某公路隧道塌方冒頂處理分析

羅釗

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

公路隧道塌方冒頂是公路隧道施工過程中比較常見的現(xiàn)象。公路隧道在建設(shè)施工過程中，塌方冒頂主要是由于地理地質(zhì)和氣候水文條件差、施工組織管理不善、施工方法不當(dāng)、支護不及時、襯砌未及時跟進等因素影響；隧道施工發(fā)生塌方冒頂現(xiàn)象會對洞內(nèi)作業(yè)人員生命安全、財產(chǎn)、工程造價、工期等造成損失；如何預(yù)防和處理公路隧道塌方冒頂是公路隧道施工的一項重點[1]。

1 工程概況

某公路隧道建筑限界凈寬為10.25m，凈高5m。起訖樁號為右洞YK13+730～YK14+055，長325m，V級圍巖208m，占右洞總長的64%；左洞ZK13+735～ZK14+085，長350m，V 級圍巖218m，占左洞總長的62%；左右洞平均長337.5m，屬短隧道，采用分離式雙洞布置。隧道進洞口和出洞口成洞面洞頂覆蓋層厚度為2.52～3.86m。

2 隧道塌方冒頂現(xiàn)場情況

施工順序由進口往出口方向施工，當(dāng)隧道左洞施工至掌子面ZK14+013，在樁號ZK13+997～ZK14+005段落初支形成裂縫，ZK14+005～ZK14+013 段落產(chǎn)生塌方冒頂現(xiàn)象，施工過程中所施作的超前小導(dǎo)管和四榀鋼支撐被巖層擠壓變形（見圖1），地表位置發(fā)現(xiàn)直徑約3.5m、深度5m 近似圓形漏斗狀坑洞（見圖2）。

圖1 塌方冒頂段落小導(dǎo)管和鋼支撐變形

圖2 塌方冒頂處地表坑洞

3 隧道塌方冒頂原因分析

隧道左洞ZK13+970～ZK14+030 段設(shè)計圍巖為V級，洞頂位于中風(fēng)化-強風(fēng)化凝灰熔巖與自穩(wěn)性極差的砂性堆積土交界處；洞頂靠塌方一側(cè)存在山體偏壓，靠山陡坡一側(cè)地質(zhì)為中風(fēng)化-強風(fēng)化凝灰熔巖，另外一側(cè)為果園開墾地，地質(zhì)為自穩(wěn)性極差的砂性堆積土?，F(xiàn)場開挖施工時，未按照設(shè)計圖紙的“中隔壁”法進行開挖和支護，改變了施工方法，采用上下臺階法施工，開挖進尺為1.5m 左右，未施作中隔壁和橫向臨時仰拱，從而導(dǎo)致ZK14+005～ZK14+013 段發(fā)生塌方冒頂現(xiàn)象。

4 隧道塌方冒頂處理

隧道塌方冒頂處理的總體思路為先加固后處理，先護后挖，確保施工安全。在確保隧道塌方冒頂現(xiàn)場不危害施工人員生命安全的前提下，利用塌方后塌方段落處于臨時穩(wěn)定狀態(tài)的這個時間段，將ZK14+005～ZK14+013 之間的洞內(nèi)空間全部回填，并封閉后進行地表回填，并以ZK14+005 為新的掌子面重新掘進。

具體的操作步驟為：暫停施工—塌方段洞內(nèi)回填—封閉掌子面—完善地表防排水系統(tǒng)—塌方體加固—塌方影響區(qū)初支加固、二襯加強—地表塌坑回填—施作超前支護固結(jié)塌方體和周邊圍巖—超前導(dǎo)管輔助、“CD法”掘進、初支和二襯加強[2]。

4.1 具體的處理方法

4.1.1 封閉掌子面，完善地表防排水系統(tǒng)

立即停止施工，先對洞內(nèi)塌方段空洞進行土體反壓回填密實，接著采用20cm 厚C20 噴射混凝土封閉掌子面；地表塌坑位置（左右洞）及周邊一定范圍內(nèi)用防水材料覆蓋，并在其四周搭設(shè)防雨棚，做好截水溝，完善整體防排水系統(tǒng)，以預(yù)防雨水和地表水進入塌坑體；地表裂縫注入水泥漿封閉，防止雨水滲入影響洞身穩(wěn)定。

4.1.2 塌方體加固

對洞內(nèi)塌方體水平方向施作長度為5m、φ50mm的小導(dǎo)管，1.2m×1.2m 呈梅花形布置，并注漿固結(jié)；在地表塌坑回填前先施工一組小導(dǎo)管，在后續(xù)掘進過程中再繼續(xù)施作小導(dǎo)管，小導(dǎo)管每一循環(huán)搭接長度為2m，此施工直至塌方段落結(jié)束。在第一組小導(dǎo)管施工完成并注漿達到強度后，對新的掌子面用砂袋回填反壓緊密，確?？梢猿惺苊绊斔踊靥詈奢d的影響。

