某公路隧道塌方处治

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摘 要：塌方是公路隧道典型病害之一。文章根据某公路隧道塌方实例以及处治设计资料，分析了隧道塌方产生的原因，介绍了隧道塌方处治的基本原则，有针对性的提出了处治措施，可为类似隧道塌方处治提供借鉴。

关键词：公路隧道；塌方；处治方案

1 工程概况

1.1 工程简介

某隧道地处四川盆地东北缘与陕南鄂西山地之过渡地带，属中山构造剥蚀地貌，具脊状、台状峡谷地形地貌景观。地形地貌受构造及岩性控制明显，主要表现为陡峻的坡面山地和山间狭小的深切割“V”字形沟谷相连。隧道穿越了三叠系上统须家河组地层，其主要岩性为砂岩、泥质粉砂岩、页岩、砾岩，围岩级别为Ⅳ、Ⅴ级。

隧道全长2730m，平面位于直线和曲线上，纵坡为人字坡，坡率分别为+1.4%和-0.9%。采用单洞双向行车，设计速度60km/h，隧道衬砌内轮廓按建筑限界宽10.5m，高5m拟定为三心圆曲墙结构，隧道内轮廓拱顶净高7.0m，净宽10.8m，内净空面积63.76m2，内净空与建筑限界之间的净空满足照明、消防、交通工程等营运管理设施所需空间，并预留了内装饰层净空。

1.2 塌方情况简介

2011年9月10日7点30分，该隧道出口K62+790～K62+755段在初期支护已施工完成后发生坍塌。坍塌引起K62+806～K62+790、K62+755～K62+745段初期支护变形、开裂，在随后的几天中，K62+797.5～K62+790段也发生了坍塌。

该段坍塌位于K62+860～K62+760裂缝段内，该段于2011年7月5日左右出现裂缝，7月15日左右裂缝沿隧道纵向方向基本贯通，局部地方产生变形。施工单位在7月5日采取了注浆加固措施，但未能阻止隧道塌方的发生。

此次坍塌，长度为42.5m，形成的塌腔最高点距离隧道拱顶约10.1m，坍塌体在隧道内堆积后，成方锥形，最高点高出隧道拱顶约4.5m。坍塌体体积约4500m3。

1.3 地质概况

隧道K62+797.5～K62+755在穿越地层岩性为三叠系须家河组（T3xj）地层，岩性为砂岩、泥质粉砂岩夹薄煤层，岩层产状45°∠13°，岩层倾角较小，接近水平。该段岩体处岩体构造裂隙发育，隧道拱顶上方存在薄煤层（煤层厚度5～15cm，距隧道拱顶约2～3m）。

该段砂岩单轴饱和抗压强度Rc=33.94Mpa，完整性系数Kv=0.7，[BQ]=262。围岩等级为Ⅳ级。

1.4 原设计情况

隧道拱顶上方存在薄煤层，岩体处岩体构造裂隙发育，该段原设计衬砌类型为S4d。S4d型衬砌支护参数如图3所示。

S4d型衬砌支护参数表如表1。

2 塌方原因分析

（1）隧道穿越地层为三叠系须家河组，岩性为砂岩、泥质粉砂岩夹薄煤层，岩层产状45°∠13°，岩层倾角较小，接近水平，拱顶处围岩压力较大，结构受力极其不利。

（2）拱顶处岩体构造裂隙发育，且上方存在薄煤层。该煤层厚度5～15cm，走向与隧道轴线平行，距拱顶高度约2～3m。

（3）降雨较多，地表水顺岩体裂隙下渗，导致洞顶上方的薄煤层遇水软化，岩层层间结合力降低。

3 塌方处治方案原则及比选确定

3.1 处治基本原则

（1）安全第一、技术可行、经济合理、方便施工。

（2）一次根治，不留隐患。

3.2 处治方案的比选及确定

塌方发生后，针对塌方的规模、位置及其发生原因的初步分析，本着以上提出的处治原则，设计单位提交了两个塌方处治方案，方案一为暗挖方案，是对塌腔采用泵送C15细石砼，形成护拱后，对塌方段进行暗挖支护的方案。方案二为明挖方案，是采用超前钢轨、施工护拱等措施形成工作棚，然后对塌方段进行明挖支护的方案，并进行了综合比选。从施工安全角度考虑，最终确定采用方案一的暗挖方案。

