隧道塌方冒頂處理措施及主要施工方法

朱小強(qiáng)

本隧道設(shè)計為單線鐵路隧道，全長4800m，隧道最大埋深93m，進(jìn)、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(zhì)為膨脹土，膨脹性中等，設(shè)計為Ⅵ級圍巖。

1 塌方主要原因

塌方段洞頂?shù)貏轂榘嫉兀采w土層上部4～6m為砂質(zhì)土，其下為膨脹土。經(jīng)過連續(xù)強(qiáng)降暴雨，雨水匯集并滲透土層，砂質(zhì)土體塑性增大，膨脹土遇水體積膨脹，導(dǎo)致鋼架變形過大，進(jìn)而失穩(wěn)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(shè)警戒線，以免其他人員及牛羊進(jìn)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(nèi)，以防塌方體繼續(xù)擴(kuò)大。

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

3 塌方處理措施

3.1 施作仰拱和變形段臨時支護(hù)

為防止變形進(jìn)一步擴(kuò)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(jìn)行臨時加固，加固措施：全環(huán)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(hù)

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(cè)拉槽引入施工便道，拉槽長度為100m，坡度為15%設(shè)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(xù)施工。

3.3 施作塌方段初期支護(hù)、仰拱及襯砌

施作K33+851——836段初期支護(hù)、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(jìn)，逐榀拆除侵線鋼架，并用I20鋼架逐榀支護(hù)，間距為0.6m/榀，噴混凝土厚度為0.25m。拆除侵限鋼架后，兩側(cè)邊墻打設(shè)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(nèi)層采用φ22鋼筋；環(huán)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(huán)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(jìn)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(hù)封閉成環(huán)。

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(huán)向施作范圍為隧道拱部120°，環(huán)向間距3根/1m布設(shè)，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(hù)仍按原設(shè)計Ⅵ級圍巖要求施作。但二襯采用鋼筋混凝土加強(qiáng)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(nèi)層采用φ22鋼筋，環(huán)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(huán)向間距為0.2m，縱向鋼筋采用φ16鋼筋，間距為0.25m。二襯強(qiáng)度達(dá)到100%后，及時分層夯實填筑至地表，地表整平并恢復(fù)植被，整個塌方段全部處理完畢，掌子面開始恢復(fù)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(nèi)變形段加固處理完成后，塌方段由挖機(jī)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(shè)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(nèi)預(yù)留核心土結(jié)合臺階法開挖，洞內(nèi)出渣。邊坡采用錨噴防護(hù)，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(hù)。

4.2 塌方段起拱線以下暗挖

開挖及支護(hù)：采用預(yù)留核心土結(jié)合臺階法開挖。先施作Ⅰ部開挖及邊墻支護(hù)，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(fēng)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(shè)計輪廓，然后及時按設(shè)計要求進(jìn)行錨噴網(wǎng)支護(hù)，每節(jié)鋼架頂部和底部均設(shè)好鎖腳錨管，Ⅱ部采用人工掏槽開挖，循環(huán)進(jìn)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(jié)構(gòu)受力趨于平衡，Ⅳ部核心土開挖：采用挖掘機(jī)挖松，側(cè)翻裝載機(jī)裝土，自卸車運(yùn)輸，Ⅴ部仰拱開挖、支護(hù)及襯砌：仰拱以3m作為一開挖循環(huán)，開挖后及時施作鋼架閉合成環(huán)，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(nèi)核心土結(jié)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(dǎo)管，邊墻頂部橫向架設(shè)I20鋼支撐，縱向間距3m，侵限初期支護(hù)在徑向錨管和臨時支撐完成后拆除，替換自上而下分段進(jìn)行，拆除后按設(shè)計輪廓擴(kuò)挖，并按設(shè)計預(yù)留沉降量，鋼架替換規(guī)模為每循環(huán)2榀。

4.4 掌子面管棚施工

導(dǎo)向墻內(nèi)模采用定型3015鋼模拼接，支架采用現(xiàn)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(dǎo)向墻混凝土為C25混凝土。小管棚規(guī)格：熱軋無縫鋼管φ50mm，壁厚3.5mm，節(jié)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(huán)向間距0.33m，有孔管棚與無孔管棚間隔布置，即花管之間環(huán)向間距為0.66m，可用3m和6m的管節(jié)錯開布置。小管棚內(nèi)注水泥單液漿，水灰比 1：0.8～1：1。

4.5 監(jiān)控量測

為確保隧道施工順利進(jìn)行，及時掌握圍巖和支護(hù)在施工中的力學(xué)動態(tài)及穩(wěn)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(jìn)行安全教育專項培訓(xùn)，進(jìn)行安全技術(shù)及塌方應(yīng)急注意事項等交底，確保施工安全。

（2）施工作業(yè)時，安排專職安全員進(jìn)行防護(hù)，發(fā)現(xiàn)初噴有開裂及滲水量增大或有掉塊現(xiàn)象，立即組織人員撤離現(xiàn)場。

6 質(zhì)量保證措施

施工前嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙及塌方施工方案進(jìn)行技術(shù)交底，技術(shù)交底報現(xiàn)場監(jiān)理審核后方可施工，加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)盯控，嚴(yán)格按照技術(shù)交底施工。確保施工質(zhì)量。

7 結(jié)束語

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