關(guān)于隧道冒頂處理的施工方法

沈林

摘 要：本文通過對漢宜鐵路孟家彎隧道坍方冒頂過程介紹、坍方原因的調(diào)查分析、處治方案以及工藝介紹，以期在塌方預(yù)防與處治方面能給讀者有所幫助。

關(guān)鍵詞：隧道 冒頂 原因分析 處理方案 施工工藝

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0046-02

孟家彎隧道是新建漢宜高鐵HYZQ-6標(biāo)合同段的一座隧道，位于宜昌市猇亭區(qū)高湖村，雙車道設(shè)計(jì)，隧道凈寬9 m，最大開挖寬度近14.5 m。設(shè)計(jì)總長737 m（DⅡK285+360～DⅡK286+097），冒頂段有兩處（分別位于DⅡK285+470，DⅡK285+700，本文以后者為例），大部處于地形偏壓狀態(tài)，且均在嚴(yán)重淺埋范圍內(nèi)，最小埋深處僅5～6 m。

1 地形地貌、工程地質(zhì)情況以及塌方前掌子面地質(zhì)情況描述

1.1 地形地貌

隧道屬剝蝕緩丘區(qū)，地形起伏，最大高程差約60 m，緩丘坡度約15～30。植被很發(fā)育，多為樹林，交通極為不便。

1.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)

（1）地層條件：表層為粉質(zhì)粘土，下伏 K21礫巖，灰白色，巨厚層狀，成分主要為灰?guī)r，下為弱分化層。基層為礫巖，占80%以上，局部可能巖溶發(fā)育。

（2）水文地質(zhì)條件：丘陵地表水不發(fā)育，主要為雨季淺層滯水。

2 坍方情況描述

2009年10月20日～25日，晚22時，掌子面爆破完成，進(jìn)洞檢查爆破情況發(fā)現(xiàn)掌子面上側(cè)坍塌，呈持續(xù)狀態(tài)，25日DⅡK285+700段冒頂。

地表情況：坍方位置為該段較低洼處，在DⅡK285+700里程處地表出現(xiàn)一個近錐形陷坑。

坍穴情況：塌陷坑縱向長15 m，橫向12 m，近圓形，深度為4～5 m，坍方土體近400 m3，將已開挖洞身堵塞近3 m，坍穴內(nèi)存留高度約4 m。

洞內(nèi)情況：洞內(nèi)初期支護(hù)較完整，未受嚴(yán)重影響，但是超前導(dǎo)管被全部破壞，從坍碴及坍方過程來看，超前支護(hù)效果不理想。

3 坍方冒頂原因分析

3.1 施工情況

（1）該隧道從進(jìn)出口兩端向中間雙向掘進(jìn)，采用臺階法開挖，光面爆破，無軌運(yùn)輸。

（2）坍方段施工過程調(diào)查

洞內(nèi)掌子面掘進(jìn)，開挖方式：爆破開挖，炸藥單耗：0.8 kg/m3，掘進(jìn)進(jìn)尺為每循環(huán)300 cm。

3.2 坍方主要原因

3.2.1 客觀原因。

（1）拱頂殘坡積土層松散，而且埋深較淺，地表水沿土層及巖層構(gòu)造裂隙下滲，破壞原狀土。

（2）雨水天氣是坍方冒頂?shù)闹饕T因之一。

3.2.2 主觀原因。

（1）圍巖預(yù)加固。

未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施作超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固，導(dǎo)管間距較大，注漿效果較差，松散圍巖被膠結(jié)的效果差。

（2）開挖方式、方法。

采用臺階法一次性爆破開挖上半斷面，爆破振動對圍巖尤其是對上覆地層擾動極大，導(dǎo)致坍塌。

（3）工序銜接。

開挖后，未立即初噴，封閉巖面，出碴工序延遲了支護(hù)時間，導(dǎo)致圍巖松馳、坍塌。

4 施工方案確定

總體思路：安全可靠保工期、簡便操作成本低。

可行性分析：（1）大型機(jī)械可以進(jìn)入塌方地段；（2）挖掘機(jī)可以對坑洞壁直接刷坡；（3）塌方坑洞附近圍巖較完整，可充分利用坑壁的自承能力。

處治方案：對冒頂坑洞首先進(jìn)行刷坡處理以防繼續(xù)滑落，并對塌方掌子面附近進(jìn)行注漿加固，在原設(shè)計(jì)初支基礎(chǔ)上對工字鋼進(jìn)行加密并及時進(jìn)行超前支護(hù)，再于洞外將其外側(cè)進(jìn)行覆蓋，然后依原設(shè)計(jì)施工初支、防水及二襯等其它項(xiàng)目，最后回填塌方坑洞。

5 坍方冒頂綜合整治技術(shù)

