隧洞冒顶处理施工

方 芳

(贵州江河监理有限公司，贵州 贵阳 550001)

隧洞冒顶处理施工

方 芳

(贵州江河监理有限公司，贵州 贵阳 550001)

当前，随着大量隧洞施工的进行，因为开挖、洞身冒顶陷落等原因而造成的施工事故时有发生，隧洞施工安全问题不容忽视，本文结合工程实例提出了超前小导管配合工字钢施工处理方案，分析了其在断桥1#隧洞施工中的应用情况。结果表明，隧洞冒顶事故得以有效解决，工程作业顺利开展。根据工程项目实际情况合理制定支护、加固方案，是保证隧洞工程施工安全的重要措施，也是应对冒顶等各种事故的有效方法。

隧洞冒顶；施工措施；隧洞

隧洞施工过程中，若是勘测设计不到位或是施工技术选用不当，则极易出现塌方甚至是冒顶事故[1]。对此，在实际工程施工中，必须重视隧洞塌方冒顶的预防与治理，从而确保施工安全与隧洞运行可靠。

1 隧洞塌方冒顶预防及处理措施

1.1 隧洞塌方冒顶预防

在隧洞施工过程中，有效预防隧洞塌方冒顶问题的措施如下：

(1)做好勘测设计。在进行隧洞工程施工前，应对其所在地区的地质水文问题进行详细的勘察，充分掌握隧洞轴线、进出口地质情况，认真分析隧洞穿越的垭口、沟谷以及山体等，全面掌握可能出现塌方冒顶事故的地段。若是必须通过此类地段，则可预先制定有效的处理方案，确保施工安全[2]。

(2)选择合理的施工技术。在进行隧洞施工时，特别是在穿越围岩薄弱区的过程中，应加强施工排水，选择弱爆破或者不爆破开挖技术，做好支撑和衬砌施工。

(3)在隧洞施工中，应加强监测，一旦发现隧洞塌方冒顶预兆，及时采取相应的技术措施，加固未塌地段，防止事故范围扩大[3]。

1.2 隧洞塌方冒顶处理施工

根据隧洞塌方冒顶的规模以及塌渣补给，可以将塌方分为两种：一是大塌方，其塌方体厚度大，范围广，且不断扩展；二是小塌方，其塌方体未能够将坑道完全堵塞，人员可进入观察处理。在进行隧洞塌方冒顶处理施工时，对于上述两种形式应采取不同的措施：一是小塌清、先支后清；二是大塌穿，先棚后穿。前者即在塌方量不大的时候，做好顶部支撑方可进行塌方的清除工作，避免因此导致侧壁失去平衡，再次出现塌方；后者则是在塌方难以清除时，将其当做松散破碎的地层继续进行施工，可采取超前支撑、开挖导坑等工艺穿越塌方体。值得注意的是，在穿越前应将塌方两端支顶牢固，避免塌方再次扩大。

2 工程实例

2.1 工程概况

断桥1#隧洞26+780～26+806段于2012年4月25日出现塌顶，其中26+792～26+799已支护段被压塌，26+799～26+806已支护段钢支护已下沉0.3～0.5 m，26+780～26+790段地面塌陷，面积约50 m2，深约8 m。

2.2 隧洞冒顶事故分析

据调查分析，在塌顶以上地面周围有多个小煤窑，当地政府用爆破手段封闭了所有煤洞来关闭小煤窑，填料为细颗粒石渣，无粘结性。该段洞顶到地面距离11～18 m，由于下部开挖振动，小煤窑垮塌，冲击力砸垮了已支护好的洞身，造成塌陷。

从5月15日开始近10 d连续下雨，但洞内未见明显渗水，2012年5月24日，水投公司组织四方人员现场办公分析认为可能只是部分小煤窑垮塌，存在大部分空腔。经专家论证，该段隧洞内外分开进行处治，施工方案以联系单的形式通过。

