）每延米142.51032.225.4小导管构造支护长度塌方处预支护每延米工程数量表（m）Φ89mmΦ50mm（壁厚4mm）中管棚（壁厚5mm)无缝钢管泥浆3（m）30号水中管棚，外插角3°89mm钢花管构造20号模筑防水砼20号喷射钢纤维砼EVA防水板+无纺土工布ΦΦ50mm导管L＝500环向间距30，纵向间距250外插角10°洞轴线环向间距50Φ89mm中管棚L＝1000环向间距50，纵向间距250外插角10°钢管φ12mm注浆孔8mm注浆孔预留止浆段钢管Φ50mm导管L＝500锥头附图三　上村隧道右洞（出口）塌方处超前支护构造图图3上村隧道右洞（出口）塌方处超前支护构造图铁箍Φ隧道塌方处超前支护布置图塌方处加密U型钢支撑间距0.3m中管棚布置示意图喷射钢纤维砼仰拱二次衬砌喷射钢纤维砼中管棚纵距1.0米，外插角90°（m）70.2624.3（kg）每延米992.4（kg）30号水塌方处预支护每延米工程数量表（壁厚5mm)无缝钢管Φ50mm（m）支护长度中管棚（壁厚4mm）Φ89mm89mm钢花管构造泥浆3小导管构造Φ50mm导管L＝500环向间距80，纵向间距80，梅花型布置洞轴线Φ89mm中管棚L＝100环向间距100，纵向间距100，梅花型布置20号喷射钢纤维砼8mm注浆孔预留止浆段环向间距80，纵向间距80，梅花型布置φ12mm注浆孔钢管Φ50mm导管L＝50020号模筑防水砼EVA防水板+无纺土工布钢管锥头附图四　上村隧道右洞（出口）塌方处注浆设计图图4上村隧道右洞（出口）塌方处注浆设计图3.3方案实施方案通过后，2004年2月14日，项目部在施工队召开工班长以上的人员、现场技术人员坍方处理技术交底会，会后立即对坍碴体斜面重新用砂袋垒砌并喷射20cm厚混凝土封堵加固止浆墙，地表坍陷处用粘性土进行分层回填至原地面，原地面下80cm处用EVA防水板做防渗隔水层。2004年2月18日施工队开始按技术交底重新打设两侧壁导坑内侧Φ50注浆小导管，考虑机械出碴的方便，两侧壁导坑最宽为4.5m、核心部分最薄为2.326m进行布设超前注浆小导管，注浆压力达1.0Mpa-3.0MPa，通过试挖岩土周围注浆扩散直径为50cm-60cm，达到了预期效果，2月28日坍方体分二侧壁导坑和留核心土正式进行开挖和支护，考虑下部围岩为坚石，所以所有导坑开挖先上半部全部支护闭合后，再开挖下半部；至3月27日除仰拱外，共用29d顺利安全地通过了坍方段。四月十日开始施作仰拱，5月3日围岩量测基本稳定后，施作二次衬砌。其开挖支护顺序如下：(1)左侧壁导坑开挖出被埋没已支护U25型钢拱架后，打设左侧壁导坑（围岩较好侧）外侧Φ50超前注浆小导管；(2)开挖左侧壁导坑上部及U25型钢拱架安装、锚喷等支护，每循环进尺60cm，安装二榀U25型钢架；(3)左侧壁导坑上部开挖到YK10+859.8围岩为Ⅲ～Ⅳ类停止开挖并用喷射混凝土封闭开挖面后转入开挖右侧壁导坑打设右侧壁导坑（围岩较差侧靠拱部坍方侧）外侧Φ50超前注浆小导管，每循环进尺30cm，安装一榀U25型钢架；(4)右侧壁导坑上部开挖至YK10+859.8后用喷射混凝土封闭开挖面，搭设脚手架转入打设拱部Φ89超前注浆中管棚；(5)用风镐人工开挖核心土顶部并紧跟安装U25型钢拱架，使左、右侧壁导坑U25型钢架连成一体后，喷射C20钢纤维混凝土；(6)拆除二侧壁内侧（靠核心土二侧）U25型钢临时支护，开挖核心土上部至YK10+859.8处；(7)打设径向Φ89钢花管并注浆加固周围岩土；(8)打设拱架锁脚锚杆后，开挖下台阶并安装U25型钢锚喷支护；(9)先施作左半幅（围岩较好侧）仰拱，后施作右侧（靠坍方侧）仰拱，从而使坍方段整体环形闭合；(10)YK10+854～YK10+865计11.0m按Ⅱ类围岩断面开挖、支护和二次衬砌，但原设计Φ20主筋用Φ25钢筋超强替代；YK10+865～YK10+875计10m按Ⅲ类围岩开挖、支护和二次衬砌。4结语1、隧道为动态设计，遇有地质与物探设计有出入时要及时报告，停止开挖重新设计支护参数。2、不论采用双液浆或单液浆加固坍碴体和周围饱和岩土时，必须先降低地下水后注浆才能达到效果。3、注浆扩散效果达不到时不能随便乱清坍碴体，以防坍方扩大。4、加强监控量测和地表沉降观测，严格按方案施工，采用注小导管和中管棚分部开挖支护处理坍方方法是可行的。