5.1 整治步驟（順序）

塌方地界警戒→塌方坑洞上方搭蓋雨棚→地表施做截水溝以利地表排水→塌方掌子面附近注漿加固→地表陷坑刷坡處理→洞內(nèi)出渣→監(jiān)控量測→上半斷面初支及超前支護(hù)→下半斷面初支→施作仰拱及填充→防水層鋪設(shè)與二次襯砌→陷坑回填夯實(shí)。

5.2 施工工藝

冒頂后，立即沿陷坑周緣開挖截水溝，用砂漿抹面；同時，為防止雨水直接進(jìn)入坍穴，又用腳手鋼管搭設(shè)支架，上覆彩條布遮雨。

第一步：坍方區(qū)附近圍巖和初支結(jié)構(gòu)加固、補(bǔ)強(qiáng)。

加固范圍：近坍塌掌子面10 m以內(nèi)。

初支背后注漿：注漿順序由外向內(nèi)逐漸接近坍方區(qū)，采用往復(fù)式注漿技術(shù)，注漿壓力由0.2 MPa漸增至0.8 MPa，壓力分檔情況：第一次0.2 MPa，第二次0.5 MPa，第三次0.8 MPa。

第二步：對地表陷坑進(jìn)行刷坡。由挖掘機(jī)清刷坑壁，將已剝離開的巖土層清除。

第三步：坍方區(qū)初支施工。先將剛拱架進(jìn)行加密架設(shè)（由原設(shè)計(jì)0.6 m變?yōu)?.5 m一榀）并利用超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前注漿加固，再于洞外將鋼拱架外側(cè)進(jìn)行覆蓋，然后按照設(shè)計(jì)對其噴錨。

第四步：陷坑回填夯實(shí)。

在初支外側(cè)鋪設(shè)砂碎石層，厚度150 cm，其上逐層（分層厚度30 cm）夯填砂質(zhì)粘土，填土頂面超出原地表50 cm。砂碎石層內(nèi)預(yù)埋注漿導(dǎo)管，注漿口外伸出地表，以備量測出現(xiàn)異常情況注漿加固需要。

第五步：在監(jiān)控量測未發(fā)現(xiàn)異常的前提下，放慢上半斷面掘進(jìn)速度，縮短每循環(huán)開挖進(jìn)尺，同時，加快下半斷面掘進(jìn)速度當(dāng)下半斷面掘進(jìn)至超過坍方區(qū)一定距離后，開挖仰拱并立即澆筑鋼筋砼仰拱和填充，以便在短時間內(nèi)施作二襯，確保冒頂區(qū)的安全。

6 整治效果

經(jīng)量測，坍方區(qū)初支完成至防水層鋪設(shè)和二襯完成期間，拱頂總下沉量和水平收斂量均在規(guī)范要求范圍內(nèi)且趨于穩(wěn)定，此次冒頂事故未對施工進(jìn)度及施工成本造成嚴(yán)重影響。

7 施工體會與建議

通過該坍方處理，筆者體會到以下幾方面。

（1）冒頂處治必須有清晰的思路，查找塌方原因必須客觀。

（2）在特定的情況下（尤其是隧道埋深只有幾米時），冒頂處理較洞內(nèi)坍穴處理安全、快速、難度小。故個人認(rèn)為不應(yīng)怕“冒頂”比“坍方”的影響大。

（3）在隧道特殊地段（如淺埋、偏壓、斷層破碎帶、有溶洞或其它洞穴等）補(bǔ)充探孔鉆取巖芯，甚至鉆取定向巖芯至關(guān)重要，這是極為重要而又往往為人所忽視的方面。

（4）盡管山嶺隧道地表縱橫斷面測繪難度較大，但對于特殊地段（如淺埋、地形偏壓等地段），應(yīng)事先測繪，以便事前明確各里程處的隧道埋深以及地形偏壓情況，提前擬定有針對性的施工方案和措施。

（5）隧道淺埋地段，開工前，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查地表，不遺漏任何一個可能危及隧道施工安全的因素如沖溝、空穴或水池等，以便早定針對性的措施。

（6）對于超淺埋透水地層隧道，雨季施工時，應(yīng)做好地表防排水，以免地表水下滲造成巖土層及其構(gòu)造面力學(xué)性質(zhì)（如粘聚力C、內(nèi)摩擦角φ）降低，成拱能力完全喪失，危及洞身安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐林生.公路隧道圍巖穩(wěn)定位移與突發(fā)失穩(wěn)時間預(yù)報研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報，2005（5）.

[2] 樊解清.昆石高速公路三車道隧道淺埋地段開挖方法的淺析[J].公路，2002（11）.

[3] 于寧，朱合華，蘇生瑞.公路隧道施工中的地質(zhì)災(zāi)害及相應(yīng)措施的分析[J].地下空間，2003（2）.