2.3 隧洞冒顶处理施工

2.3.1 洞内施工

采用25b工字钢设仰拱，顶拱打钢梁进行支护，超前小导管内置Φ25钢筋注浆配合，强行推进。

(1)施工要求及条件。钢支撑采用25 b工字钢封闭式进行支护，在钢支撑拱顶以上用挖掘机顶18#工字钢，间距0.5 m，仰角3°～5°，搭接长度大于2.0 m，小导管注浆配合施工。支护长度66 m(26+760～26+826)。导管单根长度6 m，选用Φ48热轧无缝钢管、壁厚4 mm，内置Φ25钢筋。钢管沿开挖轮廓线布置，钢梁与小导管不设在同一榀工字钢上，间隔一榀，均以外插角3°～5 °打设。钢管内外注水泥浆，水灰比为1∶1、0.8∶1、0.6∶1，注浆压力0.2～0.5 MPa。

(2)施工组织方案。针对该特殊洞段小煤窑多，地下情况不明，有可能还有空洞导致垮塌，洞内部分已支护段出现变形的情况，该方案施工长度定为66 m，桩号26+760～26+826。

第一步安设钢支撑，工字钢采用25 b型号，间距0.5 m，直墙伸入底板下0.6 m，两脚用同级工字钢连接封闭。用Φ25钢筋连接固定相邻钢支撑，拱顶间距0.3 m，侧墙段间距0.4 m。锁脚锚杆长4 m，间距0.5 m。

第一榀工字钢上安设钢梁，仰角3°～5°，单根长度6 m，采用14 #工字钢作支撑架，用挖掘机锤头顶进，间距按0.5 m，每隔2 m一个循环。

第三榀工字钢开始打小导管，导管长度6 m，选用Φ48热轧无缝钢管、壁厚4 mm。钢导管沿开挖轮廓线布置，间距0.2 m，共30根。以外插角3°～5 °打设，在导管内置Φ25钢筋一根，每隔2 m一个循环。小导管施工完毕开始钢管内外注水泥浆，水灰比为1∶1，注浆压力0.2～0.5 MPa。基底高程以下开挖1.0 m，回填0.4 m碎石，上部浇筑0.6 m厚C20混凝土。

(3)施工机具﹑设备。布置1台钻机，型号为XY-2PC，钻头直径Φ75 mm，钻杆单根长为1.0 m，压浆机采用GJB3型压浆机一台，并配吸浆管、压浆管和一个搅拌桶，挖掘机一台。其中，吸浆管长度≥6 m，压浆管长度≥10 m，来保证移动距离要求。此外，还需砂轮式切割机、小台钻、电焊机等。

2.3.2 施工工艺

(1)钻孔施工。钻孔开孔位置宜在开挖边线外侧5～10 cm，钻孔间距为20 cm，钻孔角度按隧洞边线外插3°～5°。钻孔角度误差≤2°，孔深允许误差为±50 mm。要保证各钻孔相互平行，每个钻孔要圆而直。

由于小导管一般应用于围岩特别破碎的部位。所以，直径较小﹑长度较短的小导管可采用冲击式风动工具将杆体直接打入围岩。遇围岩时需要先钻孔，再插入小导管管，当成孔困难时可采用套管跟进法进行钻孔。①锚杆体制作。为了向孔内或直接向松散围岩插打方便，小导管前端制作成≤45 °的尖角。管壁钻孔，孔径6～8 mm，孔径沿管轴向100～150 mm，沿环向90 mm，呈梅花形分布。当需要在孔口处安装托板时，需将杆体外露端加工100～150 mm的管螺纹，以便拧紧螺帽固定托板。托板上应设置直径约12 mm的排气孔。导管钻孔作为注浆孔，钻孔梅花型布置，间距为0.3 m，钻孔直径为10～16 mm，尾端预留60 cm不钻孔，作为止浆段，前端加工成10 cm的尖端，管棚安装角度控制在3°～5°，钢管施工误差径向≤20 cm，沿相邻钢管方向≤10 cm。②锚杆布置。管式锚杆常用于隧洞超前支护，即超前小导管锚杆，一般仅在拱部设置，共需设29个，必要时也可在边墙局部设置。其布置应满足以下要求：钢梁与超前小导管棚在纵向两排的水平间距各为2.0 m/排，其布置图如图1所示。超前小导管锚杆的长度6.0 m，超前小导管锚杆和小管棚与钢架支撑联合使用时，布置于钢拱架上部，其外露端应支撑在钢拱架上，采用双层或三层超前支护，以增强其共同的支护作用，提高其对顶部围岩的承载能力。

