隧道塌方冒頂處理措施及主要施工方法

朱小強

本隧道設計為單線鐵路隧道，全長4800m，隧道最大埋深93m，進、出口段埋深小于30m的地段約占隧道總長的40%，其中Ⅴ、Ⅵ級圍巖段落占全長的62%，隧道出口K34+100至K33+690段為淺埋段，洞頂覆蓋層為13m，洞身巖質為膨脹土，膨脹性中等，設計為Ⅵ級圍巖。

1 塌方主要原因

塌方段洞頂地勢為凹地，覆蓋土層上部4～6m為砂質土，其下為膨脹土。經過連續強降暴雨，雨水匯集并滲透土層，砂質土體塑性增大，膨脹土遇水體積膨脹，導致鋼架變形過大，進而失穩坍塌。塌方體段落為K33+851——836段，地表全部塌陷，塌方處地表形狀呈橢圓形，寬約11m，長約19m。

2 臨時措施

（1）在地表塌方體周圍拉設警戒線，以免其他人員及牛羊進入；在塌方體四周做好擋水圍堰以免雨后地表水流入塌方處，頂部用塑料布覆蓋以免暴雨再次流入洞內，以防塌方體繼續擴大。

（2）對已下沉的鋼架采用臨時仰拱加固，洞內盡快施作二次初支和仰拱并將塌方體前方封閉成環。

3 塌方處理措施

3.1 施作仰拱和變形段臨時支護

為防止變形進一步擴展，先施工K33+886——K33+871段仰拱，施工順序由掌子面方向向洞口方向逐段施作，同時對K33+871——851變形段進行臨時加固，加固措施：全環施作I20鋼架，鋼架間距0.6m/榀，施作順序由K33+871向掌子面方向施作。

3.2 塌方段洞頂明挖及支護

明挖里程段從K33+851——836，挖土高度為16m，寬度38m，長度19m，明挖前從線路左側拉槽引入施工便道，拉槽長度為100m，坡度為15%設計。明挖深度為起拱線位置，開挖坡比為1：1，明挖段要求24h連續施工。

3.3 施作塌方段初期支護、仰拱及襯砌

施作K33+851——836段初期支護、仰拱及襯砌。明挖后下部土體高約7m（含仰拱），施工時分2個臺階，由塌方體兩端向中間同時掘進，逐榀拆除侵線鋼架，并用I20鋼架逐榀支護，間距為0.6m/榀，噴混凝土厚度為0.25m。拆除侵限鋼架后，兩側邊墻打設φ22砂漿錨桿，錨桿長度3.5m，間距1×1m，梅花型布置，二次襯砌采用鋼筋混凝土，拱墻襯砌厚度為0.7m，仰拱厚度為0.8m。鋼筋采用雙層鋼筋布置；內層采用φ22鋼筋；環向間距為0.2m，縱向鋼筋采用φ16鋼筋；間距為0.25m；外層采用φ25鋼筋；環向間距為0.2m；縱向鋼筋采用φ16鋼筋；間距為0.25m。

3.4 拆換侵限變形鋼架

從K33+871開始向掌子面方向進行施作，拆換至K33+851。換拱之前在整個斷面從仰拱以上徑向注漿，注漿孔按1×1m梅花型布置，注漿管采用φ42mm，壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長3.5m，注漿加固完成后逐榀更換侵限鋼架，并及時施作仰拱鋼架及仰拱混凝土，使支護封閉成環。

3.5 掌子面小管棚施工

從K33+826施作小管棚，小管棚為φ50mm，壁厚為3.5mm無縫鋼花管，單根長6m，搭接2m，小管棚環向施作范圍為隧道拱部120°，環向間距3根/1m布設，且用水灰比為1：0.8～1：1水泥漿注漿。

3.6 二襯混凝土的施作要求

K33+826——K32+996里程，初期支護仍按原設計Ⅵ級圍巖要求施作。但二襯采用鋼筋混凝土加強襯砌，拱墻襯砌厚度為0.6m，仰拱厚度為0.7m，鋼筋采用雙層鋼筋布置，內層采用φ22鋼筋，環向間距為0.2m，縱向鋼筋采用φ16鋼筋，間距為0.25m，外層采用φ25鋼筋，環向間距為0.2m，縱向鋼筋采用φ16鋼筋，間距為0.25m。二襯強度達到100%后，及時分層夯實填筑至地表，地表整平并恢復植被，整個塌方段全部處理完畢，掌子面開始恢復正常施工。

