浅谈大坪子隧道塌方冒顶处理技术

■王柏林（泉州台商投资区城市建设发展有限公司，泉州362000）



浅谈大坪子隧道塌方冒顶处理技术

■王柏林
（泉州台商投资区城市建设发展有限公司，泉州362000）

文中以大坪子隧道为例，论述泥岩隧道塌方冒顶处理技术。对塌方产生的原因进行分析，制定措施及实施效果的反馈，对同类隧道的施工具有一定的参考价值。

隧道塌方冒顶注浆处理

1引言

随着我国高速公路建设快速发展，隧道作为高速公路主要结构物其数量也成倍增长，一些地质条件复杂，施工难度大的隧道大量涌现。在隧道施工过程中，塌方是一种比较易发的事故，在国内很多隧道在建设过程中都出现过。隧道施工中造成塌方的原因是多样的，有地质自然条件的原因，也有人为施工方法、施工质量的原因。如何处理好塌方，尽可能降低塌方对施工进度的影响同时保证后期运营的安全显得尤为重要。本文从工程实例出发，分析泥岩隧道塌方发生的原因、处理的技术要求及实施效果，为同类隧道塌方处理提供参考。

2工程概况

大坪子隧道位于广西荔浦县大塘镇，隧道型式为分离式隧道，隧道左线起讫里程桩号：ZK35+070～K35+ 510，长440m；隧道右线起讫里程桩号：K35+090～K35+ 550，长460m。隧道内为-2.5%的单向坡，隧道净宽10.5m，净高5.0m，隧道最大埋深约65m。围岩等级为IV级。隧道采用新奥法施工，光面爆破，洞身开挖采用三台阶法开挖。地质资料显示隧道围岩从进口至出口，其岩层均为微风化泥岩，其节理裂隙一般发育，稳定性较好，围岩等级为IV级，岩体呈巨块状整体结构，施工时可能产生零星小坍塌。在隧道进口及出口位置埋深较浅，局部可能产生较多风化带基岩裂隙水渗出现象。隧道中部埋深较深，不会产生较多基岩裂隙水渗出现象，局部可能有零星滴水。

3塌方情况

2011年4月20日晚上11点，掌子面开挖至ZK35+ 417时，拱顶位置突然出现塌方，在拱顶土体滑落带动下迅速延伸至ZK35+433，导致该段已完成的初期支护出现变形，并在隧道顶形成长8.5m，宽6.8m的塌穴，如图1和图2所示。

塌方段位于隧道左洞ZK35+417～ZK35+433段，长16m。该段埋深约15m，位于浅埋段。初期支护参数浅埋段为Z4Q即Ⅰ18型钢，纵向间距0.7m；喷240mm厚C25早强型混凝土，Ф8@200×200mm（双层）钢筋网；Ф22砂浆锚杆，长3.5m，纵向间距0.7m，环向间距1.0m，梅花形布置。

图1　洞顶塌穴情况

图2　洞身塌方情况

4塌方原因分析

塌方发生后，经建设、设计、监理、施工、勘察等相关单位现场查勘、研究后确认以下几点原因：

（1）塌方段围岩为微风化泥岩，遇风即风化、遇水即软化，强度降低，自身稳定性差。

（2）施工期间处于广西的雨季，连日的降雨导致地表水渗透进土层及微风化泥岩裂隙中，造成围岩软化，力学强度降低，同时土体饱和水作用下压力剧增，造成初期支护型钢变形，引起围岩失稳而产生大面积塌方。

（3）隧道开挖时，下导坑开挖未及时跟进，初期支护不能形成封闭环，影响整体受力。

（4）针对泥岩遇风即风化、遇水即软化的特性，未及时将掌子面暴露的围岩采用喷射混凝土将其封闭。围岩在空气中暴露的时间过长，造成泥岩风化，且隧道内湿气过大，围岩软化失稳。

