关于隧道冒顶处理的施工方法

沈林

摘 要：本文通过对汉宜铁路孟家弯隧道坍方冒顶过程介绍、坍方原因的调查分析、处治方案以及工艺介绍，以期在塌方预防与处治方面能给读者有所帮助。

关键词：隧道 冒顶 原因分析 处理方案 施工工艺

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0046-02

孟家弯隧道是新建汉宜高铁HYZQ-6标合同段的一座隧道，位于宜昌市猇亭区高湖村，双车道设计，隧道净宽9 m，最大开挖宽度近14.5 m。设计总长737 m（DⅡK285+360～DⅡK286+097），冒顶段有两处（分别位于DⅡK285+470，DⅡK285+700，本文以后者为例），大部处于地形偏压状态，且均在严重浅埋范围内，最小埋深处仅5～6 m。

1 地形地貌、工程地质情况以及塌方前掌子面地质情况描述

1.1 地形地貌

隧道属剥蚀缓丘区，地形起伏，最大高程差约60 m，缓丘坡度约15～30。植被很发育，多为树林，交通极为不便。

1.2 工程地质、水文地质

（1）地层条件：表层为粉质粘土，下伏 K21砾岩，灰白色，巨厚层状，成分主要为灰岩，下为弱分化层。基层为砾岩，占80%以上，局部可能岩溶发育。

（2）水文地质条件：丘陵地表水不发育，主要为雨季浅层滞水。

2 坍方情况描述

2009年10月20日～25日，晚22时，掌子面爆破完成，进洞检查爆破情况发现掌子面上侧坍塌，呈持续状态，25日DⅡK285+700段冒顶。

地表情况：坍方位置为该段较低洼处，在DⅡK285+700里程处地表出现一个近锥形陷坑。

坍穴情况：塌陷坑纵向长15 m，横向12 m，近圆形，深度为4～5 m，坍方土体近400 m3，将已开挖洞身堵塞近3 m，坍穴内存留高度约4 m。

洞内情况：洞内初期支护较完整，未受严重影响，但是超前导管被全部破坏，从坍碴及坍方过程来看，超前支护效果不理想。

3 坍方冒顶原因分析

3.1 施工情况

（1）该隧道从进出口两端向中间双向掘进，采用台阶法开挖，光面爆破，无轨运输。

（2）坍方段施工过程调查

洞内掌子面掘进，开挖方式：爆破开挖，炸药单耗：0.8 kg/m3，掘进进尺为每循环300 cm。

3.2 坍方主要原因

3.2.1 客观原因。

（1）拱顶残坡积土层松散，而且埋深较浅，地表水沿土层及岩层构造裂隙下渗，破坏原状土。

（2）雨水天气是坍方冒顶的主要诱因之一。

3.2.2 主观原因。

（1）围岩预加固。

未严格按设计要求施作超前小导管注浆预加固，导管间距较大，注浆效果较差，松散围岩被胶结的效果差。

（2）开挖方式、方法。

采用台阶法一次性爆破开挖上半断面，爆破振动对围岩尤其是对上覆地层扰动极大，导致坍塌。

（3）工序衔接。

开挖后，未立即初喷，封闭岩面，出碴工序延迟了支护时间，导致围岩松驰、坍塌。

4 施工方案确定

总体思路：安全可靠保工期、简便操作成本低。

可行性分析：（1）大型机械可以进入塌方地段；（2）挖掘机可以对坑洞壁直接刷坡；（3）塌方坑洞附近围岩较完整，可充分利用坑壁的自承能力。

处治方案：对冒顶坑洞首先进行刷坡处理以防继续滑落，并对塌方掌子面附近进行注浆加固，在原设计初支基础上对工字钢进行加密并及时进行超前支护，再于洞外将其外侧进行覆盖，然后依原设计施工初支、防水及二衬等其它项目，最后回填塌方坑洞。

5 坍方冒顶综合整治技术

5.1 整治步骤（顺序）

塌方地界警戒→塌方坑洞上方搭盖雨棚→地表施做截水沟以利地表排水→塌方掌子面附近注浆加固→地表陷坑刷坡处理→洞内出渣→监控量测→上半断面初支及超前支护→下半断面初支→施作仰拱及填充→防水层铺设与二次衬砌→陷坑回填夯实。

5.2 施工工艺

冒顶后，立即沿陷坑周缘开挖截水沟，用砂浆抹面；同时，为防止雨水直接进入坍穴，又用脚手钢管搭设支架，上覆彩条布遮雨。

第一步：坍方区附近围岩和初支结构加固、补强。

加固范围：近坍塌掌子面10 m以内。

初支背后注浆：注浆顺序由外向内逐渐接近坍方区，采用往复式注浆技术，注浆压力由0.2 MPa渐增至0.8 MPa，压力分档情况：第一次0.2 MPa，第二次0.5 MPa，第三次0.8 MPa。

第二步：对地表陷坑进行刷坡。由挖掘机清刷坑壁，将已剥离开的岩土层清除。

第三步：坍方区初支施工。先将刚拱架进行加密架设（由原设计0.6 m变为0.5 m一榀）并利用超前小导管进行超前注浆加固，再于洞外将钢拱架外侧进行覆盖，然后按照设计对其喷锚。

第四步：陷坑回填夯实。

在初支外侧铺设砂碎石层，厚度150 cm，其上逐层（分层厚度30 cm）夯填砂质粘土，填土顶面超出原地表50 cm。砂碎石层内预埋注浆导管，注浆口外伸出地表，以备量测出现异常情况注浆加固需要。

第五步：在监控量测未发现异常的前提下，放慢上半断面掘进速度，缩短每循环开挖进尺，同时，加快下半断面掘进速度当下半断面掘进至超过坍方区一定距离后，开挖仰拱并立即浇筑钢筋砼仰拱和填充，以便在短时间内施作二衬，确保冒顶区的安全。

6 整治效果

经量测，坍方区初支完成至防水层铺设和二衬完成期间，拱顶总下沉量和水平收敛量均在规范要求范围内且趋于稳定，此次冒顶事故未对施工进度及施工成本造成严重影响。

7 施工体会与建议

通过该坍方处理，笔者体会到以下几方面。

（1）冒顶处治必须有清晰的思路，查找塌方原因必须客观。

（2）在特定的情况下（尤其是隧道埋深只有几米时），冒顶处理较洞内坍穴处理安全、快速、难度小。故个人认为不应怕“冒顶”比“坍方”的影响大。

（3）在隧道特殊地段（如浅埋、偏压、断层破碎带、有溶洞或其它洞穴等）补充探孔钻取岩芯，甚至钻取定向岩芯至关重要，这是极为重要而又往往为人所忽视的方面。

（4）尽管山岭隧道地表纵横断面测绘难度较大，但对于特殊地段（如浅埋、地形偏压等地段），应事先测绘，以便事前明确各里程处的隧道埋深以及地形偏压情况，提前拟定有针对性的施工方案和措施。

（5）隧道浅埋地段，开工前，应详细调查地表，不遗漏任何一个可能危及隧道施工安全的因素如冲沟、空穴或水池等，以便早定针对性的措施。

（6）对于超浅埋透水地层隧道，雨季施工时，应做好地表防排水，以免地表水下渗造成岩土层及其构造面力学性质（如粘聚力C、内摩擦角φ）降低，成拱能力完全丧失，危及洞身安全。

参考文献

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[2] 樊解清.昆石高速公路三车道隧道浅埋地段开挖方法的浅析[J].公路，2002（11）.

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