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浅谈上海至瑞丽高速公路贵州境三穗至凯里屯州隧道K83+858～+845段通天塌方处理方案
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内容提示：隧道施工中出现通天塌方时怎样对施工方案的选择与确定。结合三凯公路第五合同段屯州隧道发生的通天坍方，介绍其原因分析、治理方案的选择与确定及对通天坍方的处理方法。
【摘 要】隧道施工中出现通天塌方时怎样对施工方案的选择与确定。结合三凯公路第五合同段屯州隧道发生的通天坍方，介绍其原因分析、治理方案的选择与确定及对通天坍方的处理方法。
【关键词】隧道 通天塌方 处理方案
一、概述
在2004年7月28日，屯州隧道左洞出口段K83 858处顶部在正常爆破后发现爆堆中混杂着浅黄色的泥夹石状态，在开挖轮廓线的拱顶出现一个环向2米，纵向4米，深约5米的小塌洞。为防止塌洞进一步扩大，于当晚采取打锚挂网喷射混凝土等措施进行固防处理。8月4日进行钻爆作业时加密了步孔，减少了爆破药量后，塌洞继续扩大。形成环向7米，纵向5米，深约8米的塌洞。8月5日晚在围岩处于土夹石地质不断的小型坍塌作用下，将做好的超前支护全部压塌。由于处于浅埋段对山体表面进行观察没有发现变形及坍塌，但在8月6日晚因降暴雨，左洞原塌方部岩体受地表水浸泡及冲洗粘聚力和岩体摩擦系数急剧减小造成岩体下塌，致使坍洞扩大；形成环向12米，纵向10米，深约12米的大型塌洞。上部覆盖山体表面也下沉。形成32米的通天塌方。
二、原因分析
屯州隧道造成的通天坍塌的原因是多方面的，它既与岩体本身的强度和结构构造有关，又与水的作用和人为因素有关。因此它是在多种因素的综合作用上造成的坍塌。屯州隧道左洞的拱顶原来是一段宽约8米～12米，走向NE79度倾角约65度，倾向SW的断层斜穿隧道。由于受到雨水的浸泡作用而形成软弱带岩体，从而造成此段的地质条件极其恶劣，围岩的稳定性极差。由于上述几项软弱岩体的交汇开挖后，使得软弱岩体失去承载能力。岩体内部的粘聚力和破碎岩体之间的摩擦系数又极小，软弱岩体在无支撑力的情况下势必出现第三次塌落，致使塌洞扩大加高，上部覆盖下坠，造成32米的通天塌方。
三、治理方案的选择与确定
（一）常见的治理方案
1.明挖法：此法一般用于接近洞口的隧道的拱顶覆盖在10米内的隧道拱顶坍塌，出现这中塌方时，可从地表开挖直至路基设计标高，改隧道暗洞为明洞或双壁路堑。
2.明穿法：隧道塌区已离洞口较远，其拱顶覆盖超过10米，塌落高度已接近地表或形成通天塌方，出现这种塌方可以从地表逐步向下处理，直至将塌方区的隧道拱顶恢复而向前继续推进。
3.暗穿法：隧道塌方情况和上述明穿法的塌方情况相同，但处理塌方时，是从塌落体的底部开始处理，直至塌落区的拱顶恢复而继续向前推进。
（二）明穿方案和暗穿方案的比较
屯州隧道左洞塌方的底部中心点标高为524.643，其里程桩号为K82 851.5，地表塌方标高为556.9，里程桩号为K83 852，塌落区距离洞门37米，塌落高度32米，起具体形状如图（图1—1）。从图上可看出明挖法是不可能的，那就在明穿法和暗穿法中进行设计和比较。
（三）方案确定及施工处理
通过上述明穿法和暗穿法的分析，两种方案都可行，但考虑到施工单位已对暗穿法施工已有丰富的经验，最后经业主、设计单位、监理、施工单位代表共同讨论确定。屯州隧道塌方采用暗穿法施工处理方案。处理分以下步骤：