（5）隧道埋深较浅，掌子面围岩坍塌形成空洞，隧道顶土体失去稳定下滑造成隧道冒顶。

5处理技术方案

5.1地面塌陷处理

（1）在塌陷坑四周5m外开挖一条80cm×80cm的截水沟，底部采用水泥砂浆封闭，截水沟与洞顶及路基排水系统相连接；在塌陷坑位置搭设遮雨棚，雨棚宽度比塌陷坑四周各宽出2m，防止雨水及地表水流入；雨棚下四周设置30cm×30cm排水沟，并在最低点位置与截水沟相连接。

（2）用挖掘机清除塌穴内的表土及其他杂物，并对塌穴进行1：1削坡处理，夯实后喷射10cm厚C25早强型混凝土封闭坡面及塌穴底部。并在该位置采用梅花型布置、间距1.0m×1.0m、长度为5m的Ф50小导管注浆加固。

（3）混凝土强度达到要求后，用土对塌陷坑分层填筑、分层碾压夯实，每层厚度不超过20cm，距地表1.5m范围内采用粘土回填夯实，并高出地面20cm。回填完成后，采用梅花型布置、间距1.0m×1.0m、长度为5m的Ф50小导管注浆加固。

图3　洞顶塌坑处理示意图

5.2洞身塌方处理

（1）首先进行排水处理，在隧道两侧重新开挖布设排水沟，将洞内水排出到洞外。

（2）掌子面用土及时回填反压，防止塌方体继续拓展，并及时喷射10cm厚C25混凝土封闭。完善掌子面的排水系统，防止地下水在掌子面出汇集，保持掌子面处于干燥状态，避免由于积水状态导致围岩强度进一步降低。

（3）对ZK35+417至ZK35+450段进行临时支护，目的是防止塌方向洞口方向发展。临时支护采用Ⅰ18型钢作为临时支撑，间距为0.7m。临时支撑与原初期支护之间用木楔塞紧，端部设置4根3m长的锁脚锚杆。临时支撑工字钢之间纵向加设三道型钢，加强整体性。纵向沿已施做的型钢支护，环向间距1.5m施做径向注浆小导管加固。

（4）在塌方段采用纵向间距0.5m、环向间距0.3m、长度为5m的Ф50超前小导管注浆加固，倾角15°至20°。注浆顺序由拱脚向拱顶推进，由外侧向内侧跳孔进行。注浆材料为水泥浆液，水灰比为1∶1，注浆压力为1.0MPa。

（5）将该段初期支护参数由Z4Q调整为Z5Q，即Ⅰ20a型钢，纵向间距0.6m；喷260mm厚C25早强型混凝土，φ8@150×150mm（双层）钢筋网；Ф22砂浆锚杆，长4.0m，纵向间距0.6m，环向间距0.8m，梅花形布置，增加仰拱部分型钢支护。

（6）待水泥浆液固结后，采用三台阶预留核心土法开挖，分上、中、下三个台阶七个开挖面施工。拱顶部分分左右两侧进行，采用人工沿隧道开挖轮廓线先开挖出进尺0.3m，环向长度2.5m的工作面，及时安装型钢支护，施做锚杆及喷射混凝土封闭，采用同样的方法施做另一侧拱顶部分，沿隧道纵向延伸1.0m后施做拱腰部位，并依次向两侧拱脚施做。

（7）ZK35+417至ZK35+433段初期支护由于受到土体挤压侵入二衬断面，为保证二衬厚度，在塌方处理完成后对该段进行换拱作业。在保证安全的前提下，拆除一榀支护一榀的作业方式进行。

6塌方段监控量测

6.1洞身监控量测

隧道内每隔5m沿断面在拱顶、拱腰、边墙位置共布设5个监测点，拱顶和拱腰以下沉监测作为重点，边墙位置以水平收敛监测为重点。监测点应距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h内或下一次爆破前测读初次读数。在1～15d内，每天早晚各测量1次；16～30d内每天测量1次；1～3个月后每周测量1次，当数据出现异常时应增加测量频率。现场量测数据应及时绘制位移-时间曲线，曲线的时间坐标轴下应注明施工工序以及开挖工作面离量测断面的距离。

