關于隧道冒頂處理的施工方法

沈林

摘 要：本文通過對漢宜鐵路孟家彎隧道坍方冒頂過程介紹、坍方原因的調查分析、處治方案以及工藝介紹，以期在塌方預防與處治方面能給讀者有所幫助。

關鍵詞：隧道 冒頂 原因分析 處理方案 施工工藝

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0046-02

孟家彎隧道是新建漢宜高鐵HYZQ-6標合同段的一座隧道，位于宜昌市猇亭區高湖村，雙車道設計，隧道凈寬9 m，最大開挖寬度近14.5 m。設計總長737 m（DⅡK285+360～DⅡK286+097），冒頂段有兩處（分別位于DⅡK285+470，DⅡK285+700，本文以后者為例），大部處于地形偏壓狀態，且均在嚴重淺埋范圍內，最小埋深處僅5～6 m。

1 地形地貌、工程地質情況以及塌方前掌子面地質情況描述

1.1 地形地貌

隧道屬剝蝕緩丘區，地形起伏，最大高程差約60 m，緩丘坡度約15～30。植被很發育，多為樹林，交通極為不便。

1.2 工程地質、水文地質

（1）地層條件：表層為粉質粘土，下伏 K21礫巖，灰白色，巨厚層狀，成分主要為灰巖，下為弱分化層。基層為礫巖，占80%以上，局部可能巖溶發育。

（2）水文地質條件：丘陵地表水不發育，主要為雨季淺層滯水。

2 坍方情況描述

2009年10月20日～25日，晚22時，掌子面爆破完成，進洞檢查爆破情況發現掌子面上側坍塌，呈持續狀態，25日DⅡK285+700段冒頂。

地表情況：坍方位置為該段較低洼處，在DⅡK285+700里程處地表出現一個近錐形陷坑。

坍穴情況：塌陷坑縱向長15 m，橫向12 m，近圓形，深度為4～5 m，坍方土體近400 m3，將已開挖洞身堵塞近3 m，坍穴內存留高度約4 m。

洞內情況：洞內初期支護較完整，未受嚴重影響，但是超前導管被全部破壞，從坍碴及坍方過程來看，超前支護效果不理想。

3 坍方冒頂原因分析

3.1 施工情況

（1）該隧道從進出口兩端向中間雙向掘進，采用臺階法開挖，光面爆破，無軌運輸。

（2）坍方段施工過程調查

洞內掌子面掘進，開挖方式：爆破開挖，炸藥單耗：0.8 kg/m3，掘進進尺為每循環300 cm。

3.2 坍方主要原因

3.2.1 客觀原因。

（1）拱頂殘坡積土層松散，而且埋深較淺，地表水沿土層及巖層構造裂隙下滲，破壞原狀土。

（2）雨水天氣是坍方冒頂的主要誘因之一。

3.2.2 主觀原因。

（1）圍巖預加固。

未嚴格按設計要求施作超前小導管注漿預加固，導管間距較大，注漿效果較差，松散圍巖被膠結的效果差。

（2）開挖方式、方法。

采用臺階法一次性爆破開挖上半斷面，爆破振動對圍巖尤其是對上覆地層擾動極大，導致坍塌。

（3）工序銜接。

開挖后，未立即初噴，封閉巖面，出碴工序延遲了支護時間，導致圍巖松馳、坍塌。

4 施工方案確定

總體思路：安全可靠保工期、簡便操作成本低。

可行性分析：（1）大型機械可以進入塌方地段；（2）挖掘機可以對坑洞壁直接刷坡；（3）塌方坑洞附近圍巖較完整，可充分利用坑壁的自承能力。

處治方案：對冒頂坑洞首先進行刷坡處理以防繼續滑落，并對塌方掌子面附近進行注漿加固，在原設計初支基礎上對工字鋼進行加密并及時進行超前支護，再于洞外將其外側進行覆蓋，然后依原設計施工初支、防水及二襯等其它項目，最后回填塌方坑洞。

5 坍方冒頂綜合整治技術

5.1 整治步驟（順序）

塌方地界警戒→塌方坑洞上方搭蓋雨棚→地表施做截水溝以利地表排水→塌方掌子面附近注漿加固→地表陷坑刷坡處理→洞內出渣→監控量測→上半斷面初支及超前支護→下半斷面初支→施作仰拱及填充→防水層鋪設與二次襯砌→陷坑回填夯實。

5.2 施工工藝

冒頂后，立即沿陷坑周緣開挖截水溝，用砂漿抹面；同時，為防止雨水直接進入坍穴，又用腳手鋼管搭設支架，上覆彩條布遮雨。

第一步：坍方區附近圍巖和初支結構加固、補強。

加固范圍：近坍塌掌子面10 m以內。

初支背后注漿：注漿順序由外向內逐漸接近坍方區，采用往復式注漿技術，注漿壓力由0.2 MPa漸增至0.8 MPa，壓力分檔情況：第一次0.2 MPa，第二次0.5 MPa，第三次0.8 MPa。

第二步：對地表陷坑進行刷坡。由挖掘機清刷坑壁，將已剝離開的巖土層清除。

第三步：坍方區初支施工。先將剛拱架進行加密架設（由原設計0.6 m變為0.5 m一榀）并利用超前小導管進行超前注漿加固，再于洞外將鋼拱架外側進行覆蓋，然后按照設計對其噴錨。

第四步：陷坑回填夯實。

在初支外側鋪設砂碎石層，厚度150 cm，其上逐層（分層厚度30 cm）夯填砂質粘土，填土頂面超出原地表50 cm。砂碎石層內預埋注漿導管，注漿口外伸出地表，以備量測出現異常情況注漿加固需要。

第五步：在監控量測未發現異常的前提下，放慢上半斷面掘進速度，縮短每循環開挖進尺，同時，加快下半斷面掘進速度當下半斷面掘進至超過坍方區一定距離后，開挖仰拱并立即澆筑鋼筋砼仰拱和填充，以便在短時間內施作二襯，確保冒頂區的安全。

6 整治效果

經量測，坍方區初支完成至防水層鋪設和二襯完成期間，拱頂總下沉量和水平收斂量均在規范要求范圍內且趨于穩定，此次冒頂事故未對施工進度及施工成本造成嚴重影響。

7 施工體會與建議

通過該坍方處理，筆者體會到以下幾方面。

（1）冒頂處治必須有清晰的思路，查找塌方原因必須客觀。

（2）在特定的情況下（尤其是隧道埋深只有幾米時），冒頂處理較洞內坍穴處理安全、快速、難度小。故個人認為不應怕“冒頂”比“坍方”的影響大。

（3）在隧道特殊地段（如淺埋、偏壓、斷層破碎帶、有溶洞或其它洞穴等）補充探孔鉆取巖芯，甚至鉆取定向巖芯至關重要，這是極為重要而又往往為人所忽視的方面。

（4）盡管山嶺隧道地表縱橫斷面測繪難度較大，但對于特殊地段（如淺埋、地形偏壓等地段），應事先測繪，以便事前明確各里程處的隧道埋深以及地形偏壓情況，提前擬定有針對性的施工方案和措施。

（5）隧道淺埋地段，開工前，應詳細調查地表，不遺漏任何一個可能危及隧道施工安全的因素如沖溝、空穴或水池等，以便早定針對性的措施。

（6）對于超淺埋透水地層隧道，雨季施工時，應做好地表防排水，以免地表水下滲造成巖土層及其構造面力學性質（如粘聚力C、內摩擦角φ）降低，成拱能力完全喪失，危及洞身安全。

參考文獻

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