隧道塌方处理加固技术探析
2015-07-20
隧道塌方分析
对于隧道塌方来说，其原因是多种因素单一或者共同造成。其中与隧道本身所处地段的地质条件等密切相关，尤其是对于埋深较浅属于浅埋偏压地段，常年受雨水侵蚀，岩体破碎，节理裂隙发育，多呈全风化状。同时坍塌段粉质黏土本身自稳能力较差，坍塌及洞身开挖处理后产生卸荷裂隙，将土体切割成块状，块体接触面比较平整、光滑，黏结力较差，同时受两个多月以来连续降雨影响，地下水的下渗作用使土体软化，围岩力学性质降低，特别是裂隙间的摩擦力降低，致使隧道出现坍塌事故。另外，隧道坍塌出现原因是未对隧道采取合理的支护处理。
工程实例
某隧道对地表塌坑进行分层回填夯实处理，同时在隧道左侧边墙外侧施工4排φ108注浆钢花管桩，隧道拱部施工φ89超前管棚进行加固处理。准备利用2榀HW175型钢作为导向墙施做超前大管棚，之后由于受到暴雨影响，隧道再次出现塌方现象，塌方量约为500m3，某段地表出现陷坑，面积约180m2，深度约5米。根据现场条件、施工现状以及所处段落的地质条件分析，拟采取地表处理与洞内处理相结合的原则。
（1）对隧道洞内塌坑采取的处理技术。针对目前该隧道地表坍塌已回填，洞内形成一个长约6m，高6.4 m，横向弧长约5 m的塌坑，为了对地表高压旋喷提供作业面，必须对洞内塌坑进行封闭处理。首先对塌坑进行喷射砼多次封闭，封闭厚约30cm后采用Φ42mm的钢管进行密排支护，钢管靠近支护侧焊设于支护钢架顶面，前方靠近土体，再喷射砼约30cm进行封闭，在施作过程中预留Φ110mm回填注浆管，采用泵送砂浆回填密实。
（2）通过对隧道洞内的坍方体坡面采取加固处理，以有效地保证地表处理时的安全。在进行地表处理之前先于坍体坡脚进行简单的处理，并喷15cm厚的混凝土封闭，在洞内坍塌体采用长度不小于6米φ42小导管（管壁钻孔，间距30cm，梅花型布置）打入坍塌体内，间距按1.0＊1.0梅花形布置，采用水灰比1：0.6～1:1水泥浆每个孔按先稀后浓法进行注浆处理，固结约24小时后衬砌台车进行退出至已衬二衬地段外约2版处。避免地表处理时发生新的溜坍，危及地表设备和人员安全。
（3）对隧道坍塌体地表采取预加固处理。在处理坍塌体时鉴于该隧道再次发生坍塌，并在地表形成陷坑，地表坍穴边缘为隧道中线左侧约10，右侧约8m，长约15m，受坍方的牵引，地表左侧出现多处裂缝，根据地表开裂情况，土体均受到扰动同时均受到地下水的影响，土体变的更加松散、稳定性差，受施工条件限制，从洞内进行加固，其施工安全性及可靠性相对较小，而通过地表对受扰动地段土体进行加固，可改善土体力学性质，地表加固后洞内施工风险相对较小，且安全可靠。对地表陷坑进行分层夯填，为防止大量雨水由陷坑流入隧道内，造成大面积坍塌现象，故立即对陷坑进行分层夯填，并预留出不小于5%排水坡，在塌陷区外侧设置截水沟。
（4）对隧道左侧边墙外侧设置4排φ89钢管抗滑桩，间距1.0*1.0m，梅花型布置，并进行注浆。对坍塌松散体采用高压旋喷桩加固处理技术，考虑到本隧道坍塌体范围大部分为粉质粘土及粉质粘土夹块石，整治范围隧道拱顶埋深最小处18m，最大处达到22m。如仍采用钢花管注浆在所处的地质条件无法达到理想的加固效果。而采用高压旋喷注浆，施工简便，在粘性土及块石土中加固效果好，可以增大土体摩擦力和粘聚力，改善其性质，确保洞内施工安全及结构安全。
