【摘要】：在山区修建山岭隧道，因隧道穿越地区工程地质和水文地质条件复杂多变，决定了山岭隧道的施工难度，了解容易发生坍方的地段和部位，对预防隧道坍方非常重要。隧道施工地质条件变化大，不确定性因素多，针对贵州山区隧道出现的溶洞塌方的处理方案进行分析论证，采用不打孔管棚加混凝土支护的施工工艺，为后续的其他隧道出现同类地质提供参考。
【关键词】：溶洞 短管棚 跟管 不打孔 开挖
1、工程概况
隧道进口位于ZK5+990（右线K5+898）江口县闵孝镇村, 距村道700m，出口位于ZK6+352（K6+365）江口县闵孝镇闵家场村。总长度左线362m，右线467m；双向4车道单向行车，设计速度80km/h，单洞行车道宽度为2×3.75m，隧道建筑限界净宽为10.25m，建筑限界净高为5.0m。左洞Ⅳ级围岩有98米，Ⅴ级围岩是264米；右洞Ⅳ级围岩有104米，Ⅴ级围岩有363.5米，于2018年11月30日开挖至K6+312处隧道右洞掌子面出现大面积塌方，从拱顶上方往掌子面处塌落泥加石，石块呈大粒径孤石，根据塌方体外涌的方量推测该处空腔大约为500m³，该处隧道埋深为40米，地表处植被较丰富。
2、塌方原因分析
2.1、地质复杂原因
隧道右洞起讫桩号为K5+898-K6+365，原设计K6+200-K6+365段为V级围岩，隧道洞身主要为强、中风化白云岩，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体完整性较差，开挖时，多以面状滴水为主。
经地质专家和隧道专家到现场查看，分析该处为溶洞向深部溶蚀的演化历史，在岩溶沟槽向深部溶蚀切割进程中，降低了区内最低侵蚀基准面，岩溶水在补给、径流过程中受最低侵蚀基准面进一步向深部改道下切，致使曾经的溶洞暗河出口逐渐干枯形成干溶洞或半干溶洞，在长期的地质变化中，溶洞顶塌陷导致溶腔底部成为塌陷石块堆积体。
在该段施工过程中，由于岩层缝隙太大，注浆无法达到效果，小导管无法承受来自拱部的石块压力，由于岩层呈不规则形状，由于开挖过程中掉块严重，导致塌方。
2.2、施工原因
a、在开挖前施工方未对超前地质预报进行查看，未能提前对前方地质做出准确的判断。
b、洞内的监控量测点破坏严重，未能准确的对初支附近围岩的变形情况进行分析。
c、在出现有塌方迹象后，施工方盲目开挖，导致围岩进一步失稳垮塌。
3、溶洞处理方案
3.1、稳定掌子面
先对掌子面进行喷射砼封闭，避免掌子面继续垮塌，同时对预留核心土体进行注浆，保证掌子面的稳定性。
3.2、管棚施作
由于隧道在掘进施工中，堆积体岩层自稳能力差，属于易塌方地质，需采用较强的超前支护形式进行施作，保证施工安全。由于该地质岩层中存在裂隙较多，岩溶极其发育，采用常规的管棚施做成孔较困难，属于易塌孔地质，采用跟管技术进行管棚施工。当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩堆、漂石或破碎带不易成孔时，采用跟管钻进工艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出钻杆，顶入管棚，拔出外套管。跟管钻进是钢管前方设置一个管靴，通过钻头顶进管靴，钻头采用合金钢制成，管靴带动钢管逐节往前进，单节管长度为1.5米并两端设置套丝，两节管采用套管连接，套管长度为20cm，
在K6+312处施做套拱钢支撑，将钢管端部焊接在I20b工字钢上。套拱内埋设3榀I20b工字钢，采用装载机进行吊装，型钢与管棚钢管通过Φ20钢筋环向间距1m连接成整体，钢筋与型钢焊接牢固。
从K6+312处往出口方向施作9 m长超前Φ108×6mm管棚，搭接长度不小于2m，环向间距40c m，外插角7°-15°，并注浆。由于该段岩层地质松散，岩溶裂隙较大，属于不适合注浆地质，故在管节四周不设注浆孔，为了增加管棚的刚度，加强承受荷载的能力，在管棚内插入一根与管棚等长的Φ32的钢筋，最后进行注浆封闭，浆液采用T梁的预应力管道注浆压浆料，按0.28的水灰比进行配置，压浆压力按0.7Mpa进行控制。