1.强化隧道中的坍落体：为了提高塌跨体的承载力和自然坡度的稳定性,首先对隧道中滑落的松渣堆积体进行喷射厚15cm的C20混凝土，以保证土体稳定和避免注浆流失。同时，将水泥浆注入塌落拱顶的整个塌落土，将塌落土强度提高，稳定角加大，为安全开挖塌落土替和架设钢支撑创造条件。
2.塌落区的支护的处理：由于塌落的周围岩体十分破碎，因此在这塌落区范围内的支护加大了安全系数。
3.塌洞的处理工艺：具体施工工艺是首先拱部（左侧至中隔墙顶，右侧至中心线偏角75度范围内）超前支护才采用双排φ42mm×4mm、长4m的小导管，并进行注浆，注浆压力为1～1.5MPa.上排小导管支护参数为：插入角45度，环向间距80cm，排距1m.下排小导管支护参数为：插入角5~7度，环向间距40cm，排距2m，小导管尾部焊接在已立钢支撑上，钢支撑采用22a工字钢，间距50cm，喷射28cm钢纤维砼，径向系统锚杆采用φ25中空注浆锚杆，环向间距1m，纵向间距50cm，同时预埋垂直向上的φ42mm×4mm，长4m的小导管，环向及纵向间距均为40cm.竖直向上压水泥浆，以将拱顶松散体固结，再对拱顶坍坑进行处理.在考虑到尽量减少拱顶的压力时用C20混凝土，从坍塌处地表向空洞打设5-6根注混凝土管从几个不同方位均匀灌入，使在拱顶堆积体上形成一个护拱混凝土厚为4m。待混凝土强度达到设计强度的70%后将坍坑剩余部分回填压实，用浆砌片石封闭地表。
按上述施工工序和步骤循环，即完成整个塌洞的初期支护处理。与此同时还对塌洞前后区段实施加强性支护、加强段长度为13米。这样就大大增加了储备安全系数，也就把全部的天井塌方宣布理完毕。
四、体会总结
1.极坏的地质构造是造成大跨度公路隧道塌方的主要原因之一。一般对隧道的地质勘探，其网度都较大，仅有的几个勘探孔很难控制住隧道的断裂情况，岩体的岩性和裂隙节理的发育程度，岩石的类型及隧道开挖段落所存在的破碎带及大断层也很难判清楚。
2.拿屯州隧道来说，正是由于一条大断层，与K83 858- 845段相交，致使此处围岩极端破碎和软弱，造成隧道的开挖支护及其困难，加上预见性不足，从而造成塌方。因此在隧道施工中，必须加强围岩观察，掌握地质构造变化规律。凡有大的构造断裂，必须及时摸清楚走向、倾向和倾角，同时密切注意与各断裂带的相交情况。要提前掌握它们的交汇位置，准备好应变措施。要在其交汇处采用“短进、强支、早封”的施工工艺，千方百计不让其垮塌，但以求得“优质、高效”的施工效果。
3.在隧道的施工中，必须使用正确的施工工艺。目前的公路隧道均采用的是新奥法施工，但在各个环节上，又各具特色。在遇到岩体破碎软弱时，其放炮药量必须严格控制，要尽可能的减少对围岩的扰动。开挖断面尽可能的小，超前支护必须强化，支护类型必须满足强大地压的需要。钢拱架支护除该锁脚描杆外，还要保证支架不下沉。同时要用挂网喷浆及模筑砼及时把开挖隧道的拱顶、拱墙予以封闭，借以增大支护承载力，保证隧道顺利向前掘进。
4.隧道一旦出现塌方，必须抓紧时间处理，不然会造成塌洞越来越大，甚至通天。而处理必须采用综合措施，即首先抓紧治标，不使漏洞扩大，然后治本，保证隧道长治久安。塌方处理必须要有多种方案进行选择。一方面要按照“经济、合理、安全、可靠”的原则择优选取，同时还要充分考试施工单位处理塌方的经验和原材料的及时供应情况，一旦施工方案确定，就要立即组织精干队伍抢进度、抓质量、指挥协调到现场，技术指导到现场，以最快的速度，最短的时间，最好的质量完成塌方处理任务，从而保证整个隧道的综合效益提高。 来源: 《建筑中文网》.
