1、快活隧道塌方分析及處理措施中鐵十七局三公司安毛工程劉建順內容提要：文章結合安毛高速公路快活隧道工程施工期間掌子面塌方情況，分析了該隧道塌方原因，從而提出了該隧道塌方處理措施。同時，在隧道塌方處理過程中，對塌方段的噴射混凝土應力進行了監(jiān)控量測并對其結果進行分析，可為類似隧道工程的塌方處治提供參考和借鑒。關鍵詞：高速公路 隧道 施工 掌子面塌方 處理措施一、引言隨著我國高速公路的不斷建設與開展，高速公路逐步進入山區(qū)，越來越多的隧道工程在修建之中，由于地質條件等影響，隧道塌方成為常遇到的工程事故之一。本文結合安毛高速公路快活隧道施工期間出現(xiàn)的塌方問題進行探討，并對塌方處理進行了重點分析。二、工程概況

2、安(康)毛(壩)高速公路是國家高速公路包(頭)茂(名)線的重要組成路段，也是陜西省“三縱四橫五輻射高速公路網(wǎng)的重要組成局部。該段高速公路地質復雜，施工條件惡劣，是整段包北高速公路施工最困難的路段。其中快活隧道位于陜西安康市漢濱區(qū)流水鎮(zhèn)快活村，左線起止里程為：ZK225+450ZK225+800，長350m；右線起止里程為YK225+456YK225+815，長359m。2.1、地質狀況該隧道穿越亞粘土層、強風化炭質板巖、煤層互層、弱風化炭質板巖等，地質條件變化明顯，節(jié)理發(fā)育，斷層較多，圍巖類別為、類圍巖，該隧道在洞室開挖時，洞頂易坍塌，巖體易延節(jié)理片理崩斷坍塌，局部段落洞頂呈松散碎石狀結構。2

3、.2、施工方案該隧道采用新奧法施工，隧道由出口向進洞口方向施工，全部為上下臺階開挖(上臺階高約6m，下臺階高約2.5m)，采用光面爆破。針對不同的圍巖及地質，采用錨噴支護、超前大管棚支護、超前小導管支護等多種支護形式。隧道采用全斷面復合式襯砌。三、塌方原因分析3.1、塌方情況2021年6月22日12點20分ZK225+660YK225+661段噴射混凝土完成后，掌子面拱頂處突然發(fā)生小型塌方,局部有滲水現(xiàn)象，出現(xiàn)塌方后及時組織進行噴射混凝土封閉掌子面，但塌方仍然自掌子面逐漸向進口方向擴大, 之后在相同部位又發(fā)生了屢次大面積坍塌。據(jù)現(xiàn)場觀察, 塌方位置ZK225+660掌子面處塌下的洞渣根本已填滿

4、洞身; 坍塌下來的洞渣為灰黑色強風化炭質板巖，呈碎石裝松散結構。另外, ZK225+660已施作的PS格構梁、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿等均遭破壞，開挖臺車局部被壓在洞渣底下，做為支撐受力用，因發(fā)現(xiàn)及時沒有造成人員傷亡。塌方圖見圖1。3.2、塌方原因分析經(jīng)過現(xiàn)場調查、勘測和分析，隧道該段塌方主要有以下3 個方面的原因。(1)、地質原因。快活隧道ZK225+660里程段圍巖為弱風化炭質板巖，灰黑色，變余結構，板狀構造，原巖結構局部發(fā)生變化，節(jié)理較發(fā)育，大局部圍巖處于地下水位附近，長期受水位升降侵泡巖體相對較軟，呈碎石松散結構, 巖石極為破碎, 巖石間結合程度差。(2)、雨水原因。由于塌方前連續(xù)陰雨，使得

5、基巖裂隙水增多，導致山體自重加大，雨水滲入圍巖，使軟化系數(shù)大的巖石強度降低，使結構面的抗剪強度減小，圍巖自穩(wěn)能力下降，從而產(chǎn)生塌方。隧道塌方圖1(3)、施工原因。該段原設計該段為IV圍巖間距1米的PS格構梁支護，超前支護為25錨桿，該里程段正位于超前錨桿支護銜接段，由于在施工中開挖進尺較大，施工工序銜接不緊湊，圍巖暴露時間過長，致使圍巖風化失穩(wěn)，發(fā)生坍塌。四、處理措施快活隧道ZK225+600掌子面發(fā)生坍塌后，坍塌面松散，考慮到清理洞渣時洞頂部巖體不停塌落，無法清理到掌子面，且?guī)r體極為松散，同時該里程段洞頂埋深有60米，綜合考慮后，ZK225+600590段擬采用以下方案：(1)封閉掌子面：先