4 塌方主要施工方法

4.1 塌方段起拱線以上部位明挖

分層開挖：洞內變形段加固處理完成后，塌方段由挖機自上而下逐層挖土刷坡，塌方體四周土體放坡坡度為1：1，每層高度為3m，地表向下8m處設一2m寬平臺，起拱線以上土體由頂部挖棄，起拱線以下土體由洞內預留核心土結合臺階法開挖，洞內出渣。邊坡采用錨噴防護，錨桿采用φ22砂漿錨桿，錨桿間距1×1m，錨桿長度2.5m，梅花形布置，噴射混凝土采用c25噴射混凝土，噴層厚度0.1m，隨開挖隨防護。

4.2 塌方段起拱線以下暗挖

開挖及支護：采用預留核心土結合臺階法開挖。先施作Ⅰ部開挖及邊墻支護，開挖高度3m，縱向長度1.2m，開挖完成后拆除侵限鋼架，拆除時用風鎬鑿除噴射混凝土，再用氧炔焊割斷鋼架，人工修整邊墻到設計輪廓，然后及時按設計要求進行錨噴網支護，每節鋼架頂部和底部均設好鎖腳錨管，Ⅱ部采用人工掏槽開挖，循環進尺1.2m，開挖后及時施作鋼架，Ⅲ部鋼架封頂：邊墻鋼架施工完成后，施作頂部鋼架，使結構受力趨于平衡，Ⅳ部核心土開挖：采用挖掘機挖松，側翻裝載機裝土，自卸車運輸，Ⅴ部仰拱開挖、支護及襯砌：仰拱以3m作為一開挖循環，開挖后及時施作鋼架閉合成環，然后噴射混凝土，并施作襯砌鋼筋及仰拱、填充混凝土澆筑。

圖1 塌方段洞內核心土結合臺階法施工橫斷面圖

4.3 拆換侵限變形鋼架

拱墻徑向施作注漿小導管，邊墻頂部橫向架設I20鋼支撐，縱向間距3m，侵限初期支護在徑向錨管和臨時支撐完成后拆除，替換自上而下分段進行，拆除后按設計輪廓擴挖，并按設計預留沉降量，鋼架替換規模為每循環2榀。

4.4 掌子面管棚施工

導向墻內模采用定型3015鋼模拼接，支架采用現場加工的I20鋼架，鋼架縱向間距0.5m，腳手架支撐，腳手架縱橫向間距1m，管棚定向套管采用φ127×4mm鋼管，長1m，套管用φ20鋼筋與鋼架固定，導向墻混凝土為C25混凝土。小管棚規格：熱軋無縫鋼管φ50mm，壁厚3.5mm，節長3m，6m。小管棚分有孔和無孔兩種，有孔花管孔大小為φ10mm，小管棚環向間距0.33m，有孔管棚與無孔管棚間隔布置，即花管之間環向間距為0.66m，可用3m和6m的管節錯開布置。小管棚內注水泥單液漿，水灰比 1：0.8～1：1。

4.5 監控量測

為確保隧道施工順利進行，及時掌握圍巖和支護在施工中的力學動態及穩定程度，保障施工安全。

5 安全保證措施

（1）施工前對全體施工人員進行安全教育專項培訓，進行安全技術及塌方應急注意事項等交底，確保施工安全。

（2）施工作業時，安排專職安全員進行防護，發現初噴有開裂及滲水量增大或有掉塊現象，立即組織人員撤離現場。

6 質量保證措施

施工前嚴格按照設計圖紙及塌方施工方案進行技術交底，技術交底報現場監理審核后方可施工，加強現場技術盯控，嚴格按照技術交底施工。確保施工質量。

7 結束語

總之在對淺埋隧道塌方冒頂處理中，應針對塌方體大小具體情況進行綜合分析處理，原則是應及時制定科學合理的處理方案，并組織精干隊伍抓緊進行處理，防止塌方繼續蔓延、擴大，確保施工安全可靠。