【关键词】隧道 通天塌方 处理方案
一、概述
在2004年7月28日，屯州隧道左洞出口段K83 858处顶部在正常爆破后发现爆堆中混杂着浅黄色的泥夹石状态，在开挖轮廓线的拱顶出现一个环向2米，纵向4米，深约5米的小塌洞。为防止塌洞进一步扩大，于当晚采取打锚挂网喷射混凝土等措施进行固防处理。8月4日进行钻爆作业时加密了步孔，减少了爆破药量后，塌洞继续扩大。形成环向7米，纵向5米，深约8米的塌洞。8月5日晚在围岩处于土夹石地质不断的小型坍塌作用下，将做好的超前支护全部压塌。由于处于浅埋段对山体表面进行观察没有发现变形及坍塌，但在8月6日晚因降暴雨，左洞原塌方部岩体受地表水浸泡及冲洗粘聚力和岩体摩擦系数急剧减小造成岩体下塌，致使坍洞扩大；形成环向12米，纵向10米，深约12米的大型塌洞。上部覆盖山体表面也下沉。形成32米的通天塌方。
二、原因分析
屯州隧道造成的通天坍塌的原因是多方面的，它既与岩体本身的强度和结构构造有关，又与水的作用和人为因素有关。因此它是在多种因素的综合作用上造成的坍塌。屯州隧道左洞的拱顶原来是一段宽约8米～12米，走向NE79度倾角约65度，倾向SW的断层斜穿隧道。由于受到雨水的浸泡作用而形成软弱带岩体，从而造成此段的地质条件极其恶劣，围岩的稳定性极差。由于上述几项软弱岩体的交汇开挖后，使得软弱岩体失去承载能力。岩体内部的粘聚力和破碎岩体之间的摩擦系数又极小，软弱岩体在无支撑力的情况下势必出现第三次塌落，致使塌洞扩大加高，上部覆盖下坠，造成32米的通天塌方。
三、治理方案的选择与确定 （一）常见的治理方案
1.明挖法：此法一般用于接近洞口的隧道的拱顶覆盖在10米内的隧道拱顶坍塌，出现这中塌方时，可从地表开挖直至路基设计标高，改隧道暗洞为明洞或双壁路堑。
2.明穿法：隧道塌区已离洞口较远，其拱顶覆盖超过10米，塌落高度已接近地表或形成通天塌方，出现这种塌方可以从地表逐步向下处理，直至将塌方区的隧道拱顶恢复而向前继续推进。
3.暗穿法：隧道塌方情况和上述明穿法的塌方情况相同，但处理塌方时，是从塌落体的底部开始处理，直至塌落区的拱顶恢复而继续向前推进。
（二）明穿方案和暗穿方案的比较
屯州隧道左洞塌方的底部中心点标高为524.643，其里程桩号为K82 851.5，地表塌方标高为556.9，里程桩号为K83 852，塌落区距离洞门37米，塌落高度32米，起具体形状如图（图1—1）。从图上可看出明挖法是不可能的，那就在明穿法和暗穿法中进行设计和比较。
（三）方案确定及施工处理
通过上述明穿法和暗穿法的分析，两种方案都可行，但考虑到施工单位已对暗穿法施工已有丰富的经验，最后经业主、设计单位、监理、施工单位代表共同讨论确定。屯州隧道塌方采用暗穿法施工处理方案。处理分以下步骤：
1.强化隧道中的坍落体：为了提高塌跨体的承载力和自然坡度的稳定性,首先对隧道中滑落的松渣堆积体进行喷射厚15cm的C20混凝土，以保证土体稳定和避免注浆流失。同时，将水泥浆注入塌落拱顶的整个塌落土，将塌落土强度提高，稳定角加大，为安全开挖塌落土替和架设钢支撑创造条件。
2.塌落区的支护的处理：由于塌落的周围岩体十分破碎，因此在这塌落区范围内的支护加大了安全系数。