6、噴射混凝土封閉掌子面及坍塌的碴體，噴射混凝土厚度30cm，并作為止?jié){墻用。(2)固結巖體：對碴體注漿進行固結，使塌體在注漿后有一定的自穩(wěn)能力，不至于隨挖隨溜。注漿管采用42×2mm塑料花管，長度為5米，管壁每隔15cm交錯布眼，眼孔直徑為8mm，垂直于掌子面間距1m梅花狀布置，ppa。(3)超前支護：對拱部施作108×8mm的管棚進行超前支護，管棚長為15m，環(huán)向間距為40cm，管棚外插角10°15°，管棚內壓注1：1水泥砂漿ppa。(4加強超前支護：對拱部施作50×5mm小導管超前支護，與管棚相間布置，并進行壓漿，對塌方體進行預加固，小導管長

7、為5m，外插角5°10°，搭接長度為1m，環(huán)向間距40cm，漿液采用純水泥漿，水灰比為1：1，為了加快凝固時間，可以摻加速凝劑。邊墻開挖時如果邊墻也垮塌，那么在邊墻開挖時也應進行超前注漿。(5)開挖支護：現(xiàn)有上半斷面分成上下臺階進行開挖支護，下臺階開挖時分左右側施工，保存核心土，上臺階每次開挖長度為0.5m，開挖后立即進行初噴混凝土，然后掛設鋼筋網(wǎng)采用8mm 鋼筋網(wǎng)，間距為200×200mm，原設計PS格構梁變更為I18鋼拱架，間距50cm，打鎖腳錨管，分層噴射混凝土至設計厚度。(6)錨桿支護：原設計25系統(tǒng)錨桿變更為系統(tǒng)錨管，錨管采用50×5mm小鋼管

8、，實施徑向注漿，加固塌體，改善隧道的受力條件，保證結構的長期運營平安可靠。錨管長為m，間距為1m×1m，呈梅花形布置，管壁每隔15cm交錯布眼，眼孔直徑為8mm。壓注純水泥漿，注漿效果要求到達對塌方體的良好固結。鎖腳錨管也應進行壓漿。(7)下臺階開挖：上斷面上臺階施工完后及時開挖下臺階，上斷面下臺階開挖后應立即進行初噴混凝土，施作剛拱架鋼筋網(wǎng)片及錨管支護，并進行壓漿。(8)進行下一循環(huán)施工。五、監(jiān)控量測及結果分析5.1、監(jiān)控測量為了保證塌方處理的平安順利進行，成立專門的塌方處理監(jiān)控量測組，加強并完善監(jiān)控量測工作，具體方案如下:(1) 地表量測定時觀察塌方山體地表的異常情況, 如塌陷、

9、裂縫等, 做好記錄及時反應信息, 頻率: 12 次/天。地表下沉根據(jù)地表實況選擇基準點并設置35處測點進行地表沉降量測, 并記錄、分析數(shù)據(jù), 預測險情。(2) 洞內監(jiān)控量測洞內觀察加強洞內照明, 并派專人輪流24h 進行險情觀察, 觀察圍巖及支護的異常情況，如：塌方圍巖裂隙擴大、初噴混凝土開裂等，做好平安記錄。內空收斂位移及拱頂沉降量測在塌方區(qū)及影響段( ZK225+600+590)，加密測點，每3m設一測點,即在ZK225+599、ZK225+596、ZK225+593段進行拱頂下沉、周邊位移收斂的量測, 頻率12次/天，記錄并及時做好數(shù)據(jù)分析，反應信息，指導施工。見拱頂沉降及凈空變形布置圖

