隧道涌水塌方雙側壁導坑

施工工法關鍵技術

一、背景

1.前言

塌方是公路隧道施工過程中常見的工程地質(zhì)災害之一，一旦發(fā)生往往造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。如果在塌方段施工技術選擇應用不當，往往導致塌方范圍進一步擴大，不僅延誤工期，而且會大幅度提高工程費用。xx路橋集團有限公司xx項目部在xx省道xxxx隧道工程隧道塌方段施工過程中成功運用了雙側壁導坑施工技術，安全快速，在確保工程質(zhì)量的前提下，極大地節(jié)省了人力和物力。

2.塌方情況及原因分析

2011年5月19日10點50分爆破出渣完后，發(fā)現(xiàn)一股較大流水從掌子面DK99+353右側中偏下部巖層裂隙間噴出，流水口徑約250mm～400mm；正在準備初支的拱頂及周邊圍巖地下水呈現(xiàn)淋雨狀滲出。正當施工作業(yè)班組安裝初支鋼拱架時，拱頂發(fā)生塌方。頂部坍出一個大空腔，塌方長度為8米，寬度約6米，高度約為10米，塌方數(shù)量近500m3。圖2

xx隧道塌方情況隧道

坍塌空腔

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和分析，認為引起本次塌方的主要原因如下:

①由于巖體破碎,節(jié)理發(fā)育,致使巖層的層間結合力差,加上地下裂隙水的作用,圍巖極易軟化成泥,并具弱膨脹性,引起右側邊墻失穩(wěn)、坍塌。

②屬于Ⅴ級圍巖,掌子面處于洞口偏壓薄弱危險段,開挖進尺太大,支護不及時,且超前小導管沒注漿。

③右側邊墻中下部地下裂隙水較大,排堵措施不當,直接引發(fā)圍巖局部失穩(wěn)。圖3鉆孔涌水情況

3.國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外對于隧道塌方問題的研究，多集中在隧道塌方的原因分析和處治技術方面。處治技術主要包括管棚、超前小導管、地表注漿等工程措施。但是，這些輔助工法只有配合合理的施工工法才能發(fā)揮較好作用，才能保證工程的施工質(zhì)量和安全。目前，對穿越隧道塌體的施工技術的優(yōu)化分析研究還比較少，特別是在有涌水情況下的研究、分析和總結。

4.擬解決的主要問題

隧道塌體多為軟弱破碎巖土體，宜選用分步開挖工法施工。分布開挖工法有很多種，如臺階法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法、CD法、CRD法等。采用不同的施工工法在隧道塌方段施工時，對其穩(wěn)定性影響是不同的，因此，需要解決的主要問題就是對各施工工法進行比較，選取最優(yōu)方案，方案實施過程中的質(zhì)量控制以及后期的監(jiān)控量測。二、工作情況

1.主要研究過程及方法

（1）主要研究過程：組織專家作現(xiàn)場勘察，而后集中開會經(jīng)過研究討論；

（2）主要研究方法：結合xx隧道塌方具體情形與數(shù)據(jù)，運用大型有限元計算程序ANSYS，采用現(xiàn)場實測參數(shù)，模擬施工方法，進行數(shù)值仿真分析；

圖4專家和技術人員一起研究、論證圖5有限元計算模型（雙側壁導坑法）2.主要研究成果

（1）在隧道施工中，塌體多為軟弱破碎巖土體，宜選用分步開挖工法施工。分布開挖工法有多種，如臺階法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法、CD法、CRD法等。其中上弧形導坑作為臺階法、CD法、CRD法的代表與雙側壁導坑法成為典型的兩種施工方法。我們關于隧道塌體處理施工的研究就基于這兩種施工方法

a.CRD隧道施工法圖6CRD法施工工序橫斷面b.雙側壁導坑法圖7雙側壁導坑施工順序示意圖c.上弧形導坑法①初始應力場計算；②拱部超前支護施作；③弧形導坑開挖，拱部初期支護施作；④核心土開挖；⑤下半斷面中槽開挖，仰拱初期支護施作；⑥右側邊墻開挖，右側邊墻初期支護施作；⑦左側邊墻開挖，左側邊墻初期支護施作；⑧施作二次襯砌。圖8上弧形導坑施工順序示意圖

（2）兩種施工方法隧道拱頂和拱底的位移分析

隧道拱頂和拱底的沉降隨施工步而變化（如圖9所示）。由圖可知，上弧形導坑法引起的拱頂下沉要大于雙側壁導坑法。上弧形導坑法在弧形導坑開挖后引起的拱頂下沉最大；雙側壁導坑法在主洞上半斷面開挖后引起的拱頂下沉最大。在隧道開挖過程中，隧道都有一定的底鼓。且施工過程中，上弧形導坑法隆起量始終大于雙側壁導坑法。通過上面分析可知，雙側壁導坑法較上弧形導坑法對圍巖的位移具有較好地控制效果，上弧形導坑施工方案會引起過大的拱頂下沉和底鼓，易造成松散巖土體的進一步坍塌。

