高速公路隧道塌方段及其影响段处治安全技术研究

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　　摘  要：隧道顶部覆盖层薄，节理发育，围岩破碎，地下水变化起伏大、支护不及时的高速公路隧道洞段出现塌方，对塌方段及塌方影响段的安全处治方式进行分析研究，为公路隧道类似塌方事故提供借鉴，预防塌方事故发生。
　　关键词：高速公路隧道;塌方段及塌方影响段;安全处治技术
　　中图分类号：U412 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）04-0146-03
　　Abstract： There is a collapse in the tunnel section of expressway with thin cover layer， developed joints， broken surrounding rock， undulating groundwater and untimely support at the top of the tunnel. The safety treatment methods of the collapse section and the section affected by the collapse are analyzed and studied. It can provide reference for similar collapse accidents of highway tunnel and prevent the occurrence of collapse accidents.
　　Keywords： highway tunnel; collapse section and landslide influence section; safety treatment technology
　　1 高速公路隧道塌方情况概述
　　晋宁至红塔区高速公路起点位于昆明市晋宁县城西南李和村，终点位于玉溪市飛井村，全长49.384km。该公路一标段起点K0+000，止点K16+900，位于晋宁县所辖昆阳镇境内。
　　晋红高速公路总承包Ⅰ标段安企村1号隧道[1][2]为一座小净距隧道，右幅隧道长702m，隧道断面为马蹄形，宽15.37m，高9.9m，钢筋混凝土衬砌60cm，纵坡2.0%，最大埋深70.68m，K1+275桩号塌方处隧道净距20.73～23.00m。塌方段地下水埋深30m，岩体为棕红色全风化砂质板岩，洞身段节理发育，岩体破碎，遇水软化，开挖时发生坍塌，桩号为K1+263～K1+300m，长38m。见图1。
　　2 塌方原因分析
　　2.1 地表降雨多、隧道围岩赋水性变化大
　　塌方段围岩为中风化，地表为冲沟与隧道路线交汇处，残积土层较厚，塌方前2天连续降雨，地表水下渗;坍塌前初期支护表面干燥，坍塌后初期支护表面潮湿，局部滴水。地表水下渗是造成本次塌方的因素之一，雨水渗入断裂带及裂隙后形成滑移面，岩石间内力挤压造成初期支护型钢变形诱发塌方。
　　2.2 节理裂隙发育、岩石破碎，稳定性差
　　根据塌方段地质雷达超前地质预报[3]，该段岩性为中分化砂质板岩，岩体较潮湿，节理较发育，完整性较差;K1+272～K1+284范围为围岩破碎带，深部围岩存在发育的构造裂隙。岩石强风化、岩体破碎是诱发塌方的主要原因。
　　2.3 施工人员对监控资料分析浅，重视程度不足
　　施工人员对该高速公路隧道不良地质段认识程度不够，对强风化岩体破碎段及构造裂隙发育段未及时进行支护变更，加强初期支护;对监控测量资料分析重视程度不够，认识程度不足是本次塌方的间接原因。
　　3 塌方段处理技术
　　除了塌方段需要处治外，右幅K1+263～K1+275、K1+285～K1+335、左幅Z1K1+289～Z1K1+340段受塌方影响段也进行了相应处治。
　　本工程隧道洞身段原支护方案按照新奥法原理[4，5]设计，采用初期支护与二次衬砌相结合的复合式衬砌，即以锚杆、湿喷混凝土、型钢拱架等为初期支护，模筑混凝土为二次衬砌。超前辅助工程措施为管棚（节长5～6m，φ108×6热轧无缝钢管，环向间距40cm，设置于顶拱衬砌部位120°范围）、超前小导管支护（节长3.5m，φ42×4热轧无缝钢管，环向间距25～50cm，设置于顶拱衬砌部位120°范围）。经过设计复核计算、塌方段处置方案的支护参数调整如下：
　　隧道右幅塌方段围岩级别Ⅴ级，初期支护型式为I22b钢拱架，间距60cm;29cm厚喷射C25混凝土，φ8单层钢筋网片15×15cm;Φ22砂浆锚杆L=350cm，间距100×60cm;纵向每3m施作一循环φ42×4、L=450cm超前注浆导管，环向间距25cm。
　　塌方段影响段段围岩级别Ⅳ2级，初期支护为I18钢拱架，间距100cm;25cm厚喷射C25混凝土，φ8双层钢筋网片20×20cm;Φ22砂浆锚杆L=350cm，间距100×100cm;Φ42×4注浆小导管L=450cm;纵向每3m施作一循环φ42×4、L=450cm超前注浆导管，环向间距50cm。
　　3.1 施工方法
　　首先从洞外拉渣对K1+263～K1+275段进行施工操作平台的填筑与平整，平整后对外露表面挂网（φ8钢筋网片20×20cm）喷20cm厚C25混凝土;并对堆渣采用小导管（L=450cm，φ42×4、L=450cm，间距100×100cm，布置两排，梅花形布置）进行径向注浆加固，注浆材料采用水泥、水玻璃双液浆，待初期支护变形稳定后，尽早施工二次衬砌，再对塌方段的渣料进行平整封闭，塌方段安全施工操作平台[7]，见图2。
