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出現的嚴重災害，預防塌方非常關鍵，也關系到企業信譽、職工的生命和財產，必須高度引起重視。本文結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施工提出的預防坍塌措施。

關鍵詞：隧道；冒頂塌方；處理

中圖分類號：U458 文獻標識碼：A

1.工程概況

古盤山隧道位于甬臺溫高速公路復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ZK321+960～K326+130，長4170m；右洞起止樁號YK321+960～K326+130，長4170m。隧道幾何線形與凈空按100km/h設計，建筑限界凈寬14.5m，凈高5.0m。

古盤山隧道處于低山丘陵區，隧道穿越分水嶺，隧址區地面最高點在557m左右，隧道設計洞頂高程20m～60m。隧道南側2km左右為松陽-平陽區域大斷裂通過位置，受其影響，該區域發育一系列列斷裂、節理密集帶、侵入巖。隧道進洞口處于溝谷中，溝谷中有常水流，水量小，并沿溝谷發育一條斷層，地形坡度較大，受構造影響，巖體較破碎，隧道進口段圍巖自穩性較差，圍巖巖性為凝灰巖，屬于硬質巖，抗風化能力較強，受隧道埋深、構造、風化及水文地質條件影響，進口段地質條件較差，隧道圍巖為Ⅴ級。

2.塌方情況及原因分析

2.1 塌方情況

古盤山隧道進洞口地處海西鎮仙口村，洞口段設計圍巖為V級，長度為110m。樁號ZK321+965-ZK322+016段已經完成開挖及支護，累計進尺51m。在開挖掌子面進行到ZK322+018位置時，隧道通過坡谷沖溝，位于斷層帶附近，圍巖結構破碎，不穩定，地下水、地表水都比較豐富。隧道左洞掌子面開挖掘進至ZK322+018，在出碴過程中拱頂出現持續性掉塊，現場負責人緊急通知停止洞內一切施工，并撤出全體人員。在對掌子面反壓回填石方過程中，由于未形成有效穩定拱，造成上覆土層進一步坍塌，并形成直達地表的洞頂塌陷，地表塌洞長度約3m，寬度約4.5m，距拱頂高度為9.8m，洞內塌方量約174m3。

2.2 塌方原因

通過參建各方及專家查看現場及超前地質預報等文件后分析認為，引發塌方的主要原因是：（1）地質條件不良，該區段通過坡谷沖溝，位于斷層帶附近，圍巖結構破碎，圍巖過于松散。（2）地下水豐富，恰逢連續降雨，節理裂隙發育，突發性涌水。（3）對該段復雜地質情況認識不清。（4）施工單循環進尺太大，初期支護跟進不及時。（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 洞內利用透水性較好的宕渣進行反壓回填，回填至距拱頂2.5m標高，回填長度不小于10，為保證注漿效果及塌落體穩定，在ZK322+016往里設置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，并采用縱向連接鋼筋（環向間距0.75m）焊接成整體；二襯主筋間距調整至15cm。

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

3.4 對漏斗底部進行壓實，底面往下打設小導管注漿加固土體，周邊往外圍擴散，小導管采用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，鋼拱架調整為22b工字鋼，間距50cm，拱架鎖腳錨桿調整為Ф42×4mm小導管，每榀4根，長度不小于4.5m；為順利通過塌方區，超前支護采用雙排小導管，從ZK322+014開始打設，第一排打設角度10°，長5m，環向間距0.4m（坍腔范圍0.35m），縱向排間距為2.0m，第二排小導管環向打設范圍為塌腔兩邊延伸2m，打設角度45°，長6m，環向間距0.35m，縱向排間距為2.0m；二襯主筋間距調整至15cm。

3.6 塌方段施工工法采用環形開挖預留核心土法施工，循環進尺長度不大于50cm，初期支護必須緊跟掌子面，及時施做仰拱封閉成環，全斷面初期支護完成后盡快施做二次襯砌。

3.7 在處理過程中應加強地表觀測和洞內監控。施工中應加強對掌子面前方及隧道周邊（特別是隧道上部）的預報。

3.8 待塌方段二襯施工完畢后，可對地表塌穴待取進一步的封閉、回填等措施。

3.9 為減小右洞爆破施工對左洞的影響，振動速度應嚴格按小凈距隧道要求控制。

4.防塌措施

結合諸多塌方實例不難看出，管理薄弱是發生塌方的重要因素。

4.1 正確理解“新奧法”的施工原理

新奧法就是應用巖體力學的理論，以維護和利用圍巖的自承能力，通過采用及時的“錨、噴支護”或更進一步的“噴、錨預支護”等聯合支護手段有效控制圍巖的松弛和變形，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監控來指導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質就是“光面爆破、錨噴支護及監控量測”。

4.2 做好超前地質預報工作

通過地質超前預報工作，及時發現異常情況，為正確選擇開挖斷面、支護設計參數和優化施工方案提供依據，以及為預防隧道涌水、突泥、突氣等可能形成的災害性事故及時提供信息。

4.3 加強施工監控量測，實行信息化施工

實時監控量測不但可以及時提供隧道拱頂下沉、周邊收斂、圍巖內部位移、鋼支撐受力情況、錨桿軸力、支護和襯砌內應力等信息，用于判斷施工工藝的可行性，設計參數的合理性，提出更加恰當的施工方法和合理的支護措施。

4.4 后續施工防塌控制要點

（1）據不同地質情況和開挖方式，采用超前小導管預注漿加固地層的超前支護措施，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）分臺階開挖時，支護要及時閉合成環，每一環支護鎖腳錨桿均施作到位，軟弱圍巖段落加強超前支護，防止拱腳下沉和內移，引起過大變形導致拱部巖層坍塌。（3）嚴格控制開挖工序，尤其是開挖進尺，杜絕各種違章施工。控制爆破裝藥量，減小對軟弱破碎圍巖的擾動。（4）及時跟進初期支護。初期支護是保持圍巖穩定的首要手段，對支護的要求是及時、可靠、封閉成環。

結語

綜上所述，施工是引起塌方的直接因素，對地質情況掌握不夠，從而選擇不合適的施工技術，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救措施，則會造成圍巖塌方，甚至由于塌方處理不當也會造成再次塌方或引起更大的塌方。

參考文獻

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