隧道塌方冒顶处理措施及主要施工方法

朱小强

本隧道设计为单线铁路隧道，全长4800m，隧道最大埋深93m，进、出口段埋深小于30m的地段约占隧道总长的40%，其中Ⅴ、Ⅵ级围岩段落占全长的62%，隧道出口K34+100至K33+690段为浅埋段，洞顶覆盖层为13m，洞身岩质为膨胀土，膨胀性中等，设计为Ⅵ级围岩。

1 塌方主要原因

塌方段洞顶地势为凹地，覆盖土层上部4～6m为砂质土，其下为膨胀土。经过连续强降暴雨，雨水汇集并渗透土层，砂质土体塑性增大，膨胀土遇水体积膨胀，导致钢架变形过大，进而失稳坍塌。塌方体段落为K33+851——836段，地表全部塌陷，塌方处地表形状呈椭圆形，宽约11m，长约19m。

2 临时措施

（1）在地表塌方体周围拉设警戒线，以免其他人员及牛羊进入；在塌方体四周做好挡水围堰以免雨后地表水流入塌方处，顶部用塑料布覆盖以免暴雨再次流入洞内，以防塌方体继续扩大。

（2）对已下沉的钢架采用临时仰拱加固，洞内尽快施作二次初支和仰拱并将塌方体前方封闭成环。

3 塌方处理措施

3.1 施作仰拱和变形段临时支护

为防止变形进一步扩展，先施工K33+886——K33+871段仰拱，施工顺序由掌子面方向向洞口方向逐段施作，同时对K33+871——851变形段进行临时加固，加固措施：全环施作I20钢架，钢架间距0.6m/榀，施作顺序由K33+871向掌子面方向施作。

3.2 塌方段洞顶明挖及支护

明挖里程段从K33+851——836，挖土高度为16m，宽度38m，长度19m，明挖前从线路左侧拉槽引入施工便道，拉槽长度为100m，坡度为15%设计。明挖深度为起拱线位置，开挖坡比为1：1，明挖段要求24h连续施工。

3.3 施作塌方段初期支护、仰拱及衬砌

施作K33+851——836段初期支护、仰拱及衬砌。明挖后下部土体高约7m（含仰拱），施工时分2个台阶，由塌方体两端向中间同时掘进，逐榀拆除侵线钢架，并用I20钢架逐榀支护，间距为0.6m/榀，喷混凝土厚度为0.25m。拆除侵限钢架后，两侧边墙打设φ22砂浆锚杆，锚杆长度3.5m，间距1×1m，梅花型布置，二次衬砌采用钢筋混凝土，拱墙衬砌厚度为0.7m，仰拱厚度为0.8m。钢筋采用双层钢筋布置；内层采用φ22钢筋；环向间距为0.2m，纵向钢筋采用φ16钢筋；间距为0.25m；外层采用φ25钢筋；环向间距为0.2m；纵向钢筋采用φ16钢筋；间距为0.25m。

3.4 拆换侵限变形钢架

从K33+871开始向掌子面方向进行施作，拆换至K33+851。换拱之前在整个断面从仰拱以上径向注浆，注浆孔按1×1m梅花型布置，注浆管采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，钢管长3.5m，注浆加固完成后逐榀更换侵限钢架，并及时施作仰拱钢架及仰拱混凝土，使支护封闭成环。

3.5 掌子面小管棚施工

从K33+826施作小管棚，小管棚为φ50mm，壁厚为3.5mm无缝钢花管，单根长6m，搭接2m，小管棚环向施作范围为隧道拱部120°，环向间距3根/1m布设，且用水灰比为1：0.8～1：1水泥浆注浆。

3.6 二衬混凝土的施作要求

K33+826——K32+996里程，初期支护仍按原设计Ⅵ级围岩要求施作。但二衬采用钢筋混凝土加强衬砌，拱墙衬砌厚度为0.6m，仰拱厚度为0.7m，钢筋采用双层钢筋布置，内层采用φ22钢筋，环向间距为0.2m，纵向钢筋采用φ16钢筋，间距为0.25m，外层采用φ25钢筋，环向间距为0.2m，纵向钢筋采用φ16钢筋，间距为0.25m。二衬强度达到100%后，及时分层夯实填筑至地表，地表整平并恢复植被，整个塌方段全部处理完毕，掌子面开始恢复正常施工。

