龚家垭隧道突发性断层塌方处理措施

1 工程概况

十堰至漫川关高速公路是国家西部开发八条省际公路通道之一的银武线的重要组成部分, 十漫高速公路东接已经建成通车的襄 (樊) 十 (堰) 高速公路武许段, 西连规划中的陕西商洛-漫川关高速公路。它的建设对加快我国西部开发, 缩小东西部差距, 保持国民经济的持续、稳定、协调发展有着非常重要的战略意义。由集团公司承担施工十漫高速公路第四标段, 其中龚家垭隧道为一座上、下行分离式的双向四车道高速公路长隧道, 位于郧县青曲镇郧漫公路与东沟之间的龚家垭, 隧道起讫桩号左幅:ZK37+480～ZK38+960, 隧道左幅长1480米, 右幅:YK37+425～YK38+965, 隧道右幅长1540米, 是全线重点控制工程之一。

2 塌方过程

2006年2月15日17:40, 龚家垭隧道右幅出口在进行下导坑喷射混凝土支护时, 上导坑掌子面 (YK38+630) 附近线路右侧拱顶突然发生局部范围的坍塌掉块, 并迅速发展。20:25该处发生较大规模坍塌, 钻孔台架及12台风枪被埋。同时YK38+680～+645段喷射混凝土表面多处出现裂缝。2月16日15:40洞内再次发生大范围塌方, 塌方范围延伸至S3与S4型支护交界处 (YK38+680) , 并破坏S3型支护2m后, 在YK38+682处停止, 隧道上半断面被封堵, 塌方基本稳定。塌方段总长52m (YK38+682～+630) , 塌入隧道断面内方量约3 0 0 0 m3。塌方相邻的YK38+682～+730段多处Ⅲ类围岩初期支护喷射混凝土出现裂缝并继续发展, 格栅拱架发生较明显变形。

3 塌方原因分析

(1) 从该段隧道地形地质来看, 线路右侧山体存在显著的偏压。

(2) 塌体为钠长石英云母片岩, 夹杂土黄色破碎体, 岩体大小5cm～200cm不等, 表面光滑。围岩构造特别发育, 节理及层面间结合差, 岩体基本呈松散状态。

(3) 塌方段洞顶有常年流水的沟谷, 埋深较浅, 洞内地下水丰富, 增加了围岩压力, 降低了围岩自稳能力。

(4) 本段塌方地段原设计为Ⅳ类围岩, 初期支护承载能力较弱, 难以满足围岩稳定要求, 由小范围的塌方引发大范围的塌方。

4 塌方处理前的加固方案

本段塌方范围规模大, 塌腔空洞高度达20m, 相邻段已经出现开裂、变形, 已经处于不稳定状况, 存在再次塌方的可能, 因此必须及时采取加固措施, 保证塌体的稳定。

首先对坍塌岩渣外露面喷15cm厚C20砼进行封闭处理, 铺设φ8钢筋网 (20cm×20cm) , 稳住塌体表面, 阻止塌体进一步滑塌, 并作为止浆墙。

其次对相邻的YK38+682～+730段: (1) 采用Φ42, 5m长注浆小导管对初期支护进行加强, 小导管间距1m×1m; (2) 采用Ⅰ20b工字钢拱架临时加固, 每榀纵向间距0.8m; (3) 设置沉降观测点, 每日观测, 如沉降量过大、过快, 及时反馈, 对临时支护进行调整加强。

实际施工中采用了此方法处理后, 根据每日观测的沉降情况, 沉降量逐日减少, 5日后沉降基本稳定, 对后续处理塌体创造了基本条件, 因此隧道施工中处理塌方必须在第一时间控制塌方的继续发展, 抑制塌方的扩大。

4.1 通过塌体方案比选

根据塌方现场实际及地质情况, 通过塌方体拟定了以下2种方案。

第一种方案:采取注浆、中管棚超前支护方案, 具体如下。

(1) 封闭坍塌面。

(2) 注浆固结坍塌岩渣。

(3) 中管棚超前支护。

(4) 架设工字钢架初期支护。

第二种方案:采用护拱方案:小段蚕食渐进法清理坍塌体, 逐步推进, 护拱及其他后续工序随后紧跟, 确保前进一段、安全一段, 具体如下。

(1) 分段清理坍塌体。

(2) 每3m～6m为一循环施作护拱。

(3) 在护拱的保护下, 清理坍塌渣体, 施做初期支护。

4.2 实际施作

施工中首先采用第一种方案, 先采用6m长φ42小导管注浆固结塌体, 固结塌体后, 钻孔施工管棚超前支护, 但施工过程出现钻孔困难, 经常塌孔、卡钻, 沉降变形严重, 管棚无法安装, 分析原因: (1) 坍塌体为巨块状岩石和破碎物的松散堆积体注浆固结渣体效果不好, 且塌方规模大, 塌腔仍无法完全稳定, 巨块岩石掉落现象时有发生; (2) 固结扩散范围2m～4m, 无法满足施工大管棚10m要求; (3) 管棚施工中无法保证不卡钻、塌孔。如采用管棚钻机利用套管与钻杆同时同步冲击回转钻进, 深度达30m, 但此段塌方长达52m, 未有此施工先例, 且钻机远在其他工点, 机械费用昂贵。经过尝试后施工被迫中止。