6.2地表沉降监测

以隧道轴线为中点，10m一个断面，每个断面布设5个点。点位采用混凝土浇筑固定。开挖面距量测断面前后＜2B时，1～2次/d；开挖面距量测断面前后＜5B时，1次/ 2d；开挖面距量测断面前后＞5B时，1次/周。

6.3监控量测数据分析

现场量测数据应及时绘制位移-时间曲线，曲线的时间坐标轴下应注明施工工序以及开挖工作面离量测断面的距离。当位移-时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和位移变化规律。采用回归分析时，可在下列函数中选用：

（1）对数函数：例如：u=alg（1+t）、u=a+b/lg（1+t）

（2）指数函数：例如：u=ae、u=a（1-e）

（3）双曲函数：例如：u=t/（a+bt）、u=a［1-1/（1+bt）］，式中a、b为回归常数；t为初读数后的时间（d）；u为位移值（mm）。

当位移-时间曲线出现反常的急骤现象时，表明此时的围岩-支护系统已处于不稳定状态，应停止开挖，对危险地段加强支护，确保已开挖段的安全。

根据量测结果及变形曲线图，计算并判定最终变形数据并及时反馈。监测由塌方治理开始至二衬施工完成结束，根据结果显示该段相关量测数据均在规范允许范围内。

7结语

经过一系列的加固处理，塌方段隧道二衬未出现渗水、漏水、混凝土开裂等现象，说明该塌方冒顶处理方案正确、处理及时、措施恰当、组织严密，处理效果良好。针对泥岩隧道塌方处理总结出如下经验：

（1）隧道发生塌方，应及时迅速处理。处理时必须详细观测坍方范围、形状、塌穴的地质构造，查明塌方发生的原因和地下水活动情况，认真分析，制定最佳处理方案。

（2）塌方冒顶，在清渣前应支护陷穴口，地层极差时，在陷穴口附近地面打设小导管进行地表注浆，洞内可采用管棚或小导管配合钢架支撑支护。

（3）处理塌方应先加固未坍塌地段，防止继续发展。塌方渣体完全堵住洞身时，宜采取先护后挖的方法。在查清塌穴规模大小和穴顶位置后，可采用管棚法和注浆固结法稳固围岩体和渣体，待其基本稳定后，按先上部后下部的顺序清除渣体，采取短进尺、弱爆破、早封闭的原则挖坍体，并尽快完成衬砌。

（4）隧道围岩以泥岩为主，泥岩具有遇风风化，遇水泥化、软化和脱水开裂等特征，施工中应坚持“随挖随支护和先喷后锚”的原则，即喷锚或钢架支护必须紧跟开挖工作面，应在爆破、通风和清浮石后及时对岩面进行初喷混凝土，尽快封闭围岩，控制围岩的初期变形。及时施作锚杆、挂钢筋网、架立钢架，最后复喷混凝土达到设计厚度，在喷锚作业期间，应有人随时观察围岩变化情况。

（5）处理塌方的同时，应加强防排水工作。对隧道内积水应进行及时排除，不要让积水长时间浸泡拱脚。同时做好地表水引排、截流措施，防止地表水由塌穴渗入塌体或地下，引截地下水防止渗入塌方地段，以免塌方扩大。

（6）塌方后要加设量测点，增加量测频率，根据量测信息及时研究对策。浅埋隧道，要进行地表下沉量测。

［1］JTG/801，公路工程技术标准.

［2］JTGF60-2009，公路隧道施工技术规范.

［3］苏建军.浅谈隧道塌方的处理技术.中国水运，2012（10）.

［4］关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社，2003.

［5］闫东.隧道塌方分析及其整治.铁道建筑，2007（1）.

［6］任文胜.隧道塌方原因分析及处理方案研究.山西建筑，2008（3）. ［7］孙联伟.通过隧道塌方冒顶段施工技术.隧道建设，2009（3）.