3.塌洞的处理工艺：具体施工工艺是首先拱部（左侧至中隔墙顶，右侧至中心线偏角75度范围内）超前支护才采用双排φ42mm×4mm、长4m的小导管，并进行注浆，注浆压力为1～1.5MPa.上排小导管支护参数为：插入角45度，环向间距80cm，排距1m.下排小导管支护参数为：插入角5~7度，环向间距40cm，排距2m，小导管尾部焊接在已立钢支撑上，钢支撑采用22a工字钢，间距50cm，喷射28cm钢纤维砼，径向系统锚杆采用φ25中空注浆锚杆，环向间距1m，纵向间距50cm，同时预埋垂直向上的φ42mm×4mm，长4m的小导管，环向及纵向间距均为40cm.竖直向上压水泥浆，以将拱顶松散体固结，再对拱顶坍坑进行处理.在考虑到尽量减少拱顶的压力时用C20混凝土，从坍塌处地表向空洞打设5-6根注混凝土管从几个不同方位均匀灌入，使在拱顶堆积体上形成一个护拱混凝土厚为4m。待混凝土强度达到设计强度的70%后将坍坑剩余部分回填压实，用浆砌片石封闭地表。
按上述施工工序和步骤循环，即完成整个塌洞的初期支护处理。与此同时还对塌洞前后区段实施加强性支护、加强段长度为13米。这样就大大增加了储备安全系数，也就把全部的天井塌方宣布理完毕。
四、体会总结
1.极坏的地质构造是造成大跨度公路隧道塌方的主要原因之一。一般对隧道的地质勘探，其网度都较大，仅有的几个勘探孔很难控制住隧道的断裂情况，岩体的岩性和裂隙节理的发育程度，岩石的类型及隧道开挖段落所存在的破碎带及大断层也很难判清楚。
2.拿屯州隧道来说，正是由于一条大断层，与K83 858- 845段相交，致使此处围岩极端破碎和软弱，造成隧道的开挖支护及其困难，加上预见性不足，从而造成塌方。因此在隧道施工中，必须加强围岩观察，掌握地质构造变化规律。凡有大的构造断裂，必须及时摸清楚走向、倾向和倾角，同时密切注意与各断裂带的相交情况。要提前掌握它们的交汇位置，准备好应变措施。要在其交汇处采用“短进、强支、早封”的施工工艺，千方百计不让其垮塌，但以求得“优质、高效”的施工效果。
3.在隧道的施工中，必须使用正确的施工工艺。目前的公路隧道均采用的是新奥法施工，但在各个环节上，又各具特色。在遇到岩体破碎软弱时，其放炮药量必须严格控制，要尽可能的减少对围岩的扰动。开挖断面尽可能的小，超前支护必须强化，支护类型必须满足强大地压的需要。钢拱架支护除该锁脚描杆外，还要保证支架不下沉。同时要用挂网喷浆及模筑砼及时把开挖隧道的拱顶、拱墙予以封闭，借以增大支护承载力，保证隧道顺利向前掘进。
4.隧道一旦出现塌方，必须抓紧时间处理，不然会造成塌洞越来越大，甚至通天。而处理必须采用综合措施，即首先抓紧治标，不使漏洞扩大，然后治本，保证隧道长治久安。塌方处理必须要有多种方案进行选择。一方面要按照“经济、合理、安全、可靠”的原则择优选取，同时还要充分考试施工单位处理塌方的经验和原材料的及时供应情况，一旦施工方案确定，就要立即组织精干队伍抢进度、抓质量、指挥协调到现场，技术指导到现场，以最快的速度，最短的时间，最好的质量完成塌方处理任务，从而保证整个隧道的综合效益提高。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/14012.htm
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