隧道塌方冒頂處理措施及主要施工方法

鄔文鵬

【摘 要】在隧道施工過程中，通常塌方發生之前都會產生一些不良跡象，圍巖發生變化或出現水等，對這一現象有效控制的方法是超前控制或嚴控圍巖變化情況，進一步結合真實情況選擇合理手段有效保證塌方區域安全。本文結合隧道塌方冒頂發生機理，采取科學手段，從而保證隧道施工安全。

【關鍵詞】隧道施工；塌方冒頂；處理

近些年來，隨著大規模建設鐵路、公路項目，隧道施工也更加普遍，由于很多因素造成的約束，一般隧道勘探工作無法大面積實施，造成有關人員不能了解隧道施工附近的情況，施工過程中發生的地質狀況與設計情況不相符，加之不能采取恰當的施工方法，無形中增加了發生塌方的概率。一旦產生塌方，必定增加施工難度，影響施工時間甚至產生額外的經濟損失。隧道塌方現象無法回避，除了強化預防之外，還必須采取合理的處置手段。

一、隧道情況

項目隧址位于貴州卡斯特地貌巖溶中等發育區，隧道出口段為土層淺埋區。隧道線路橫切畢節向斜軸線，隧道主要圍巖等級為Ⅳ級及Ⅴ級圍巖，設南北兩線，隧道北線長1830米，南線長1841.1米，隧道最大埋深205米。隧道襯砌內輪廓凈空面積為119m2，屬于特大斷面隧道。隧道單洞凈寬15m，設三車道。設置西高東低的單向坡，坡率為0.61%。

二、施工狀況與原因

（一）施工狀況

在隧道進口北線掘進445m（NK0+935）的位置，揭露有充填介質的溶洞[1]，隨后發生冒頂坍塌，突泥體為淤泥質填充物。洞頂塌陷區呈漏斗形，直徑50m，塌陷深度25m，洞內突泥70m。經現場踏勘，此段圍巖為三疊系中統關嶺組中風化白云巖，白云巖呈灰白色～灰黑色，隱晶質結構，中厚層～薄層狀構造，完整性指數KV=0.62，整體較完整，局部較破碎，BQ=315.0，圍巖分級為Ⅳ2。溶洞內涌出的溶洞土呈流塑狀態，夾少量碎、塊石。

（二）原因分析

第一，地質原因。塌陷處覆蓋層厚56m，溶腔四周地層現狀揭露地表以下10m～20m為紅黏土，20m以下為強風化巖土或巖溶填充物，內摩擦角小，自穩性差。

第二，天氣原因。冒頂坍塌前，連續下了幾天雨，經雨水滲透后，土壤黏聚力急劇降低，導致冒頂坍塌。

第三，施工原因。在控制隧道初期支護施工質量方面缺乏嚴謹性，不能及時跟進二襯施工，造成初期支護在臨界狀態時無法承重[2]。隧道進口南線掘進爆破所產生的振動波，也是導致冒頂坍塌的重要原因。

三、處理措施

隧道發生塌方后，由設計單位出具處置方案，并經專家論證后由施工單位組織實施。處置措施如下：

（一）清除洞內突泥體

考慮到塌陷區埋深較深，豎向壓力較大，為防止清淤過程中再次發生坍塌，對洞內突泥體采取先注漿加固，再清除的方式，且只清除靠近突泥口一側的突泥體，逐步接近掌子面的突泥口。在距掌子面12m（NK0+923）位置，對突泥體進行全斷面注漿加固，加固方式為深孔ф50*4mm鋼花管（長12m，間距1.0m*1.0m）凈漿注漿加固NK0+923～NK0+935段突泥體。

（二）超前大管棚支護

在NK0+923位置設置2榀臨時鋼拱架，打設長30m，Φ108-6mm大管棚，按縱向間距每3m一環，每環41根，共打設7環，并對管棚進行注漿。在管棚的支護下按每循環1m進行掘進。直至順利通過突泥口，至NK0+941位置。

（三）加強初支等級

自NK0+935起至NK0+960，按Ⅴa支護襯砌類型進行開挖支護。

（四）拆換侵限變形鋼架

換拱操作之前通過仰拱以上徑向注漿整體斷面，選擇熱軋無縫鋼管作為注漿管，保持3.5m長度，加固注漿結束以后對侵限鋼架有效更換，達到支護封閉成環的目標。

（五）加固溶腔內填充體

進入巖溶范圍后，于管棚上方和側向深孔ф50*4mm鋼花管（長15m，間距1.0m*1.0m）1：1～1：0.5水泥凈漿1.0MPa～2.0MPa壓力注漿加固溶腔內填充體.