4.1.3 塌方影響區(qū)初支加固、二襯加強

已經(jīng)施工初支段13m 范圍（ZK13+992～ZK14+005 段落）塌方影響區(qū)必須進行加固處理，采用梅花形間距1.0m×1.0m 的φ50 小導(dǎo)管（L=5m）斜角40o，洞頂左側(cè)60o、右側(cè)90o進行注漿加固，必要時待工作面可開展后進行徑向小導(dǎo)管補漿。本段落要求嚴格按照設(shè)計施工臨時仰拱和初支仰拱，二襯要求加強設(shè)計，采用C40 防水混凝土，厚度按照原設(shè)計（根據(jù)實測，本段落洞內(nèi)未侵限，并已經(jīng)按照原設(shè)計斷面進行開挖），主筋直徑采用φ28，間距加密為10cm。

4.1.4 地表塌坑回填

在上述第1、2、3 點施工結(jié)束后，對地表塌坑進行回填處理。首先，清除塌坑內(nèi)的雜草、樹木等雜物；其次，在塌坑內(nèi)回填土至原地面，回填材料采用5%的水泥穩(wěn)定土，回填土施工過程中要采用小型夯實設(shè)備進行分層碾壓夯實，回填后的地表要按照隧道明洞回填相關(guān)要求進行處理；最后，施工50cm 厚的膠泥防滲層，完成后再進行綠化施工處理，整個處理過程中尤其要注意塌坑的整體防水。

4.1.5 施工超前支護固結(jié)塌方體和周邊圍巖

上述措施施工完畢并達到設(shè)計強度后，沿渣堆頂部初支露出的輪廓線，在樁號為ZK13+003 處，施作長度為15m、φ89mm、外插角為10o、環(huán)向間距為40cm 的中管棚，并在縱向每兩根中管棚中間打入長度為6m、φ50mm、外插角為60o的小導(dǎo)管，小導(dǎo)管縱向間距為60cm（見圖3、4），并對中管棚和小導(dǎo)管進行注漿，固結(jié)塌方體和周邊圍巖，注漿壓力在0.5～1.5MPa，此措施至關(guān)重要，施工時應(yīng)認真執(zhí)行。

圖3 隧道塌方冒頂段超前支護構(gòu)造圖

圖4 隧道塌方冒頂段超前支護構(gòu)造圖

4.1.6 超前導(dǎo)管輔助，“CD 法”掘進，初支和二襯加強

在上述第5 點達到強度后方可繼續(xù)掘進，要求采用原設(shè)計的單側(cè)壁上下臺階法開挖（CD 法），開挖的過程中要同時施工第2 點，掘進要短進尺，并及時進行初期支護封閉成環(huán)，從樁號ZK13+005～ZK14+023段落初支和二襯要求嚴格按照以下方案進行施作，初支厚度為28cm，采用雙層鋼筋網(wǎng)，工字鋼要求采用工20b型鋼支撐，間距為0.5m，工字鋼截斷及接頭位置均需采用雙根φ50 小導(dǎo)管鎖腳，角度45o，長度不小于3.5m；二襯采用C40 防水混凝土，厚度55cm、主筋直徑φ28cm、間距10cm。開挖時要求注意按照原設(shè)計Ⅴ級圍巖留好預(yù)留變形量。同時視超前小導(dǎo)管注漿效果對塌方段落采用徑向小導(dǎo)管注漿，塌方段及影響段結(jié)束后超前支護措施恢復(fù)原設(shè)計(見圖5）。

圖5 隧道開挖、支護順序圖

4.1.7 徑向小導(dǎo)管注漿順序

注漿時先拱墻，后拱部，并采取隔孔注漿方式。

4.1.8 小導(dǎo)管注漿要求

（1）注漿壓力應(yīng)逐漸升高，達到設(shè)計終壓后要繼續(xù)穩(wěn)壓注漿15min 以上。

（2）注漿量一般控制在20～30L/min 以下，實際注漿量可根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

4.1.9 后續(xù)施工時，若掌子面無自穩(wěn)能力，應(yīng)封閉后再進行后續(xù)支護工作。

4.2 塌方冒頂處理過程中的施工監(jiān)測

4.2.1 地表冒頂位置外輪廓線前15m、后15m、外側(cè)15m、內(nèi)側(cè)與右洞聯(lián)合進行地表位移監(jiān)測并進行加密，每2m 一道，監(jiān)測頻率不少于3 次/天，其他段落地表按設(shè)計進行監(jiān)測；對掌子面和已經(jīng)施工的初支要加強觀測，若掌子面出現(xiàn)滑移、初支開裂及鋼拱架出現(xiàn)變形時應(yīng)立即停止施工，封閉掌子面，馬上上報以便及時處理[3]。

