公路隧道浅埋段特大塌方的综合处治技术
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作者: 王中有
摘要：随着我国社会的发展，综合国力的增强，公路隧道塌方不仅威胁着公路的日常使用，同时还影响了我国交通运输秩序，因而对我国社会的进步有着极大的影响。在此，文章结合实例，分析了浅埋段特大塌方产生的原因，介绍了包括地表排水等一系列的综合技术处理措施，并针对岩溶地区注浆效果差的问题提出了改进措施。处治后的监测结果表明，采取的综合处治技术是可行的。
关键词：公路隧道 浅埋段 特大塌方 综合处治技术
0 引言
某隧道是作为该告诉公路的核心控制工程，在高速公路使用的过程中有着极其重要的作用。在隧道使用的过程中，其上行隧道起讫里程为ZK37+815-ZK41+400，长3585m；下行隧道起讫里程为YK37+815-YK41+395，长3580m，隧道净宽10.5m，净高5m,与此同时，在隧道构建的过程中，两座隧道都处于直线与曲线的位置修建中，且角度处于2.2%的单下坡。
1 特大塌方事故发生经过
当隧道开挖至YK40+466处，并完成初支里程至YK40+466，在2次出碴及清理工作面过程中，上导坑左下方出现1处小型溶洞，并发生突泥，方量约10立方米，且掌子面有掉块现象，而洞外已下起了中雨，为安全起见，洞内停止作业，并加强了地表观测。21个小时后，地表塌陷区内的积水和土体突然垮塌，大量地表汇水涌人隧道，洞内突泥及石块涌出的长度约110m，地表形成1个直径30m、深23m的大陷坑，塌方数量为15000立方米，为特大型塌方，致使隧道施工中断，第二天塌方停止。
2 特大塌方事故原因分析
事故发生处的地质概况为：表层为第四系土层，主要是黄色亚粘土以及较少的砂岩碎石块，土层厚度为1米到2米之间，层间结合较差，属于块碎状镶嵌结构；基层也属于块碎状镶嵌结构，层间结合较差，主要是灰色白云岩。
塌方冒顶段的围岩风化程度较重，完整性差，呈现碎裂散体结构，岩体中含有许多亚粘土和软泥，岩溶水丰富，亚粘土呈流塑状态，容易由于岩体失稳导致大型坍塌事故发生。隧址区的地貌形态比较特殊，由山、岭、槽构成独立的单元，塌方冒顶段在槽谷中心，覆盖层厚达22m―28m，地表用于农田灌溉的径流十分丰富，有河流穿过隧道线路，地下水也十分丰富，槽谷区有封闭式的贮水单元，隧道施工破坏了封闭状态，水的作用下极易导致塌方。另外，施工期间受工序安排的影响，在塌方冒顶段只做了初期支护而没能及时做仰拱，没有形成闭环，导致结构受力下容易产生塌方。
3 综合处治技术
由于塌方段是农田，地表处理较为困难，考虑到坍塌已经基本稳定，选择洞内外两条线分别处理的方案。具体如下：
3.1 地表临时排水
地表临时排水设施时在排水沟施工之前在河流与隧道开挖边界距离50m处的上游做土袋围堰，在陷坑周围10m之外做截水沟连通围堰，截水沟底宽、顶宽、深分别为0.8m、1.2m、0.6m，使用复合防水板做流水断面，从而形成排水系统，以避免河水流入洞内。
3.2 洞内清淤
从洞内塌方尾部开始做清淤平台，长30m，高度在2m到3m之间，单侧设置排水沟，排水沟规格为0.5m×0.3m。接着应及时阻止塌方突泥体的扩张延伸，在其阻止的过程中，多采用清淤平台形成特定范围内的高度，且使用隧道外地弃渣来控运隧道坍塌的现状。与此同时，在清淤的过程中，仍需不断推进操作平台，在其操控过程中，平台的高度则依据淤积高度来调整，由此则能充分避免淤积体重新处于下滑或是垮塌的状态。
3.3 工作面预注浆
选择超前分段注浆的方法进行工作面预注浆，分段长度为6m，注浆厚度需要保证洞内塌方体以设计拱顶标高以上3m的松散体固结，压力为1.0MPa到1.5MPa之间，使用W：C=1：1的双液浆并添加5%浓度为35波美度的水玻璃，C：S=1：0.6，其扩散半径为0.8m。
3.4 长管棚施工
结合塌方冒顶段的地质特点，确定在拱部128°范围进行两次Φ114长管棚施工，管棚钻孔仰角在第一次和第二次分别为1°、5°，中心距为0.4m，长度为18m、25m，使用厚度为8mm的无缝钢管，总计有60个管棚。做厚为0.5m、宽为2.0m的钢筋混凝土套拱，预设2mΦ133导向管。注浆终压为2MPa，速度为30L/min―60L/min，加入1%到3%的缓凝剂，凝结时间在5min到8min，扩散半径为1.0m。
3.5 开挖与支护
采用人工开挖，对有基岩出露处等位置可以先进行松动爆破之后再进行人工开挖。开挖选择上中下短台阶分部进行的方式，台阶长度在5m以内，进尺为0.5m，并预留0.2m的下沉量。上半断面预留核心土，采取环形开挖的方式，以确保掌子面安全，下半断面左右错挖，采用马口形式开挖，错开长度处于3m到5m之间，并在开挖后及时清底，以做仰拱形成封闭。
初期支护选择钢拱架、小导管、钢筋网、C20混凝土的支护体系，钢架使用Φ22螺纹钢筋连接，钢筋间距为1m，C20混凝土厚度为0.25m。初期支护需要及时，尽早喷混凝土封闭，缩短围岩暴露时间，以及时形成受力条件。
二衬加强处理将主筋从原设计的Φ22换成Φ25，将纵向间距从原设计的0.25m换成0.20m，将衬砌混凝土标号从原设计的C25换成C30。
3.6 陷坑回填
管棚基本稳定并且二衬完成后，进行陷坑回填。在陷坑四周修坡比为1:1的坡，在表面做厚为0.1m的Φ8钢筋网并喷射0.1m厚的混凝土，网格规格为0.3m×0.3m，间距0.15m，按梅花形设置砂浆锚杆，锚杆长为3.5m，对锚杆和钢筋网进行焊接。坑内回填弃碴，在回填时必须分层夯实，并使用两层混凝土夹一层复合防水板防渗，在坑顶1m深处使用粘土封闭来防渗，在四周增大3m到5m左右的搭接宽度。为方便排水，应注意形成自然坡度。另外，在陷坑外做排水沟，并确保排水沟流量高于河流丰水期流量，在排水沟每30m处设置沉降缝，将其作为永久性设施。
4 存在的问题及对策
受地质条件的限制，注浆量难以控制，必须调整注浆工序和工艺，以提高注浆效果。因此，在注浆时穿插进行管棚孔施工，管棚孔施工前要保证相同水平线下的预注浆已经完成。采用间歇注浆法，将凝结时间改为30s到50s之间，在注浆1min到5min时停40s。
5 总结
采取综合处治技术后，观测结果表明采取的技术可行，达到了预期的效果。对该实例总结出的经验如下：隧道施工必须要贯彻“先排水、短进尽、快支护、早封闭、勤量测”的原则，科学组织施工；塌方处理的总原则是安全可靠，快速高效，确保工程质量、不留隐患，力求经济；长管棚施工中，要根据开挖中揭示的情况，重视注浆对地层的改良作用，注浆固结体与管棚的共同棚架护拱作用是确保开挖顺利，防止塌方继续发展的重要因素。
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