　　3.1.1 塌方影响段初期支护加固处理 　　首先对K1+263～K1+275初期支护进行加固处理：先增加径向背拱，背拱采用I18工字钢，间距100cm;其次背拱单元接口处采用2根注浆小导管锁脚;最后采用Φ42×4注浆小导管，L=450cm@50×50cm对顶拱180°范围内进行注浆加固，浆液采用1：1水泥浆，注浆压力0.5～1.0MPa，终压3.0MPa。
　　3.1.2 塌穴坍渣料厚度探测及清除处理
　　在K1+275m桩号拱顶采用手风钻钻孔，钻孔上倾角不小于45°，钻孔深度6.0m，根据钻杆钻进情况，判断塌穴坍渣厚度。如坍渣厚度小于3m，对坍穴进行注浆或泵送M20水泥砂浆回填;如厚度大于3m，进行上导洞开挖支护施工。
　　3.1.3 塌方段超前支护
　　塌方段超前支护采用φ108×6管棚，环向间距40cm，角度小于15°，在K1+275m塌方前缘位置采用JL-6000型钻机钻孔施工，管棚施工前架设3榀I22b工字钢拱架用于管棚锁定。工字钢底部采用混凝土扩大基础，并采用型钢进行支垫，背拱单元接口处采用2根Φ42×4，L=450cm注浆小导管锁脚。
　　3.1.4 塌方体开挖与支护
　　待超前支护注浆浆液固结后进行塌方体开挖，分上下导洞施工，上层采用“环形预留核心土”法。
　　（1）上导洞开挖与支护
　　开挖过程中，采用破碎锤或人工进行开挖，尽量避免爆破作业。开挖循环进尺0.5m，开挖完成后，进行初期支护钢拱架安装及锚喷支护（钢拱架采用I22b工字钢，间距0.5m，纵向采用Φ22钢筋连接，间距50cm，φ8双层钢筋网片15×15cm，喷C25混凝土厚30cm），该循环施工完成后，进行下一循环上导施工，每施工3个循环，进行系统锚杆（Φ42×4mm注浆小导管，L=450cm@50×25cm，注浆压力0.5MPa）施工。
　　（2）下导洞开挖与支护
　　上导洞开挖完成11个循环（5m）支护后，组织下导洞施工。下导洞施工分左右侧壁进行，先施工侧壁需超前后施工侧壁5榀以上拱架，支护型式按照上导洞进行。按照以上方法进行上下导洞开挖，直至度过塌方段。
　　3.1.5 隧道K1+285～K1+300段、Z1K1+285～Z1K1+340段初期支护加固处理
　　初期支护钢拱架安装及锚喷支护采用钢拱架采用I22b工字钢，间距0.5m，纵向采用Φ22钢筋连接，间距50cm，φ8双层钢筋网片15×15cm，喷C25混凝土厚30 cm），每施工3个循环，进行系统锚杆（Φ42×4注浆小导管，L=300cm@50×25cm，注浆压力0.5MPa）施工。
　　3.1.6 仰拱及二次衬砌施工
　　仰拱施工：仰拱每次开挖长度不得大于3榀拱架，并及时成环。
　　二衬施工：为确保永久结构及运行安全，对该段及前后影响段（K1+263～K1+300）二次衬砌进行加强处理。二衬内置I18钢架加强，内置钢架靠隧道净空侧布设，间距100cm，钢架保护层厚度12cm，钢架纵向采用Φ22钢筋连接，其拱部120°范围内间距50cm，其余部位为100cm。
　　4 加强监控量测、设置安全逃生通道
　　（1）塌方段开挖和拱架安装时，设专人进行安全监控，每榀拱架均设置沉降观测点7个。开挖过程中注意观察初期支护状态，包括喷砼层是否产生裂缝、剥离和剪切破坏、支撑是否压屈变形进行观察分析;对原初期支护钢架变形进行观测，对新增加的拱架加强观测，及时进行量测结果的分析。
　　（2）安排专人对塌方段地表进行巡视;施工过程中加强左幅隧道监控量测。
　　（3）待高速公路隧道塌方体一旦具备安装条件时，立
　　即按《铁路隧道施工抢险救援指导意见》的规定安装安全逃生通道[6]。逃生管道采用直径Φ1020mm，壁厚10mm的钢管，节长12m;一端靠近掌子面，一端延伸至二衬（延伸至二衬不小于5m）;固定在隧道一侧，两管节连接应牢固;塌方处理期间在掌子面设立高频对讲机，保证通信质量;风水管紧跟塌方体处理进程，在管口附近应配备醒目的工具箱，箱内存放应急电筒、活动扳手、锤子、钢钎等应急工具，便于遇紧急情况时打开风水管法兰盘，开通救生管道，及时输送水和食物。
　　5 结束语
　　为保障高速公路隧道塌方段施工过程中的安全、防止塌方事故再次发生，根据国家《安全生产法》法规，结合安企村1号隧道塌方段的现状，建设方、监理方、设计方、施工方等多方参与了塌方段原因分析、地质勘察、复核设计、专家评审会等流程，制定了本次事故的处治方案，该处治方案得到了严格执行，塌方段及其影响段处治相当成功，隧洞坍渣开挖方式、支护形式、混凝土衬砌安全可靠，目前该隧洞已经正常通车，且该高速公路隧道工程的质量、安全、工期均得到了保证，印证了塌方段处治方案的正确性和可靠性。
　　参考文献：
　　[1]云南省交通规划设计研究院.晋宁至红塔区高速公路一标宝峰段两阶段施工图设计 第四册[Z].2015.
　　[2]云南省交通规划设计研究院.安企村1号隧道右幅1+275“4.29”塌方段处治设计图[Z].2015.
　　[3]安企村1号隧道施工安全专项方案.中国水利水电第十四工程局有限公司晋红高速公路总承包部Ⅰ标段[Z].2015.
　　[4]林伯顺，缪李兴.新奥法及规范要求在隧道工程施工中的作用[Z].温岭市隧道工程有限公司.2009.
　　[5]水工设计手册.第七卷.水电站建筑物[Z].华东水利学院，1984.
　　[6]中华人民共和国铁道部.鐵路隧道施工抢险救援指导意见[Z].2010.
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