后根据实际情况研究后决定采用第二种方案, 即采用护拱方案:小段蚕食渐进法清理坍塌体, 施作护拱、初期支护、加强混凝土, 确保前进一段、安全一段。

5 施工工艺

5.1 护拱施工方案

施工准备。为了保证施工的成功, 施工前的准备必不可少。提前加工好所需的钢管、钢筋骨架及钢筋网片、尽量连接成整体直接安装;检查保养机械设备, 确保机械设备的充足和性能。

预备足够的材料;对施工工人讲明施工步骤、要领, 必要时提前进行演练。

5.2 施工过程

(1) 对相邻段YK38+682前6m范围进行拱架加固, 拱墙6m范围内采用Φ42小导管注浆加强, 保证清理的安全。

(2) 采用机械清理塌体, 清理范围4m～6m, 完成后观察塌体是否稳定, 稳定后迅速喷射C20混凝土封闭掌子面及侧壁, 经过一段时间观察确认安全后, 在6m范围内施做护拱。

(3) 利用加工好的格栅拱架、钢筋网片护拱支架, 安装Φ108-6mm钢管作为护拱支架主骨架, 安装时利用挖掘机或装载机作为操作平台, 人工配合进行。此步骤为此施工方案最危险的一环, 要确保安装快速, 并随时观察塌方体的变化情况, 如有变化人员马上撤离施工现场。

(4) 在护拱拱脚打入小导管保证护拱拱脚安全, 在护拱拱脚及侧壁打入Φ42注浆小导管, 纵环向间距为50cm×100cm, 或者根据实际情况布置导管。

(5) 喷射C20混凝土包裹骨架, 作为浇筑C25护拱砼的底模, 通过预埋的甭管泵送混凝土形成护拱混凝土。

5.3 初期支护及加强混凝土施工

(1) 清理剩余渣体, 预留70cm模筑衬砌厚度, 施做3m的上台阶初期支护。通过测量放样对上台阶拱顶、拱脚定位, 安装塌方段I20b工字钢拱架, 工字钢拱架纵向间距50cm, 纵向采用Φ25钢筋联结, 保证纵向刚度。

(2) 拱墙打入Φ22, L=350cm砂浆锚杆, 纵环向间距为50×100cm, 挂Φ8钢筋网, 网格间距20cm×20cm, 上导坑拱脚每侧打入2根L=500cm砂浆锚杆, 预埋3根Φ150mm, L=250cm泵管在拱架上部作为砼输送口。

(3) 以施工好的初期支护为底膜, 通过预埋的甭管泵送C25加强混凝土, 作为护拱混凝土的支撑, 并转入下一施工循环。

5.4 下导坑初期支护的施工

下台阶施工考虑到塌方处理段上部均为砼结构, 自重较大, 为保证下台阶落底安全, 采用跳槽挖井法开挖下台阶, 使结构尽早封闭成环, 具体操作按以下步骤进行。

(1) 左右错开分段跳槽开挖拱脚竖井, 竖井尺寸、间距以施工安全、快捷为原则, 墙角部位适当加深、加大, 保证较好地传递上部支护荷载。

(2) 每个竖井完成后, 立即施工下台阶相应支护, 安装I20b工字钢拱架和纵向联结筋, 挂设Φ8钢筋网片, 网格间距20×20cm, 施做下台阶系统锚杆, 锚杆采用Φ2 2, L=350cm, 纵环向间距为50×100, Φ22锚杆, L=500cm下导坑拱架拱脚锁脚锚杆索脚, 喷射C20砼完成下台阶支护。

(3) 分段开挖跳开段岩柱, 完成相应的下台阶支护。

(4) 分段开挖仰拱, 施工仰拱初期支护, 封闭成环。

5.5仰拱及衬砌施工

此段塌方量较大, 情况较复杂, 成功进行了塌方段的处理, 应快速进行仰拱及衬砌的施工, 作为隧道的永久支护, 但施工质量一定要保证, 保证隧道未来运行的安全稳定。

6 实施效果及体会

(1) 整个处理过程无人员伤亡, 过程平稳有序, 未发生再次塌方等突发事件, 处理后的结构安全稳定, 满足隧道运行需要。

(2) 在突发性断层塌方后, 首要的是进行监测、加固、稳定塌体, 防止塌方进一步扩大, 搞清楚塌方原因, 塌方范围、性质, 不可轻易出渣, 否则会破坏塌方后形成的平衡造成更大的塌方。

(3) 要充分到考虑塌方的复杂情况, 多做分析, 拟定确实可行的处理方案, 不可完全照搬以往经验, 动态修改处理方案。

(4) 采用泵送混凝土形成板状混凝土护拱顶, 通过塌方漏斗区域是一种切实可行的方案。

摘要：介绍了突发性断层塌方情况、原因、处理措施和效果, 为类似工程提供借鉴。

关键词：突发,断层塌方,处理措施