10、2 圍巖內部位移、初支混凝土應力量測在塌方影響段ZK225+593斷面增加圍巖內部位移和初噴混凝土應力量測, 在塌方段ZK225+593斷面布設加強支護拱的應力量測, 在塌方處理期間測量頻率12 次/天, 塌方處理完成后按標準進行跟蹤量測。5.2、監(jiān)控量測結果分析從坍塌至塌方處理結束, 地表沒有出現(xiàn)裂縫、沉降等異常現(xiàn)象, 地表沉降量所測點的總沉降量小于設計允許沉降量。塌方處理期間洞內觀察圍巖較穩(wěn)定沒有發(fā)現(xiàn)塌方處圍巖裂隙擴大、初噴混凝土開裂等現(xiàn)象。5.2.1、隧道圍巖變形分析1ZK225+599拱頂沉降曲線曲線分析: ZK225+599拱頂沉降曲線圖3數(shù)據(jù)顯示的最大沉降值為20mm；最大隆起值為

11、7mm。拱頂最終沉降量為68mm。該曲線呈遞減趨勢，說明隧道拱頂呈穩(wěn)步沉降趨勢。隧道拱頂最終沉降值68mm，遠小于設計中的預留變形值120mm。(2)K22+596收斂曲線曲線分析: K22+596收斂曲線圖4反映的變形量在0值上下波動，但波動幅度逐漸減小，而且最后兩次測量的結果均為正值且與0極點為接近。這說明AD的距離也將趨于恒定值。而A、D兩測點分別位于隧道掌子面的拱頂和左側，AD變化恰恰代表了隧道圍巖自穩(wěn)性最薄弱的位置。AD距離不變說明隧道整體上已經(jīng)趨于穩(wěn)定。可以預見, 經(jīng)過較短的時間后，隧道將處于穩(wěn)定狀態(tài)。圖3、圖4兩曲線圖同樣說明：采用處理措施后，隧道圍巖的自穩(wěn)性較好，穩(wěn)定所需天數(shù)在

12、30之內,末次量測時，當日變形速率在0/左右，對于隧道施工很有利。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，拱頂下沉曲線可分為3個階段：1)急劇變形階段：變形速率較大，一般在開挖及初期支護后7內，其當日變形速率>1/；2)緩慢變形階段：變形速率開始減緩，一般在30之內，其當日變形速率/(水平收斂)和/(拱頂下沉)；3)穩(wěn)定變形階段：開挖及初期支護35d之后，當日變形速率趨于零，變形逐漸穩(wěn)定。5.2.2、隧道支護結構受力分析K225+593壓力測站壓力變化情況曲線分析: K225+593壓力測站壓力變化曲線圖5前半局部波動較大,說明壓力盒受力不夠平穩(wěn)；后半局部曲線趨于平緩，說明壓力盒受力漸趨平穩(wěn)，也說明支護結構已

13、與上部巖體密貼。壓力數(shù)值保持在18kN 以下，這個數(shù)值在壓力盒與支護結構可承受的范圍之內。六、結束語(1) 本段隧道圍巖為弱風化炭質板巖，構造近似呈水平，巖體極破碎，裂隙較多，節(jié)理發(fā)育，圍巖長期處于地下水位附近，受地下水侵蝕，圍巖整體穩(wěn)定性極差，夾層中填充的泥質物，受地下水影響致使巖層的層間結合力較差，自穩(wěn)能力受到很大程度上的破壞，圍巖失穩(wěn)是造成該段圍巖坍塌的主要原因。(2)在坍塌處理過程中，為了控制圍巖坍塌范圍的擴大，利用坍塌的巖石作為拱部圍巖的臨時支撐，并采用了噴射混凝土封閉圍巖，注漿加固巖體，取得了良好的效果，從而快速平安地通過了坍方段，(3)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)說明：2 個月后 ZK225+660650段圍巖沉降穩(wěn)定，拱頂圍巖累計沉降68mm，滿足設計及標準要求；支護結構受力也逐漸趨于穩(wěn)定。證明采用本文的塌方處理方案是成功的,并可為類似情況的突發(fā)性隧道坍塌提供參考。【參考文獻】1、閆東.隧道塌方分析及其整J.鐵道建筑,2007(1):35- 36.2、盛明宏、方詩圣、宋亞.軟弱地層淺埋雙連拱隧道