圖9

特征點沉降隨施工步變化曲線

（3）地表沉降分析

圖11為兩種施工方案施工完畢后地表的沉降曲線。從圖中可以看出，隧道中心線方向沉降量最大，往兩側逐漸減小，與Peck理論沉降曲相符。上弧形導坑法引起的最大地表累積沉降量為4.06cm，與雙側壁導坑法（3.85cm）相比，偏高5.2%，說明雙側壁導坑法對于控制地表沉降更為有利。圖11地表沉降曲線對比

（4）圍巖破壞區(qū)對比分析

圖12為采用兩種不同施工方案時最終的圍巖破壞區(qū)分布情況從圖中可以看出，上弧形導坑法圍巖破壞區(qū)的范圍比雙側壁導坑法稍大。前者破壞區(qū)主要集中在邊墻和拱腳部位，后者主要出現(xiàn)在拱底。a.上弧形導坑法破壞區(qū)(b)雙側壁導坑法破壞區(qū)圖12圍巖破壞區(qū)對比圖（5能）初布期支矛護結粒果分藍析圖匠13掉、1槍4嗎分別蒸為采母用兩案種不揮同方稍案得兄到的擾初期先支護走彎矩逝圖和暈軸力筋圖。愈采用秀上弧射形導宜坑法舌，可把以使風初期錯支護違所受票的軸甲向壓獄力減櫻小，找但卻谷大大種增加爐了軸通向拉激力，隊這對差于抗暮壓能歉力遠馳大于夾抗拉延能力帽的初城期支收護結剃構是沖不利腳的。糕而采揪用雙害側壁領導坑腐法相搬對來園說是碧減小餓了軸標向拉漫力。(a扁)吼上弧初形導范坑法赤彎矩(b即)笨雙側頁壁導哈坑法羅彎矩圖系13牛初艷期支販護彎謊矩圖點（單灑位:秧N閉·m團）(a次)妥上弧期形導探坑法余軸力(b峰)擇雙側沾壁導胡坑法保軸力圖浸14留初虜期支訪護軸膊力圖止（單謀位:蘭N吵·m叫）（6趕）結顛論從上北述分家析可熔知，頓無論從從控杠制圍擊巖變未形、形改善坡圍巖突的受斧力特達征、艦減小尺支護賊結構互的受桑力，加雙側扛壁導蠻坑法會都要廚優(yōu)于鋸上弧撇形導霞坑法詞。三、絲式關鍵堆技術桐及創(chuàng)釣新點1.鑒關鍵狼技術（1膀）在柏隧道徒塌方粒段處宵理施勤工過煙程中贈，按再雙側棗壁導銅坑法展施工畜步驟厲，開鉤挖時剖加強再支護噸，嚴勾格控畜制開汗挖進血尺，龍每循君環(huán)進步尺琴0.授5～給1.條0款m。仗為保赤證開殘挖過濁程中心塌體繁的穩(wěn)泄定。燙超前拒支護擱采用快大管弄棚配斯合小辯導管貓注漿賤預先嗎加固劑圍巖拆，采縮慧用偏邪向鉆豆具擴觸孔同島步帶勢進鋼越管的貧鉆進披技術俊安裝意大管爭棚，仙管棚雀分節(jié)凱長度財為2?！?麥m一加節(jié),管棚拐間設油聯(lián)接午管，甜管棚虎規(guī)格朽φ1桑08茂m孔m×徹6百mm浮，環(huán)鍛向間眉距0叔.4哈m旗，共維49碑根，淺管棚穩(wěn)仰角姑為條6°桶～1雕0°;小導和管采譽用φ橋42翅m養(yǎng)m×樂4滋mm奇鋼崇管，城與大跌管棚薄間隔蝴布置度長為訓3腥.5網(wǎng)m書，搭吵接長彩度為漆1萌.5傷m哲，每副2杠.0長m武施收作一撒環(huán)。揉根據(jù)奇實際蘇情況矮采用糕塌體京噴混茶凝土掏和掌探子面昆局部宗注漿歲，及國時封名閉工例作面景，從除而保響證掌凈子面復的穩(wěn)粗定。圖1隨5鎖小導鞭管鉆筆進圖1轎6導肅坑支廚護間液距（2景）坍判塌高怠度小匹于5誘m崇的塌洗方段對于制拱頂雷最高觀坍塌最高度夾小于材5做m的膀塌方逝段,紋采用新對塌漠腔面秧初噴頓C2披0混弟凝土某3~曠5雞cm圖,然犧后在發(fā)塌腔流面安購設3碧m嫌長的緒25盲m逗m中驕空注測漿錨謠桿,垮錨桿擠間距據(jù)1痕m×跡1短m,塵在坍名塌面路鋪Φ肯8的縮慧鋼筋渡網(wǎng),疫鋼筋辮網(wǎng)間繩距1戲5附cm娛×1晨5逮cm竹,洞嫌身雙耗側壁財導坑抄開挖游并支愁護,克預留豎回填拍注漿碼管,弓用葬C1勻5泵歪送混兆凝土辟填充原密實搭,見疾圖1頭8。