图1 超前小导管配合工字钢施工

(2)管式锚杆注浆。为充分发挥管式锚杆的优越性，一般利用管式锚杆对围岩进行预注浆，固结围岩。预注浆施工可根据地质情况、设备能力、施工条件等参照要求进行：①注浆宜在围岩被喷混凝土覆盖之后进行。孔口处锚杆与孔壁之间的缝隙应封堵。注浆应采用专用的连接器和注浆机。注浆压力确定为0.2～0.5 MPa。②采用自上而下分段孔内循环式灌浆法。因灌浆部位空腔较大，为降低灌浆对隧洞顶拱的荷载压力，在灌浆时采用间歇式，即每孔灌注超过0.2 t水泥后暂停，跳到下一孔继续灌注。

(3)灌浆压力。灌浆孔分两个次序，I序孔为奇数位置，左右两边对称注浆。II序孔为偶数位。I序孔灌浆压力较低，控制在0.2 MPa，II序孔灌浆压力较高，控制在0.3～0.5 MPa。灌浆浆液采用普通硅酸盐水泥，水灰比采用1∶1、0.8∶1，衬注浆水灰比为0.6∶1。

(4)变浆标准。当某一比级浆液的注入量达到200 L以上或灌注时间已达到0.3 h，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，可变浓一级浆液。当吸浆量小于1 L/min时，持续灌注30 min，停止注浆。

(5)纵向施工。26+799～26+826变形较大，采用14#工字钢无间距进行加强，不再注浆，作为永性支护，二衬混凝土施工时不取消，支护方式与后26+799～26+760段相同。从26+799开始超前小导管施工，第一次注浆3 d后开始掘进，在小管棚支护下进行开挖，开挖采用双侧壁导坑(设计底以下1.0 m)进行施工，边墙基础先开挖成1.0 m宽，开挖长度控制在0.6～1.0 m以内。开挖完毕后，基础回填0.4 m厚碎石，立即采用工字钢架进行侧墙和拱顶支护，钢架间距为0.5 m/榀，用Ф25钢筋连接(每段连接长度以相邻两榀工字钢外沿为界)。上部拱架立好后，挖掉中间预留部分软基，深度和两侧墙一致，用块石回填填平至两块石面，采用同级工字钢将两侧墙工字钢脚焊接在一起，浇筑0.6 m厚C20混凝土封闭基础，如图2所示，然后进行挂Φ6.5钢筋@200的网，喷射10 cm厚C20混凝土施工。当沿隧道断面轮廓超挖较大时，部分位置采用C10砌石混凝土进行回填。施工中坚持“管超前，短开挖，弱爆破，早封闭，强支护”的原则。

图2 工字钢及基础施工剖面图

2.3.3 洞外施工

(1)征地。26+780～26+790地面塌陷，深度约2～9 m，面积50 m2，位置在坡面上，需削坡回填，共需征用土地420 m2。

(2)回填。该坑凼位于隧洞中段地面，由于交通不便，如果采用机械进行回填，需新征用进场便道，从降低成本考虑，采用人工回填。回填土石方工程数量为275 m3。

3 结 论

在进行隧洞施工时，首先应做好前期的地质勘测，避开软弱围岩，制定科学的加固施工方案，避免施工中出现塌方冒顶现象；其次，一旦在施工中发生塌方等事故，必须根据工程实际情况，制定合理的处理方案，通过支护、加固等措施最大限度地保护围岩和塌方体稳定，实现工程施工的顺利进行。

[1] 孙联伟. 通过隧道塌方冒顶段施工技术[J]. 隧道建设, 2009, 29(3):329-333.

[2] 刘俊生,王艺凝,常狄.长引水隧洞勘察的几点体会[J].东北水利水电,2015,33(1):53-54.

[3] 汪德云,袁鸿鹄,王芝银,等.松散地层浅埋水工隧洞现场监测试验研究[J].现代隧道技术,2011,48(6):94-98.

方 芳(1977-)，男，湖北天门人，高级工程师，主要从事工程监理方面的工作。E-mail:250294024@qq.com。

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