隧道淺埋段冒頂應(yīng)急處治技術(shù)研究

張羽 孫合朋 李強(qiáng)

中交路橋南方工程有限公司 北京 100000

在山嶺重丘區(qū)隧道施工時，時常會遇到淺埋段，易出現(xiàn)冒頂病害。如何提升冒頂病害處治施工效率、降低病害處治難度、改善處治結(jié)構(gòu)的整體性一直是工程技術(shù)研究的重點[1-3]。

依托工程由于地質(zhì)原因洞內(nèi)施工多次出現(xiàn)塌方，初期支護(hù)侵限等問題，先后采用雙側(cè)壁、三臺階+臨時鋼架等施工工藝，仍無法有效控制洞內(nèi)外塌方及沉降過大等問題[4-7]，現(xiàn)場施工存在以下難題：

（1）在雨季期間，因雨水灌入山體，導(dǎo)致山體自重加大，洞內(nèi)中中隔墻及初期支護(hù)開裂，侵限。

圖2 初期支護(hù)開裂

（2）先行導(dǎo)坑右上導(dǎo)圍巖情況好轉(zhuǎn)，需進(jìn)行爆破開挖，其他導(dǎo)坑仍處于軟弱圍巖段，未封閉成環(huán)，爆破施工時對其影響較大，導(dǎo)致沉降速率加大。

歷經(jīng)多次冒頂、坍塌后，山體已成松散、破碎狀態(tài)，山體完整性遭到破壞。出口端洞頂出現(xiàn)大大小小可見裂縫100余條，其中隱藏在草叢無法探查裂縫遍布山體，伴隨塌坑附近產(chǎn)生的縱向裂縫，裂縫寬度平均達(dá)到6cm，裂縫走向多數(shù)與隧道行進(jìn)方向近乎平行。

圖3 山體裂縫

圖4 洞頂塌坑

1 工程技術(shù)難題

1.1 隧道淺埋段土體自穩(wěn)性差

依托工程拱頂上覆土層厚度不足隧道拱圈直徑的1倍，且存在一定厚度的松散填充體，存在積水現(xiàn)象。隧道開挖施工時，需采用適宜的技術(shù)措施對淺埋段土體進(jìn)行固化，增強(qiáng)土體結(jié)構(gòu)的整體性。

1.2 冒頂塌方段內(nèi)部支撐增強(qiáng)

冒頂塌方段的穩(wěn)定性受支撐結(jié)構(gòu)體系、混凝土配合比、現(xiàn)場施工措施、現(xiàn)場施工時間等因素影響顯著[8-9]。同時，內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性與支撐施工時間關(guān)系緊密，亟需提升支撐結(jié)構(gòu)體系布設(shè)的效率，避免塌方區(qū)域不斷擴(kuò)大。

1.3 冒頂塌方段臨時穩(wěn)固

在進(jìn)行冒頂塌方病害處治施工時，亟需采取適宜的工程措施，并將裝配式反壓結(jié)構(gòu)應(yīng)用于現(xiàn)場施工過程中，在提升施工安全性的同時，提高塌方處治施工的效率，降低施工的難度，保護(hù)施工環(huán)境。

2 隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計及特點分析

2.1 改善設(shè)計

基于依托工程實際情況和現(xiàn)狀研究成果，結(jié)合依托工程隧道冒頂塌方區(qū)域的病害處理和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的技術(shù)難題，研發(fā)了隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

圖5 隧道內(nèi)塌方裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)示意圖

借助堆積體加筋管向冒頂堆積體內(nèi)壓漿，形成堆積注漿體；同時，在冒頂堆積體靠近待開挖土體側(cè)設(shè)置了吹填支撐體，另一側(cè)設(shè)置了撐壓塊體和填縫囊袋，并在填縫囊袋內(nèi)壓灌囊袋注漿體；一側(cè)設(shè)置了吹填支撐體。

自隧道開挖面向冒頂松散體內(nèi)引孔插設(shè)支撐導(dǎo)管，并通過外部壓漿設(shè)備向支撐導(dǎo)管壓漿，形成管周注漿體。

在冒頂松散體與冒頂堆積體之間的空隙引孔插設(shè)勁性撐管和管間支撐板，并通過錨固連接筋將勁性撐管與洞頂土體連接牢固。

在冒頂松散體的頂部換填輕質(zhì)填充體和頂部封蓋層，并在頂部封蓋層的兩側(cè)預(yù)設(shè)排水溝槽；在冒頂松散體頂面向下引孔插設(shè)加筋撐樁。

2.2 特點分析

（1）隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在冒頂堆積體內(nèi)設(shè)置了堆積體加筋管和堆積注漿體，提升了冒頂堆積體的整體性和穩(wěn)定性，并可實現(xiàn)了冒頂堆積體上部冒頂松散體的豎向支撐。

（2）隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)將裝配式工程結(jié)構(gòu)引入現(xiàn)場施工過程中，可借助撐壓塊體、填縫囊袋和吹填支撐體對冒頂堆積體提供側(cè)向支撐，避免了冒頂堆積體的進(jìn)一步變形。

（3）隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在洞頂土體及冒頂松散體內(nèi)部設(shè)置了支撐導(dǎo)管和管周注漿體、下部設(shè)置了勁性撐管和管間支撐板，頂部設(shè)置了輕質(zhì)填充體，改善了冒頂松散體的受力性能，實現(xiàn)了冒頂堆積體的多角度穩(wěn)固。

3 隧道內(nèi)部冒頂塌方處治施工技術(shù)