4.2.2 超前地質(zhì)預(yù)報測繪出掌子面前后坍塌的范圍、大小、深度等；并根據(jù)現(xiàn)場繪出地表冒頂范圍、塌坑深度、塌坑周邊裂縫分布等。

4.2.3 若塌方冒頂段施作完畢后，監(jiān)控顯示塌方周邊范圍存在空腔或不密實情況，應(yīng)及時做好回填或注漿工作。

4.3 施工注意事項

4.3.1 處理方法必須技術(shù)交底到施工班組，并嚴格執(zhí)行。

4.3.2 塌方冒頂處理前，應(yīng)對作業(yè)人員開展具有針對性的安全教育、安全技術(shù)交底、班前教育等；督促作業(yè)人員佩戴好安全帽、安全帶、安全繩等勞保用品。

4.3.3 現(xiàn)場塌方冒頂處理時，必須做好工序檢驗和旁站，嚴格按照制定的處理方法組織施工。

4.3.4 隧道施工過程中，應(yīng)嚴格做好逃生管的設(shè)置工作，逃生管直徑不小于800mm，壁厚不小于10mm，逃生管應(yīng)從掌子面設(shè)置至二襯位置，同時需向已經(jīng)施作二襯段落延伸6m，嚴禁在安全設(shè)施不到位的情況下施工作業(yè)。

5 處理成果

該隧道塌方冒頂在經(jīng)過上述方法處理后，塌方冒頂段及影響區(qū)初支外觀未見鋼支撐異常彎曲、錯位，未見初支混凝土裂縫、掉塊、變形等；塌方冒頂段及影響區(qū)初支監(jiān)控量測點變化已穩(wěn)定（見圖6、7），地表沉降觀測點變形已穩(wěn)定，沉降量和收斂值符合規(guī)范及設(shè)計要求。塌方冒頂段及影響區(qū)初支和二襯實體質(zhì)量經(jīng)檢測合格。

圖6 塌方冒頂段及影響區(qū)初支監(jiān)控量測點

圖7 塌方周邊收斂變化

6 隧道塌方冒頂?shù)念A(yù)防措施

隧道開挖過程中，若出現(xiàn)實際地質(zhì)情況、圍巖等級與設(shè)計不符，要及時上報，制定出合適的開挖方法和支護方式，以適合實際圍巖施工，確保施工作業(yè)安全。

隧道開挖要根據(jù)不同的圍巖等級設(shè)計出對應(yīng)的鉆爆方案，現(xiàn)場開挖要靈活應(yīng)用；嚴格按照鉆爆設(shè)計參數(shù)進行放樣、鉆孔、裝藥、爆破，不得隨意調(diào)整鉆爆設(shè)計參數(shù)；爆破工必須經(jīng)過培訓(xùn)合格和技術(shù)交底后才能上崗操作，避免人為的因素造成隧道發(fā)生塌方冒頂現(xiàn)象。

要強化隧道施工過程的組織管理，每道工序要有序跟進，工序間要做好相互銜接，并嚴格按照施工組織設(shè)計施工，同時要嚴格遵循“管超前、短進尺、弱爆破、早封閉、強支護、勤量測、緊襯砌”的施工原則。

要強化隧道開挖面、未襯砌作業(yè)面圍巖變化情況的檢查和監(jiān)測工作，若有塌方、冒頂征兆出現(xiàn)，要及時加強支護處理，并有應(yīng)急處理措施；對已支護地段也要經(jīng)常檢查是否有出現(xiàn)變形或異樣，例如噴射混凝土外觀有無開裂或掉落、鋼支撐變形等；一旦發(fā)現(xiàn)要立即采取補救措施，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行加固處理[4]。

7 結(jié)語

綜上所述，該隧道塌方冒頂在經(jīng)過上述方法處理后，初支和二襯未侵限，隧道洞身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該隧道實體質(zhì)量經(jīng)檢測合格，已交工通車運營，此處理方法的可行性得到驗證，可借鑒。

公路隧道施工過程中，要想科學(xué)合理地減少隧道塌方冒頂現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)當(dāng)對隧道實際地質(zhì)圍巖進行詳細勘探，施工過程中應(yīng)用超前地質(zhì)探測手段和施工過程監(jiān)控量測手段來指導(dǎo)和管理施工；施工中若發(fā)現(xiàn)設(shè)計圍巖與實際圍巖有出入，應(yīng)會同參建各方做好圍巖動態(tài)變更管理，選擇合理的施工方法，嚴格按照設(shè)計圖紙和規(guī)范要求組織施工，并強化施工過程管控，有效地預(yù)防隧道發(fā)生塌方冒頂現(xiàn)象。在隧道發(fā)生塌方冒頂現(xiàn)象時，應(yīng)及時組織現(xiàn)場人員和機械設(shè)備撤離，會同參建各方相關(guān)人員查看現(xiàn)場，共同制定合理的處理方案，嚴格按照方案組織施工，確保作業(yè)人員生命安全，并將塌方冒頂?shù)膿p害減少到最小。