隧道塌方原因与处理

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

冉华
摘要：本文通过对某隧道塌方情况的介绍和塌方原因的分析,提出了采取低标号混凝土封填坍腔一定高度形成护拱、固结坍体后三台阶开挖施工成功通过坍方段治理技术。
关键词：隧道；塌方；技术
Abstract: this paper introduces a tunnel collapse of the situation and reasons of the collapse are analyzed, and the take regular seal and the cavity fill concrete form a certain height the arch, consolidation TanTi after three steps excavation construction success through the soil slip period of treatment technology.
Keywords: tunnel; Landslides; technology


中图分类号：TU74    文献标识码：A     文章编号：

    1塌方段工程概况
    某单线窄隧道进口施工至DK124+700处，隧道围岩开始变差；施工至DK124+737附近时，在本段开挖过程中发现：左侧围岩破碎，时常掉块，掌子面有滑层且拱顶有煤层出现，煤层厚度o．5～3．Om。本段隧道开挖由全断面改为台阶法施工，开挖循环进尺1．8m～2．2m。进口开挖掌子面里程DK124+737，围岩情况为砂岩、粉砂岩、页岩夹煤层；出口开挖掌子面里程DK124+754，围岩情况为白云岩夹灰岩及岩溶角砾岩。7月24日，骤降暴雨，掌子面裂隙水水量明显增大，右侧滑层掉块，拱顶煤层剥落，掌子面拱部及拱腰发生坍塌，连带已支护好的钢架及超前导管一起坍塌，坍塌纵向长度由开挖面向后22m，塌腔高度自外拱顶以上3m～8m。塌体顶部大部分为煤层及煤矸石。掌子面坍塌后，塌体上方一直有零星塌体掉落。
    2塌方原因分析
    2．1进口掌子面岩性为须家河组第1段泥岩夹砂岩及薄煤层；出口掌子面岩性为雷口坡组白云岩、灰岩岩溶角砾岩；根据上述情况分析须家河组与雷[]坡组的岩层分界线即在DK124+737附近，在干洞子次生断层影响范围带内，岩层破碎、地下水富集且与地表降水联系紧密，接触带附近可能发育溶洞、暗河等溶蚀现象。
    2．2掌子面附近拱顶存在0．5m～3．0m厚的煤层，岩质软且脆，易坍塌，根据当地百姓及政府部门反映，及隧道地表存在的坍塌区域的情况分析，本段隧道附近可能存在煤层采空区。
    2．3在塌方发生时天降暴雨，地表水可能通过采空区、岩溶等通道迅速渗流至隧道开挖面，导致掌子面水流量突然增大；同时由于本段左侧及拱部围岩破碎、存在薄煤层等软弱夹层，进而诱发了隧道塌方。
    3塌方施工处理方案
    3．1塌方后影响段加固处理
首先加强塌方后影响段(DK124+715～DK124+705)初期支护，以防止坍塌向洞口方向发展。加固措施为：
①对DK124+715～DK124+705，长10m地段增设I18工字钢对既有初期支护进行临时加固，钢架间距1．Om；并沿钢架环向间距1．5m设置法向Ф42x3．5mm，L=3．5m注浆钢管压水泥砂浆加固围岩，钢管与钢架焊接；拱背与喷混凝土面紧贴，空隙处喷混凝土封闭。
    ②增设钢拱架加强地段利用后方仰拱挖方反压回填至接近起拱线位置(预留空腔高度4．5m)形成平台，以稳固初期支护边墙；
    3．2塌方段施工处理
    主要施工处理方案：
DK124+715～DKl24+737塌方段由于塌体空腔内危石间断崩塌，围岩长时间不能稳定，且塌碴没能完全填满开挖隧底的空腔，塌腔顶部外露。为加快处理塌方工程进度，保证施工安全，采取用C15混凝土封填塌腔至开挖线外2m～3m高度形成护拱的方法，然后在固结的塌体内开挖用三台阶施工方案通过。

