隧道整治论文：公路隧道坍塌综治举措刍议

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本文作者：侯军工作单位：晋城市交通运输局

施工图变更设计

2009年6月底，由于工期紧迫，施工单位提出将隧道原设计厚40cm初衬模筑混凝土变更为厚30cm喷射混凝土，混凝土强度参数不变，且挂钢筋网，初期支护钢拱架型号Ⅰ16变为Ⅰ20b，增强施工灵活性，较大程度地加快施工进度。业主、监理同意，并依据2009年6月25日土工实验报告中的数据，设计单位同意变更上述隧道初期支护相关施工图。

隧道坍塌及分析

隧道初期支护坍塌施工单位由隧道出口方向进行洞身开挖施工。2009年8月3日晚，当施工至K1+043时，K1+077—K1+043段发生洞顶塌方，地表出现不同程度沉陷。塌方时，正值工人休息，掌子面没有施工人员，无伤亡。原因分析a)据现场踏勘，从工程施工的角度出发，该隧道为小导管注单液浆超前支护，施工中小导管注浆压力不足，未能形成拱顶的环效应，另外施工虽采用上下台阶法施工，但上台阶设置的临时仰拱未能及时跟进或施工质量不高，从而使初期支护形不成封闭环，加之上台阶工字钢落脚处地质条件差，随着围岩应力的释放以及变形的积累，极易产生初期支护下沉变形，造成坍塌。b)补充地质勘察报告《阳城县北留镇隧道工程土体物理力学性质检测报告》（2009.8）认为勘探深度范围内地基土沉积时代成因类型主要为第四系中更新统红色粉质黏土。地下水埋藏深度距地表19.0～25.0m，水位标高652.46～657.67m，为孔隙潜水类型，来源为大气降水。场地环境类别为Ⅲ类，场地土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均不具腐蚀性；场地土体无膨胀性，竖向收缩率0.40～4.05。坍塌前一周出现过强降水，经土质分析，含水量随深度的增加而增大，最小含水量7.3%，位于最上部；最大含水量为26.4%；地层中含水量较大，致使土体的抗压和抗剪性降低，是造成隧道洞顶塌方的又一重要因素（见图2）。

处治方案及施工措施

综合分析隧道洞顶坍塌各种因素，并根据补充钻探资料及现场观测，通过深入研究和仔细论证，本着处理措施应安全、经济、可行的原则，提出隧道塌方段地表和洞内注浆加固的综合处治方案。初衬已封闭的段落对初衬已封闭的段落，马上做好二次衬砌，进一步保证隧道的安全。对作了拱部初期支护，但未作仰拱的段落，拱脚用φ42、长4.0m的锁脚锚管进行注浆加固，以免造成更大的损失。锁脚锚管注水泥—水玻璃双液浆，注浆压力不小于1.0MPa；双液浆参数为水泥∶水玻璃＝1∶0.5，水泥浆水灰比为1∶1，水泥标号为42.5。隧道塌方段地表塌陷处理a)先在洞内既有掌子面插φ42×6和φ89×7花管，长6.0m，外插角分别为10°、20°，水平搭接不小于1.0m，并注双液浆，间距1.0m，呈梅花型布置，把隧道内塌落土体整体加固。b)对隧道山顶水厂道路下土体进行注浆加固，并采取足够的支撑措施以保证道路和施工的安全。c)在塌陷处适当放缓边坡开挖至距地表深约8m处，做矢跨比为1/12的土牛；开挖时一定要注意边坡的稳定，必要时要对边坡进行加固。d)在土牛上，做厚为70cm的钢筋混凝土防护罩，防护罩四边要坐在开挖面四周没有扰动的原状土上。防护罩采用C30现浇钢筋混凝土，从北向南分段连续施工，每次进度沿路线方向长6.0m。e)防护罩四周沿路线方向每5.0m预留一个直径10cm的孔，以便隧道顶部塌陷土层有空洞时注入粉煤灰等轻质材料填充密实。f)防护罩四周脚部按梅花型设置φ42、长5.0m、纵向间距0.5m的锁脚锚管，并双液注浆，端部伸入防护罩中不小于0.5m。注浆后与防护罩中钢筋焊接，最后在防护罩四脚处回填高1.0m的浆砌片石，顶紧以稳定四周土体。g)紧靠山顶水厂道路一侧的防护罩一定要坐于道路下原状土上，并且在防护罩上砌石顶紧道路下土体。图2K1+040处勘探孔含水量变化曲线5.3隧道内塌方段处理a)在掌子面固结的土体，保留中部坡道，不对称开挖两侧土体，新开挖出的掌子面用蛇皮袋装土分两层台阶垒防护墙，台阶宽度要不小于1.0m。b)垒好防护墙后，不对称施作K1+077—K1+083段已作拱部支护而未塌落的两侧边墙和仰拱。仰拱采用C25模筑现浇混凝土，拱脚混凝土底部基础要扩大，以增加接触面积，并增设支撑垫板来增强拱脚承载力，减少拱顶下沉。墙角用φ42、长4.0m的锁脚锚管，每处2根。c)在离隧道洞顶塌方段较近时，停止前进。施作该段二次衬砌仰拱混凝土，预留两侧钢筋，并施作片石混凝土回填至排水沟底部。d)对于K0+965—K1+077未开挖和塌陷段落，采用双侧壁导坑上下微台阶先墙后拱开挖法。并辅以超前中、小导管及锁脚锚管等措施，按照“管超前、短进尺、少扰动；强支护、早封闭、快成环；勤量测、紧衬砌”的原则，各道工序紧密衔接，环环相扣，随挖随支，保证隧道初期支护的结构稳定与施工安全（见表1）。隧道二次衬砌配筋二次衬砌配筋根据不同情况分为4段进行：K0+965—K1+030段、K1+030—K1+083隧道冒顶段、K1+083—K1+088二衬加强段、K1+088—K1+120段。其中K0+965—K1+030、K1+030—K1+083两段，二次衬砌为全封闭式配筋；K1+083—K1+088、K1+088—K1+120两段，由于隧道底部现已片石混凝土回填接近路面标高，所以仅在片石混凝土回填顶面以上二次衬砌配筋，并且在墙脚设置φ42、长4.0m的锁脚锚管。

监控量测

洞顶红色粉质黏土体注浆易被水软化，经现场调研，采用注水泥－水玻璃双液浆，效果较好；同时，加强隧道洞周围位移监控量测，经监测表明，初期地表注浆时，洞内变形位移值较大，注浆固结后明显下降。

通过本次隧道塌方处治，笔者认为隧道作为地下工程，前期地质勘探最为重要，一定要根据实际情况进行动态设计。在处治过程中，先进行洞内坍塌土体加固，再地表注浆加固，后洞内施工的措施是可行的。对原有支护钢架、锚杆等材料要按分段开挖断面切割分解拆除，逐榀替换，避免扰动土体，引起再次塌方；初期支护完成，围岩变形稳定后，进行中壁墙拆除，及时进行全断面铺设防水层和隧道钢筋混凝土二次衬砌，顺利完成了该塌方段处治，达到了预期的目的，效果良好。