根据现场形成坍塌体以及地表裂缝情况，综合洞内情况所采用的处理措施具体考虑如下：对于隧道纵向长度段20m，其坍塌物松散，该范围地表处理需及时实施。而DK141+240～DK141+265段30m，考虑到原该已钢花管进行地表注浆加固，靠近右侧增加3排φ89注浆钢花管，纵向间距1.0，横向间距1.0。为坍塌体确保洞内清方形成作业空间的安全，加固深度控制在初支顶面，在坍塌坑范围隧道开挖轮廓线深入仰拱底部。旋喷桩高压水泥浆的压力应大于20Mpa。水泥浆水灰比宜为1.0～1.1。在制作水泥浆时，可适当掺入外加剂。高压旋喷桩施工步骤包括钻机就位、钻孔、插管、高压喷射注浆、拔管、清洗。喷射管与高压注浆泵的距离不宜大于50m，钻孔位置与涉及的偏差不得大于50mm。分段喷射注浆的搭接长度不得小于300mm。在卵石土、碎石土和角砾土等较硬的土层中，应先采用Φ110mm钻机引孔后旋喷注浆。地表预加固结束后，应及时在地表建立完善的地表观测网，观测网格尺寸10m×10m。应对各监测点进行闭合测量。
（5）对隧道地表处理完成后，清理坍塌体同时在DK141+225.1-DK141+226.1立3榀HW175型钢钢拱架，在拱架外侧焊接φ120导向管（间距40cm），并在每榀拱架上增加锁脚锚管进行加固（每榀拱架锁脚锚管不得小于4根，长度不小于5米，锁脚锚管必须采用L型钢筋与钢拱架焊接牢固），最后喷射C30混凝土作为导向墙使用。超前大管棚采用φ108钢管，设置范围为拱部180°范围内。考虑到钻机工作臂长5m,二衬已施作至DK141＋223.1，空间较小，大管棚外插角较大，达22°左右，但此环大管棚必须穿过坍塌体，故管棚长度取20m，且换拱过程中防止因管棚下方土体掉落，根据旋喷桩施做固结效果，配合单或双层φ42小导管支护。第二次管棚施作，必须确保大管棚搭接不小于5 m，在DK141+234开始施作一环20 m长的φ108大管棚。环向间距40cm，设置范围为拱部140°，外插角5°左右。
（6）对隧道采取三台阶法开挖坍方段，每级台阶长度不超过3m，其拱脚处须扩大至60cm，拱部根据大管棚及高压旋喷桩成桩加固效果，根据开挖揭示是否采用单或双层超前小导管，超前小导管采用Φ42钢花管并压注水泥浆超前支护；型钢在坍塌体范围段（即DK141＋224.6～DK141＋232.6段）采用HW175型钢，钢架间距0.5m；DK141＋232.6～DK141＋236段）采用HW175型钢，钢架间距0.6m，段；DK141＋236～DK141＋246钢架采用I22a型钢，间距0.6m，DK141＋246之后根据监控量测数据及地表加固效果再定采用I18 a 或I20a及其间距。每处拱脚设不少于4根锁脚锚管，二衬在第二环大管棚施作后应及时施作DK141＋223.1～DK141＋229.1段二衬，确保施工时坍塌体安全。
隧道塌方处理效过程的安全措施
对于隧道塌方处理来说，隧道本身的安全性不满足才导致塌方的出现，因此在处理隧道塌方过程中，采取有效的安全质量保证措施是隧道塌方处理的重要保障。对参加处理施工的施工人员，进行安全质量教育，增加安全质量意识，提高施工人员的技术水平；同时对隧道塌方处理的每道工序应当对施工人员进行技术交底，使施工人员知道所施工的工程规范要求和标准，并把要求和标准落实到位，控制在误差范围内；对于塌方处理所采用的各项材料，必须是经过检测合格材料，否则一律不得使用；同时应当严格执行检查报验程序，在处理塌方的每道工序施工完后，经自检、互检、专检合格再报监理复检合格后同意进行下道工序施工，方可进行下道工序施工；在整个隧道塌方处理过程中应当必须有一名安全员全程跟班作业，观察掌子面如发现异常情况立即组织施工人员撤离，防止发生安全事故。同时在处理塌方过程中，还应当加强塌方段围岩监控量测，塌方段每3米设一个监测点，处理完成后立即布设。一开始每4小时量测一次，并做好记录，及时反馈数据，随时掌握围岩变化情况，采取措施，确保施工安全。
结语
通过对本隧道塌方处理，加强了施工措施，从工程实践上取得了较好的效果，隧道已经顺利施工，有效地满足设计要求。结合实践经验，笔者建议对于隧道塌方处理应当重点是稳定围岩、固结塌体、同时采取稳步推进方式。而且在对隧道塌方采取处理时应当采取安全可靠措施，确保人员机械设备的安全。
