雙連拱隧道淺埋段冒頂塌方原因分析與處治措施

王洪明，王 強，杜維鋒

（中建三局南方公司，廣東 惠州 516000）

隧道塌方事故在隧道施工過程中較為常見且高發，易造成安全事故、工期延誤、經濟損失等后果，隧道塌方事故的預防與處治成為隧道施工的關鍵環節。洞口淺埋段為冒頂塌方事故多發的部位，而雙連拱隧道由于其力學體系的特殊性，在冒頂塌方處理過程中亦有其區別于一般隧道的特點。

1 工程概況

某隧道采用雙連拱曲中墻結構形式，總長223m，雙向6 車道，左洞凈寬16.0m、斷面面積約為192m2，右洞凈寬13.75m、斷面面積約為135m2。隧道按新奧法原理進行設計和施工，采用復合式襯砌結構。

隧道地處剝蝕丘陵地貌區，標高約為33.0～81.0m，覆土厚度1～48m，洞口地形坡角一般在15～30°，上部第四系殘坡積粉質黏土覆蓋較薄，下伏基巖主要為全風化、強風化粉砂巖，巖石節理、裂隙發育。地下水主要為基巖裂隙水，地下水水量較小，水量受季節變化影響，施工過程中地表水極易滲入施工中的隧道中，產生冒頂現象。

2 事故情況

準備開挖左洞K5+151～K5+153 段下臺階時，現場施工管理人員發現該段初支出現開裂、下沉，伴有拱頂上方土體從錯縫中滑出，隧道外洞頂排水溝外側土體發生滑移，土釘護坡出現開裂，最終出現冒頂塌方，經核實，無作業人員傷亡。經測量，塌穴直徑約7m，中心距離暗挖洞口約16m，洞頂覆土2.9～8m，塌穴前后初支侵線段長度分別為2m、5m。

3 事故原因

（1）洞口段圍巖主要為第四系殘坡積土、強風化及全風化粉砂巖，為松散結構，隧道巖石節理、裂隙發育，且事故發生部位覆土厚度較薄。事故時正處于當地雨季期間，且事故發生前一周內連日降雨，出口段土體含水量處于飽和狀態。在降雨滲入作用下，全、強風化巖體內部水壓力增大，沿節理、裂隙面產生卸荷作用，風化巖遇水強度明顯下降。

（2）大管棚中間連接處較薄弱，設計管棚之間連接采用φ114、壁厚5mm 的管棚連接套進行連接，管內無縱向連接鋼筋，此種連接方式抗剪切能力較弱，造成冒頂塌方部位管棚斷裂。

（3）上臺階初支完成后長時間擱置，未及時封閉成環，下臺階開挖后未及時施作邊墻，拱腳工字鋼處于懸空狀態。

4 處治措施

4.1 應急措施

（1）地表水截流。在塌方體地表附近開挖臨時截水溝，地表開裂部位采用水泥砂漿進行灌縫，避免地表徑流進入塌方體。塌方體頂部采用彩條布覆蓋，作為臨時防雨棚罩，減少降雨對塌方體的影響。

（2）未塌方段落加固。對塌體后方已施拱部初支但未做仰拱的段落，設置臨時仰拱進行加固，以實現初支封閉成環，避免塌方段落進一步擴張。左側鋼拱架拱腳通過縱向工字鋼進行連接，橫向工字鋼對撐至中隔墻，鄰近塌方段部位采用“K”字形角撐避開塌方土體，如圖1 所示。

（3）塌方體加固。對洞內塌方土體進行反壓，噴射混凝土進行封閉，并對塌方土體進行注漿處理，增強塌方土體穩定性。

圖1 “K”字形角撐示意圖

（4）二襯跳倉。將二襯臺車推至臨時仰拱加固段后方，優先進行該段二襯施工，強化未塌方段落支護參數，作為未塌方段支護儲備。

4.2 塌方段處理

（1）設置混凝土護拱。對塌穴巖壁噴射鋼纖維混凝土進行封閉處理，提供安全的作業環境。在初支輪廓線以外設置混凝土護拱，環向采用工字鋼拼接而成，并采用縱向鋼筋連接成整體，頂部鋪設一層鋼筋網片。護拱右側落于中隔墻頂部，左側采用鎖腳鋼插管固定。

（2）拱部初支恢復。在護拱的支護下，分上、中、下三個臺階分步開挖并恢復初支結構，拱架加密至每榀40cm，開挖與支護逐榀進行，即開挖一榀、支護一榀，確保土體穩定。為保證護拱在開挖過程中的支護可靠性，在塌方段左側初支輪廓外側設置一道混凝土條形基礎，將護拱左側通過工字鋼支腿焊接在條形基礎頂面，如圖2 所示。

圖2 冒頂塌方段處理示意圖

（3）仰拱及二襯跟進。仰拱施工緊跟拱部初支，仰拱長度縮短至2m 一板。同時，在保證作業空間的前提下，二襯緊隨仰拱施工。

4.3 初支侵線段處理

（1）設置臨時支撐。在上臺階與原初支之間分別設置臨時豎撐Ⅰ和臨時斜撐Ⅱ，臨時支撐根據原初支間距每榀設置一道，頂部與原初支拱架進行焊接，底部落于鋼板上，縱向設置兩道工字鋼橫梁形成整體，如圖3 所示。

（2）左側換拱。逐榀拆除原侵線初支A 段，接左側中腿工字鋼a，中腿上端與護拱拱架連接，下端采用雙排鎖腳錨桿固定。中腿安裝完成后，掛網、噴射混凝土，隨后拆除臨時支撐Ⅱ和原初支B 段，并噴射混凝土。按照上述順序逐榀完成左側上臺階初支換拱。上臺階初支換拱完成后，逐榀開挖下臺階，完成左側下腿工字鋼b 段安裝，隨后按每3m 一板施作左幅仰拱。

（3）右側換拱。左幅仰拱完成后，逐榀拆除臨時支撐Ⅰ和原初支C 段，并噴射混凝土，完成右側上臺階換拱。最后開挖右幅下部土體，完成右幅仰拱施作。

4.4 塌穴處理

圖3 初支侵線段處理示意圖

在完成冒頂塌方段和初支侵線段仰拱后，對護拱頂部2m 范圍進行回填，穩定塌穴四周土體，降低地表水對塌方部位的影響。為減小頂部荷載，采用氣泡輕質土進行回填。待上述部位二襯結構施工完成后，頂部回填素土并恢復綠化。

5 結束語

通過對實際案例的總結，在隧道冒頂塌方處理過程中需注意如下幾點：（1）事故發生后要建立警戒區，避免無關人員進入，有序開展塌方處理工作；（2）應采取措施控制好地表水對塌方部位的影響，做好對塌方部位及周邊影響段落的加固，避免發生二次坍塌；（3）第一時間建立測量監控體系，掌握地表沉降、周邊收斂、初支應力等監測數據變化情況，及時反饋相關信息，以指導現場事故處理；（4）根據地質、水文情況及現場塌方體形態，制定科學合理的處理方案，應采用對土體擾動較少的方法，處理措施應以保障作業人員安全為第一要務。