隧道冒頂塌方處理及分析

林天翼　王芳

摘 要：塌方是隧道施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)的嚴(yán)重災(zāi)害，預(yù)防塌方非常關(guān)鍵，也關(guān)系到企業(yè)信譽(yù)、職工的生命和財(cái)產(chǎn)，必須高度引起重視。本文結(jié)合某高速公路隧道的冒頂塌方處理，分析冒頂塌方原因，介紹隧道冒頂塌方處理的方法及對后續(xù)施工提出的預(yù)防坍塌措施。

關(guān)鍵詞：隧道；冒頂塌方；處理

中圖分類號(hào)：U458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.工程概況

古盤山隧道位于甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州瑞安至蒼南段，是一座分離式部分小凈距的3車道大跨度隧道。全長4170m，左洞起止樁號(hào)ZK321+960～K326+130，長4170m；右洞起止樁號(hào)YK321+960～K326+130，長4170m。隧道幾何線形與凈空按100km/h設(shè)計(jì)，建筑限界凈寬14.5m，凈高5.0m。

古盤山隧道處于低山丘陵區(qū)，隧道穿越分水嶺，隧址區(qū)地面最高點(diǎn)在557m左右，隧道設(shè)計(jì)洞頂高程20m～60m。隧道南側(cè)2km左右為松陽-平陽區(qū)域大斷裂通過位置，受其影響，該區(qū)域發(fā)育一系列列斷裂、節(jié)理密集帶、侵入巖。隧道進(jìn)洞口處于溝谷中，溝谷中有常水流，水量小，并沿溝谷發(fā)育一條斷層，地形坡度較大，受構(gòu)造影響，巖體較破碎，隧道進(jìn)口段圍巖自穩(wěn)性較差，圍巖巖性為凝灰?guī)r，屬于硬質(zhì)巖，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，受隧道埋深、構(gòu)造、風(fēng)化及水文地質(zhì)條件影響，進(jìn)口段地質(zhì)條件較差，隧道圍巖為Ⅴ級。

2.塌方情況及原因分析

2.1 塌方情況

古盤山隧道進(jìn)洞口地處海西鎮(zhèn)仙口村，洞口段設(shè)計(jì)圍巖為V級，長度為110m。樁號(hào)ZK321+965-ZK322+016段已經(jīng)完成開挖及支護(hù)，累計(jì)進(jìn)尺51m。在開挖掌子面進(jìn)行到ZK322+018位置時(shí)，隧道通過坡谷沖溝，位于斷層帶附近，圍巖結(jié)構(gòu)破碎，不穩(wěn)定，地下水、地表水都比較豐富。隧道左洞掌子面開挖掘進(jìn)至ZK322+018，在出碴過程中拱頂出現(xiàn)持續(xù)性掉塊，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人緊急通知停止洞內(nèi)一切施工，并撤出全體人員。在對掌子面反壓回填石方過程中，由于未形成有效穩(wěn)定拱，造成上覆土層進(jìn)一步坍塌，并形成直達(dá)地表的洞頂塌陷，地表塌洞長度約3m，寬度約4.5m，距拱頂高度為9.8m，洞內(nèi)塌方量約174m3。

2.2 塌方原因

通過參建各方及專家查看現(xiàn)場及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等文件后分析認(rèn)為，引發(fā)塌方的主要原因是：（1）地質(zhì)條件不良，該區(qū)段通過坡谷沖溝，位于斷層帶附近，圍巖結(jié)構(gòu)破碎，圍巖過于松散。（2）地下水豐富，恰逢連續(xù)降雨，節(jié)理裂隙發(fā)育，突發(fā)性涌水。（3）對該段復(fù)雜地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)不清。（4）施工單循環(huán)進(jìn)尺太大，初期支護(hù)跟進(jìn)不及時(shí)。（5）三車道大跨度隧道斷面大且扁平，受力不利。

3.塌方處理

3.1 洞內(nèi)利用透水性較好的宕渣進(jìn)行反壓回填，回填至距拱頂2.5m標(biāo)高，回填長度不小于10，為保證注漿效果及塌落體穩(wěn)定，在ZK322+016往里設(shè)置C20砼擋墻，墻寬2m，墻與掌子面空隙采用M10水泥砂漿充填。

3.2 ZK322+011～016定為影響段，采用臨時(shí)拱架加固，拱架采用18#工字鋼，間距為0.75m，鋼架與初支面間的空隙采用C20噴射砼密實(shí)，并采用縱向連接鋼筋（環(huán)向間距0.75m）焊接成整體；二襯主筋間距調(diào)整至15cm。

3.3 地表塌穴周邊施工臨時(shí)截水溝并采用彩條布覆蓋，截水溝采用水泥漿抹面：塌方區(qū)域采取雨棚覆蓋措施，防止雨水滲入；待洞內(nèi)回填反壓及臨時(shí)加固完成并穩(wěn)定后，對塌方形成的漏斗形坡面進(jìn)行修整和臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為15cm厚C20噴砼+E6鋼筋焊接網(wǎng)+φ42×4mm小導(dǎo)管（長4.50m，間距@1.2×1.2m）。