4 塌方主要施工方法

4.1 塌方段起拱线以上部位明挖

分层开挖：洞内变形段加固处理完成后，塌方段由挖机自上而下逐层挖土刷坡，塌方体四周土体放坡坡度为1：1，每层高度为3m，地表向下8m处设一2m宽平台，起拱线以上土体由顶部挖弃，起拱线以下土体由洞内预留核心土结合台阶法开挖，洞内出渣。边坡采用锚喷防护，锚杆采用φ22砂浆锚杆，锚杆间距1×1m，锚杆长度2.5m，梅花形布置，喷射混凝土采用c25喷射混凝土，喷层厚度0.1m，随开挖随防护。

4.2 塌方段起拱线以下暗挖

开挖及支护：采用预留核心土结合台阶法开挖。先施作Ⅰ部开挖及边墙支护，开挖高度3m，纵向长度1.2m，开挖完成后拆除侵限钢架，拆除时用风镐凿除喷射混凝土，再用氧炔焊割断钢架，人工修整边墙到设计轮廓，然后及时按设计要求进行锚喷网支护，每节钢架顶部和底部均设好锁脚锚管，Ⅱ部采用人工掏槽开挖，循环进尺1.2m，开挖后及时施作钢架，Ⅲ部钢架封顶：边墙钢架施工完成后，施作顶部钢架，使结构受力趋于平衡，Ⅳ部核心土开挖：采用挖掘机挖松，侧翻装载机装土，自卸车运输，Ⅴ部仰拱开挖、支护及衬砌：仰拱以3m作为一开挖循环，开挖后及时施作钢架闭合成环，然后喷射混凝土，并施作衬砌钢筋及仰拱、填充混凝土浇筑。

图1 塌方段洞内核心土结合台阶法施工横断面图

4.3 拆换侵限变形钢架

拱墙径向施作注浆小导管，边墙顶部横向架设I20钢支撑，纵向间距3m，侵限初期支护在径向锚管和临时支撑完成后拆除，替换自上而下分段进行，拆除后按设计轮廓扩挖，并按设计预留沉降量，钢架替换规模为每循环2榀。

4.4 掌子面管棚施工

导向墙内模采用定型3015钢模拼接，支架采用现场加工的I20钢架，钢架纵向间距0.5m，脚手架支撑，脚手架纵横向间距1m，管棚定向套管采用φ127×4mm钢管，长1m，套管用φ20钢筋与钢架固定，导向墙混凝土为C25混凝土。小管棚规格：热轧无缝钢管φ50mm，壁厚3.5mm，节长3m，6m。小管棚分有孔和无孔两种，有孔花管孔大小为φ10mm，小管棚环向间距0.33m，有孔管棚与无孔管棚间隔布置，即花管之间环向间距为0.66m，可用3m和6m的管节错开布置。小管棚内注水泥单液浆，水灰比 1：0.8～1：1。

4.5 监控量测

为确保隧道施工顺利进行，及时掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度，保障施工安全。

5 安全保证措施

（1）施工前对全体施工人员进行安全教育专项培训，进行安全技术及塌方应急注意事项等交底，确保施工安全。

（2）施工作业时，安排专职安全员进行防护，发现初喷有开裂及渗水量增大或有掉块现象，立即组织人员撤离现场。

6 质量保证措施

施工前严格按照设计图纸及塌方施工方案进行技术交底，技术交底报现场监理审核后方可施工，加强现场技术盯控，严格按照技术交底施工。确保施工质量。

7 结束语

总之在对浅埋隧道塌方冒顶处理中，应针对塌方体大小具体情况进行综合分析处理，原则是应及时制定科学合理的处理方案，并组织精干队伍抓紧进行处理，防止塌方继续蔓延、扩大，确保施工安全可靠。