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3.3、开挖
在管棚注浆完毕后，待压浆强度达到70%，加强监控量测工作，对洞内和地表进行观测，在开挖过程中严格按预留核心土工艺工法进行施作，每循环开挖不超过1榀钢拱架。围岩岩性软弱，破碎程度严重，自稳能力差，主要采用机械配合人工开挖或弱爆破，爆破要密打眼，少装药。为减少核心土开挖与掌子面开挖施工之间的相互影响，每个掌子面错开10米。
如果在开挖过程中出现小范围塌方，塌方体为管棚下方的松散岩体，在掌子面范围内形成溶腔，则采用如下方法进行处理：
a、采用钢筋网和钢管先对掌子面进行封闭，预留泵送混凝土管道，管道为Φ110mm的钢管，长不小于2米，根据溶腔大小适当调整，然后采用C20喷射砼喷射，形成支挡面。
b、待支挡结构强度达到70%后，通过泵送混凝土管道，将C20混凝土泵送至溶腔中，通过使混凝土填充溶腔，在拱顶处形成混凝土拱圈结构参与受力，抵抗围岩的应力，保证施工安全。
c、待混凝土强度达到70%后，逐榀向前掘进。
3.4、衬砌加强
段原设计围岩为Ⅴ级围岩，衬砌支护参数为Ⅴa，为了保证该段的施工安全，对衬砌支护参数进行加强处理，将Ⅴa支护类型变更为Ⅴd的形式。
3.5、监控量测
由于在K6+312处地表埋深为40米，监控量测选用地表观测和洞内观测两种方式进行。
地表沉降量测采用水准测量，与洞内拱顶下沉量测、周边位移量测设在同一横断面内，进行横断面方向地表沉降量测时，同一断面取7～11个测点，测点间距取2～5m。地表下沉量测在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。地表观测在洞浅埋段，观察内容包括：地表开裂、地标沉陷，应特别关注地表贯通性裂缝的排查；边坡及仰坡稳定状态；地表积水、渗透以及排水情况。
3.6、洞内观测
拱顶下沉量测采用水准测量法进行，后视点可设在稳定衬砌上，用水准仪进行观测，为了加强观测拱顶下沉按5米设置一个断面，当隧道水平收敛速率小于0.15mm/d或拱顶下沉速率小于0.1mm/d时维持该速率至少7天以上认为基本稳定，可以施作二次衬砌。
4、注意事项
4.1、隧道溶洞处理时，一定要做好洞内和地表的监控量测工作，及时根据量测数据处理的结果，对围岩的变形趋势作出准确的分析判断，以便指导施工。
4.2、Ⅴ级围岩环状开挖留核心土，台阶长3～5m，仰拱至掌子面40m，二衬至掌子面70m。
4.3、施工过程中严格按照工艺工法进行施工，严守“管超前，预注浆。短进尺，弱爆破。强支护，快封闭。勤量测，紧衬砌。”的原则。
4.4、及时做好隧道的监控量测和超前地质预报工作，及时掌握隧道前方的地质情况和洞内的围岩变化情况。
4.5、在隧道出现塌方后对掌子面应立即停止施工，撤出人员和机械，待拱顶稳定后，视情况确定具体施工方案。
4.6、采用跟管管棚施工，要确保管靴的质量，为了保证顺利钻进，在套丝连接的基础上补充焊接。
【结束语】：目前隧道在严格遵守技术方案施工的前提下，已经安全贯通，通过本隧道溶洞塌方体的处理，也为后续相同地质的隧道施工提供了借鉴，出现隧道塌方，应做好地质条件的分析和方案的论证工作，严守“管超前，预注浆。短进尺，弱爆破。强支护，快封闭。勤量测，紧衬砌”的原则。
【参考文献】
【1】 《公路隧道施工技术规范JTG F60-2009 》 人民交通出版社
【2】 黄光成 公路隧道施工{M} 北京人民交通出版社 2001
【3】《超浅埋大断面富水软弱围岩双侧壁工法施工技术》 福建科学技术出版社
【4】《隧道工程施工工要点集》 人民交通出版社
论文作者:褚淑芳
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第10期
论文发表时间:2019/8/7
标签：隧道论文; 围岩论文; 地质论文; 溶洞论文; 地表论文; 量测论文; 拱顶论文; 《工程管理前沿》2019年第10期论文;