4 塌方处治设计

本次塌方处治分为三段：K62+806～797.5初期支护变形段、K62+797.5～755塌方段、K62+755～745初期支护变形段。

施工顺序为：先处治K62+806～797.5初期支护变形段，再处治K62+797.5～755塌方段，最后施工K62+755～745初期支护变形段。

4.1 K62+806～797.5初期支o变形段处治

处治方法及施工顺序如下：

（1）首先施工20b工字钢进行临时加固，纵向间距50cm，防止隧道继续垮塌。

（2）沿着已架设的工字钢拱架，垂直开挖线环向打Φ32中空注浆锚杆，并进行注浆加固。

（3）对该段进行换拱处理，换拱每循环进尺不得大于1.5m。

（4）换拱完成后，施工防排水系统。

（5）防排水系统完成后，施工二次衬砌。二次衬砌为厚度60cm的钢筋混凝土。

4.2 K62+797.5～755塌方段处治

处治方法及施工顺序如下：

（1）对坍塌体进行注浆加固。注浆加固采用Φ42的注浆小导管，长度L=6m，注浆管间距@1m*1m，注浆管安装完毕后，对坍体进行喷射混凝土，以便封闭坍体，形成止浆墙。注浆浆液为水灰比为1：1的水泥浆，注浆由下向上进行，浆液中加入速凝剂，以便加快浆液的凝结时间。

（2）在塌方段起点K62+797.5处用洞渣回填，填充坍塌体与初期支护之间的空洞，回填洞渣时，注意预留泵送混凝土孔。

（3）拱顶泵送C20混凝土，形成护拱，拱顶处护拱高度不小于3m。

（4）施作自进式锚杆管棚，并注浆加固。

（5）待泵送混凝土及注浆加固达到设计强度后，进行隧道开挖、换拱并施工二次衬砌。

（6）开挖至距离第一环管棚末端3m左右时，施作下一环T76L自进式锚杆管棚，并注浆加固。如果拱顶为坍塌体，则增加Φ42超前小导管注浆加固。

（7）超前支护、坍塌体注浆加固完毕之后，按照第5步的施工顺序，向前开挖并支护。当隧道开挖轮廓线高于坍塌体时，停止开挖。

（8）采用机械设备，将洞口渣体向后推移，并从洞外运送洞渣进洞，填充掌子面与K62+755之间的隧道开挖轮廓线内的孔隙。

（9）参照第1、2步，在洞顶上方泵送C20混凝土，形成护拱。护拱高度要求高于拱顶3m。

（10）待泵送混凝土达到设计强度后，参照前面的段落，对剩余段落进行开挖、支护、施工二衬，直至塌方段结束。

（11）通过吹砂孔，对拱顶塌腔范围进行吹沙回填。

4.3 K62+755～745初期支护变形段处治

处治方法及施工顺序如下：

（1）首先施工20b工字钢进行临时加固，纵向间距50cm，防止隧道继续垮塌。

（2）沿着已架设的工字钢拱架，垂直开挖线环向打Φ32中空注浆锚杆，并进行注浆加固。

（3）对该段进行换拱处理，换拱每循环进尺不得大于1.5m。

（4）换拱完成后，开挖下台阶及仰拱。

（5）施工防排水系统。

（6）施工二次衬砌。二次衬砌为厚度60cm的钢筋混凝土。

5 处治效果

隧道塌方段按照方案一的暗挖方案处治，该隧道于2013年初建成通车，营运期间，业主根据设计单位要求，按照要求的内容以及监测频率对塌方段进行监测，运营几年来，塌方段未出现变形过大、衬砌开裂等情况，塌方处治效果良好。

6 结束语

塌方是公路隧道典型病害之一。文章结合某公路隧道坍塌情况、设计资料，分析了隧道塌方产生的原因，介绍了隧道塌方处治的原则，有针对性的提出了处治措施，可为类似隧道塌方处治提供借鉴。