    施工措施为：
①封堵塌体空腔。利用石碴回填的平台分台阶立模灌注混凝土作成封堵墙，在墙背后对坍体上部空腔开挖轮廓线外3．0m高度范围进行泵送C15混凝土灌注封填。台阶最前端的封堵墙位于DK124+715处，封填后开挖轮廓线外3．0m高度范围形成混凝土封闭壳体（参见图3．2．4）。
封堵混凝土立模时预留 110孔，插入3—4根Ф100钢管，管口高于计划封堵高度，依次在管内压注C15混凝土；由于塌腔纵向较长，一次封堵不能完成，应随上台掘进分段封堵灌注。
②注浆固结坍塌岩碴。对坍碴进行注浆固结，以提高碴体自身稳定性和强度是暗挖通过坍方的必要措施。注浆管采用Ф42长6m钢花管，注浆孔深6m，与管长一致。洞周注浆孔外插2m，环向间距为lm，中部及下部注浆孔间距可调整为2m。注浆扩散范围为2m～4m，浆液采用C：W=1：1之水泥浆，注浆压力以0．8～1为宜。每4延米为一循环，共计6个循环。

图3．2．5塌体注浆孔布置图示意图
③Ф42钢管超前支护。使用Y28风动凿岩钻机沿开挖轮廓以3º～ 5°外插角钻孔并顶人Ф42x3．5mm钢花管 每循环长度为6m，搭接长度2m，环向间距0．3m，每4延米为一循环，共计6个循环。注入水泥浆填充钢管以增加其刚度，注浆压力根据实际情况而定，以充满管体为准。
塌腔封填后，塌体采用三台阶法施工，拱部开挖采用中Ф42×3．5mm，L=3．5m超前小导管注浆支护，环向间距0．3m，纵向间距1．5m；开挖循环进尺0．5m～0．8m，上台贯通后进行中、下台及仰拱开挖。
    ④架设工字钢架。进行塌腔封填、注浆固结和施作超前支护后，采用三台阶开挖施工方案。考虑到开挖轮廓线外坍碴厚度较小，上台阶通过塌方体与出口贯通后，再进行中、下台阶法开挖，进、出口同时施作。开挖后在管棚下架设I l8型钢拱架，纵向间距0．5m一榀，纵向采用Ф22钢筋连接，环向间距O．8m；钢筋网用Ф1O的钢筋，网格为20x20cm，双层，喷射混凝土厚度25cm，该支护为全断面设置。开挖时设扩大拱脚，宽度0．5m，并在拱脚处并排放2根I 18型钢作拱脚托梁；对拱墙背后塌方松散体超前固结盲区进行压浆固结处理，压浆孔梅花型布置，间距1．5x0．5m，压浆范围位于开挖轮廓线外2．5m，压浆管采用Ф32mm，L=2．5m注浆钢管。
    ⑤二次衬砌。为确保永久结构及运营安全，对塌方段及其前后5m长度范围内影响段衬砌及仰拱支护措施采取曲墙带仰拱双层钢筋网加强衬砌。
⑥坍腔回填。坍塌地段安全顺利通过后，用地质雷达探测上部坍穴具体情况表明，坍塌范围较处理前扩展范围较小，考虑到坍腔已封填3,0m厚度混凝土保护层或坍腔松碴已注浆加固，足以缓冲岩体掉块冲击；塌腔如再回填，会对隧道支护结构造成较大压力，因此无须再进行回填。
4处理效果
坍塌段处理过程中加强监控量测工作，以DK123+730断面为例，根据量测资料绘制位的移随时间变化曲线(图3．2．6)，可知初期支护拱顶下沉及周边收敛变形值在塌体处理预留沉落量经验值允许范围内，二衬前变形趋于稳定；二衬无开裂现象。工程已顺利通过坍塌区，其处理措施合理有效，结构稳定，安全可靠。

上述情况表明，在岩层分界接触带，应超前钻探，以探明前方地质情况，作好支护，以避免坍塌。
    5结语
    在处理坍塌突发事件中，应审时度势，针对不同情况采取有效的处理措施，贯彻宁强勿弱，稳扎稳打，步步为营的原则，再加上施工准备充分，是可以顺利、安全通过的；另外，在处理方案中应考虑隧道永久衬砌结构的加强，以确保隧道的运营安全。