（六）洞頂塌陷區回填

在洞內處置完成且二襯澆筑完畢后，對洞頂塌陷區進行回填。

1.逐層回填（第1～5層每層厚80～100㎝松鋪且輕型機械輕壓）壓實（壓實度控制在85%左右）陷坑至低于地面1.5m。回填區地面以下1.5m范圍每50㎝設置一層土工格柵和10㎜厚PVC防水板。于壓實地面澆筑C20砼厚150㎝（配防裂雙向筋）作為地表深孔注漿止漿層和防沉降結構層。進行深30m地表ф110孔ф50*4mm鋼花管（長15m，間距1.0m*1.0m）注漿加固坍陷區及其邊緣線外各10m范圍。注漿加固完成后，于地表坍陷區及其四周各5m范圍敷設120㎝厚耕植土，恢復耕地或按設計要求種植喬或權木或綠化。

四、防塌措施

（一）全面了解新奧法施工

這一方法就是采取巖體力學的基本理論，對圍巖自身承載能力有效維護與應用，憑借合理的錨、噴支護手段或者是聯合應用支護措施，對圍巖松弛變形問題有效掌控，在支護系統中有效引入圍巖內部，并通過測量圍巖與支護，對隧道施工有效控制。

（二）做好超前地質預報

通過這項工作，對異常情況及時發現，為選擇準確開挖斷面、設計支護參數與改進施工計劃提供參考，以及對隧道涌水、突氣等問題有效預防，最大程度避免產生災害性事故。

（三）加強施工監控

監控量測不僅可以全面了解拱頂下沉、圍巖內部變形、鋼支撐受力、支護等情況，對工藝操作性嚴格評斷，獲得科學的設計數據，提出有效的施工方法。

（四）后續施工防塌控制

第一，結合不同地質特點選擇開挖方法，利用超前小導管預注漿加固地層的超前支護手段，根據巖層不同特點與地下水狀況合理選擇注漿材料，一般需要水泥漿、水泥和水玻璃雙漿液，對周邊圍巖注漿加固，提升自身承載能力，有效減少圍巖松弛情況。

第二，分臺階開挖時，支護需要進行閉合成環，應認真處理每一環支護鎖腳錨桿施工，利用超前支護方法加固軟弱圍巖，避免拱腳產生下沉與移動，若發生較大變形容易造成拱部巖層坍落。

第三，對開挖流程嚴格控制，特別是開挖進尺，禁止發生違規操作問題[4]。對爆破裝藥量嚴格掌控，減輕干擾軟弱破碎圍巖。

第四，南北線施工錯開一段距離，防止爆破是相互擾動。

五、結束語

在巖溶較發育區域進行隧道施工，發生冒頂坍塌風險較大，需加強超前地質預報，加強施工監控，發現存在巖溶時，應及時進行超前鉆探，探明巖溶范圍并采取有效的開挖支付方式。避免冒頂坍塌后對項目工期、造價和安全等造成的一系列問題。

【參考文獻】

[1]王康，孫熔正，楊新安.充填型淺層巖溶隧道溶洞處理技術研究.華東科技大學學報，2018，35（3）：23-28.

[2] 張建軍， 馬吉倩. 高速公路隧道洞口淺埋段塌方冒頂分析與治理[J]. 公路工程， 2017， 42（2）：187-190.

[3] 劉海蛟. 談隧道工程塌方地段的預防和處治措施[J]. 山西建筑， 2017， 43（32）：148-149.

[4] 周鳳生. 某公路隧道工程洞口段塌方冒頂的處理及洞口段CD工法淺論[J]. 低碳世界， 2017（17）：205-208.