3.1 隧道內(nèi)部冒頂塌方處治施工技術(shù)要點

隧道內(nèi)部冒頂塌方處治施工流程圖如下：

圖6 隧道內(nèi)部冒頂塌方處治施工工藝流程

1）施工準(zhǔn)備：勘測確定冒頂松散體和冒頂堆積體的土性參數(shù)，引孔排除冒頂區(qū)域的地下水，制備施工所需的材料和裝置；

2）冒頂堆積體加筋注漿：先采用靜壓方式向冒頂堆積體內(nèi)插設(shè)堆積體加筋管，再向堆積體加筋管壓漿，在冒頂堆積體內(nèi)形成堆積注漿體；

3）冒頂堆積體雙側(cè)支擋：在冒頂堆積體背離開挖掌子面?zhèn)仍O(shè)置撐架底板和撐架立板，并在撐架底板上堆砌撐壓塊體，在撐架立板面向冒頂堆積體側(cè)設(shè)置填縫囊袋，向填縫囊袋內(nèi)壓漿形成注漿支撐體；在撐壓塊體的頂部設(shè)置撐壓控位體；通過囊袋壓漿管向填縫囊袋內(nèi)壓注囊袋注漿體；通過吹填橫管向冒頂堆積體與待開挖土體的間隙填充吹填支撐體；

4）支撐管棚布設(shè)：在隧道內(nèi)部冒頂塌方段設(shè)置大管棚套拱；大管棚套拱采用規(guī)格為I22b工字鋼制作管棚套拱架。在管棚套拱架的工字鋼上預(yù)設(shè)φ120的導(dǎo)管穿設(shè)孔，大管棚套拱的傾斜角度為5°；先在管棚套拱架上焊接φ120鋼管做為管棚套管，并再噴射30cm厚的C25混凝土層；鋼拱架安裝結(jié)束后，進(jìn)行鎖腳注漿小導(dǎo)管安裝，并向注漿小導(dǎo)管注漿固化；

圖7 組合支撐管棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

5）沉降觀測體系布設(shè)：自冒頂松散體的頂面向下引孔插設(shè)測量套筒及測量內(nèi)桿，并使測量內(nèi)桿的底端插入冒頂松散體內(nèi)；在洞頂土體外側(cè)的穩(wěn)定土體上設(shè)置測量撐墩，并在使測量撐墩的頂端的測量頂板與測量內(nèi)桿頂端的內(nèi)桿連板之間設(shè)置位移傳感器；

6）冒頂松散體穩(wěn)固：自隧道開挖面向冒頂松散體內(nèi)引孔插設(shè)支撐導(dǎo)管，并通過外部壓漿設(shè)備向支撐導(dǎo)管壓漿，形成管周注漿體；在冒頂松散體與冒頂堆積體之間的空隙引孔插設(shè)勁性撐管和管間支撐板，并通過錨固連接筋將勁性撐管與洞頂土體連接牢固；

7）冒頂松散體頂部穩(wěn)定：在冒頂松散體的頂部換填輕質(zhì)填充體和頂部封蓋層，并在頂部封蓋層的兩側(cè)預(yù)設(shè)排水溝槽；在冒頂松散體頂面向下引孔插設(shè)加筋撐樁。

8）冒頂堆積體清除：待冒頂松散體和冒頂堆積體穩(wěn)定后，先解除部分撐壓塊體和囊袋注漿體對冒頂堆積體的約束，再采用挖掘設(shè)備將冒頂堆積體清除，并同步監(jiān)測上部冒頂松散體的變形。

3.2 隧道內(nèi)部冒頂塌方處治施工安全保障措施

（1）隧道內(nèi)部的施工地質(zhì)情況復(fù)雜，已發(fā)生塌方、高處墜落、物體打擊等安全事故，對此，應(yīng)形成專門的安全預(yù)警機(jī)制和成立應(yīng)急救援小組[10]，并明確應(yīng)急救援小組各成員的責(zé)任和分工。

（2）冒頂處治施工時，應(yīng)先確保噴漿材料形成強(qiáng)度，噴漿厚度不小于10cm，用以固化淺層松散土體，防止發(fā)生淺層滑坡、塌方問題，確保下部作業(yè)人員的安全。

（3）在冒頂土體開挖施工時，設(shè)置專門的安全監(jiān)測員，做到邊開挖邊觀測，及時發(fā)現(xiàn)淺層可能發(fā)生的滑塌問題，對預(yù)報給下部作業(yè)人員，避免開挖作業(yè)人員承受物體打擊傷害，提升作業(yè)過程中的安全性。

（4）現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)按照相關(guān)安全施工規(guī)范要求進(jìn)行施工作業(yè)，必須按規(guī)范要求做好安全防護(hù)，嚴(yán)禁冒雨作業(yè)和雨后趕工作業(yè)。

（5）錨桿的質(zhì)量、長度，噴混凝土的質(zhì)量、厚度，以及鋼架的安裝位置、間距等嚴(yán)格按設(shè)計施工，施工期間，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，如發(fā)現(xiàn)量測數(shù)據(jù)有突變或異變時，應(yīng)立即采取應(yīng)急措施。

4 結(jié)論

受諸多不確定性因素影響，淺埋段隧道的安全性、穩(wěn)定性與整體性一直是工程施工控制的難點。文章針對工程實際中隧道淺埋段冒頂塌方處治施工的技術(shù)難點，進(jìn)行了有針對性的技術(shù)研究，得到了以下結(jié)論：

（1）基于工程實際情況和現(xiàn)狀研究成果，提出了隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并對隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的承載性能進(jìn)行分析研究，降低了淺埋段隧道土體補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。

（2）結(jié)合隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的特點，進(jìn)行施工技術(shù)創(chuàng)新，形成了一套較為完善的隧道內(nèi)塌方土體裝配式補(bǔ)強(qiáng)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，保證了隧道淺埋段處治施工的質(zhì)量。