（3選）坍風塌高粥度大槳于5笑m趕的塌活方段a、坍腔家壁穩(wěn)號固：首先弦對坍葛塌面哭噴射堂C2梅0混承凝土緊5~主10瞞c解m,憑在坍乳腔內(nèi)膀出水肯點處摟鑿槽良并用收排水寧管將步水引貌流至投隧道賄內(nèi)。戲后對亦塌腔秘面用南“鋼攔格柵嶺+錨甘桿+哈鋼筋出網(wǎng)片音+噴允射混迷凝土窗”進飛行支疾護。b、塌方盞段開廳挖與撓支護址:先浩掏拱喉架環(huán)宵型槽圓,立炸拱架浩,拱察架立阿完之踐后,乓沿著搶隧道幕輪廓到線,侵在塌拌腔底型部打脹一層忌混凝杰土護汁拱,淺厚度桌為1到m俗。在缸護拱摩安全趣掩護尺下,串雙側旋壁導溉坑開咱挖，拔嚴格趙遵守蜓“預私支護牌、短哪開挖再、強然支護測”原做則。c、坍腔拉回填茅:在晝護拱診上做令結構次緩沖趁層,鞏厚度先1窗m,乏上部餅空腔驢用輕椅型材杏料回贊填。圖1獄7套導坑蝴支護圖1撲8根塌方頸段處卸理示確意圖2.維創(chuàng)新嶺點（1怕）隧崖道塌綱方段屯施工黨采用念雙側年壁導敘坑法連開挖渣，并法配合佩管棚降、超煮前小口導管逮、注楊漿等帥工程劃措施鹿。采述用非嬸線性停有限協(xié)元分答析計煮算方摩法，瞞對不浴同施劍工技晴術采畝用現(xiàn)劍場數(shù)瞧據(jù)進肯行模澇擬分干析。抱計算叨結果熟表明滔，雙寸側壁饑導坑坡施工臺方案昏相對尺于其而他施卻工方俘案，蛇能夠沾更好肆地控仗制圍車巖位消移、糠改善衣其受攻力狀猴況、衫減小收初期緩支護毫受力仁，且過圍巖零破壞垮區(qū)范刷圍較味小。逮利用靜本技鞭術進旨行x溫x隧柜道塌宵方施府工后尸，現(xiàn)姑場監(jiān)笨控量湖測分貓析，偉隧道量斷面昏凈空孟收斂襯變形踏和拱桶頂下賓沉穩(wěn)懲定速訊度較作快，既最終睜變形先值較知小，溝隧道蹈主體疤穩(wěn)固傾，沒患有任霧何變清形，跌說明學本技堵術抑我制隧夢道塌鞭方段轎效果行良好廈，特出別是桐存在輕涌水梅的情精況下遞。（2箭）對劉松散栽坍渣場進行凈注漿兄加固汗，注崖漿充重填系說數(shù)≥挨10氏%。前若坍草腔滲飄水量狹較小越則注眨漿材燒料采吹用純嘴水泥麗漿(胡水灰追比0薪.6邀～0凡.8嗎：1輩)，唉水量柳較大宇則采辮用水拴泥-劍水玻濕璃雙畏液漿座（4粉2.釣5水摩泥，誘水灰孔比0善.8遮：1憑；模津數(shù)為套2.護8，倦濃度紗為3廣5B誤e′牛的水湖玻璃脖），船每方扒雙液丟漿用肅水泥滅49手5k酷g，躲用水們玻璃狐0.以44兄m3凳，C扛:S岡=1厭:0魯.8燦（體悶積比姐）。（3宮）涌孝水的冒處理角以排警為主稠。在泛超前舟支護畏施工膚完，佳坍渣縫清除猶后，漂在掌籍子面銀中下做部施昆作超易前鉆派孔。愿只要貫發(fā)現(xiàn)惠巖體蘇有潛舊水,乞就要宋抓緊豬對地倦表水逗進行陵引導永疏排喇,盡柴可能接將滲紫入地持層的燙水源崗切斷懼,或測強化鏟支護主,以崇確保陜隧道君順利距通過憲易發(fā)冊生塌聽方地稀段。四、經(jīng)濟顆、社危會效遼益分龜析1.催采用正噴射終混凝銷土及山注漿密加固乏塌體恥,大綱管棚斗、超嚷前注汁漿小獵導管鳥聯(lián)合與超前鄰加固借,雙倉側壁遙導坑先分部宏開挖搖支護割的塌撓體處酒理方棄法,踐有效舒地控肅制了股塌方衣繼續(xù)插發(fā)展四的局踩面,亦保證糾了施莖工順酬利、游安全抬。該險塌方伶處理尖施工薯方法化對機馬具材態(tài)料要穿求低配,工籍藝簡窗單,檢費用勉較低睛,且無遇情瓦況時卻便于覆采取偉支護欲加固題措