3.4 對漏斗底部進(jìn)行壓實(shí)，底面往下打設(shè)小導(dǎo)管注漿加固土體，周邊往外圍擴(kuò)散，小導(dǎo)管采用φ42×4mm鋼管，長度6.0m，間距1.0m×1.0m，注漿壓力2.0MPa，底面采用10cm厚C20噴砼+E6鋼筋焊接網(wǎng)錨噴封閉，并做好排水措施。

3.5 暫定ZK322+016～031為塌方段，鋼拱架調(diào)整為22b工字鋼，間距50cm，拱架鎖腳錨桿調(diào)整為Ф42×4mm小導(dǎo)管，每榀4根，長度不小于4.5m；為順利通過塌方區(qū)，超前支護(hù)采用雙排小導(dǎo)管，從ZK322+014開始打設(shè)，第一排打設(shè)角度10°，長5m，環(huán)向間距0.4m（坍腔范圍0.35m），縱向排間距為2.0m，第二排小導(dǎo)管環(huán)向打設(shè)范圍為塌腔兩邊延伸2m，打設(shè)角度45°，長6m，環(huán)向間距0.35m，縱向排間距為2.0m；二襯主筋間距調(diào)整至15cm。

3.6 塌方段施工工法采用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工，循環(huán)進(jìn)尺長度不大于50cm，初期支護(hù)必須緊跟掌子面，及時(shí)施做仰拱封閉成環(huán)，全斷面初期支護(hù)完成后盡快施做二次襯砌。

3.7 在處理過程中應(yīng)加強(qiáng)地表觀測和洞內(nèi)監(jiān)控。施工中應(yīng)加強(qiáng)對掌子面前方及隧道周邊（特別是隧道上部）的預(yù)報(bào)。

3.8 待塌方段二襯施工完畢后，可對地表塌穴待取進(jìn)一步的封閉、回填等措施。

3.9 為減小右洞爆破施工對左洞的影響，振動(dòng)速度應(yīng)嚴(yán)格按小凈距隧道要求控制。

4.防塌措施

結(jié)合諸多塌方實(shí)例不難看出，管理薄弱是發(fā)生塌方的重要因素。

4.1 正確理解“新奧法”的施工原理

新奧法就是應(yīng)用巖體力學(xué)的理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力，通過采用及時(shí)的“錨、噴支護(hù)”或更進(jìn)一步的“噴、錨預(yù)支護(hù)”等聯(lián)合支護(hù)手段有效控制圍巖的松弛和變形，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對圍巖和支護(hù)的量測、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工的方法和原則。概況地說，新奧法隧道施工的三要素實(shí)質(zhì)就是“光面爆破、錨噴支護(hù)及監(jiān)控量測”。

4.2 做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

通過地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，為正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，以及為預(yù)防隧道涌水、突泥、突氣等可能形成的災(zāi)害性事故及時(shí)提供信息。

4.3 加強(qiáng)施工監(jiān)控量測，實(shí)行信息化施工

實(shí)時(shí)監(jiān)控量測不但可以及時(shí)提供隧道拱頂下沉、周邊收斂、圍巖內(nèi)部位移、鋼支撐受力情況、錨桿軸力、支護(hù)和襯砌內(nèi)應(yīng)力等信息，用于判斷施工工藝的可行性，設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性，提出更加恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ê秃侠淼闹ёo(hù)措施。

4.4 后續(xù)施工防塌控制要點(diǎn)

（1）據(jù)不同地質(zhì)情況和開挖方式，采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層的超前支護(hù)措施，注漿選材視不同巖層和地下水情況分別采用水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿，通過注漿加固周邊圍巖，提高其自承能力，減少圍巖松弛變形。（2）分臺(tái)階開挖時(shí)，支護(hù)要及時(shí)閉合成環(huán)，每一環(huán)支護(hù)鎖腳錨桿均施作到位，軟弱圍巖段落加強(qiáng)超前支護(hù)，防止拱腳下沉和內(nèi)移，引起過大變形導(dǎo)致拱部巖層坍塌。（3）嚴(yán)格控制開挖工序，尤其是開挖進(jìn)尺，杜絕各種違章施工?？刂票蒲b藥量，減小對軟弱破碎圍巖的擾動(dòng)。（4）及時(shí)跟進(jìn)初期支護(hù)。初期支護(hù)是保持圍巖穩(wěn)定的首要手段，對支護(hù)的要求是及時(shí)、可靠、封閉成環(huán)。

結(jié)語

綜上所述，施工是引起塌方的直接因素，對地質(zhì)情況掌握不夠，從而選擇不合適的施工技術(shù)，或選擇了不合適的圍巖情況的施工方法，并且又未采取其他補(bǔ)救措施，則會(huì)造成圍巖塌方，甚至由于塌方處理不當(dāng)也會(huì)造成再次塌方或引起更大的塌方。

參考文獻(xiàn)

[1]韓文斌.隧道冒頂原因分析及設(shè)計(jì)總結(jié)[J].山西交通科技，2013（8）：75-77.