某公路隧道塌方冒顶处理分析

罗钊

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

公路隧道塌方冒顶是公路隧道施工过程中比较常见的现象。公路隧道在建设施工过程中，塌方冒顶主要是由于地理地质和气候水文条件差、施工组织管理不善、施工方法不当、支护不及时、衬砌未及时跟进等因素影响；隧道施工发生塌方冒顶现象会对洞内作业人员生命安全、财产、工程造价、工期等造成损失；如何预防和处理公路隧道塌方冒顶是公路隧道施工的一项重点[1]。

1 工程概况

某公路隧道建筑限界净宽为10.25m，净高5m。起讫桩号为右洞YK13+730～YK14+055，长325m，V级围岩208m，占右洞总长的64%；左洞ZK13+735～ZK14+085，长350m，V 级围岩218m，占左洞总长的62%；左右洞平均长337.5m，属短隧道，采用分离式双洞布置。隧道进洞口和出洞口成洞面洞顶覆盖层厚度为2.52～3.86m。

2 隧道塌方冒顶现场情况

施工顺序由进口往出口方向施工，当隧道左洞施工至掌子面ZK14+013，在桩号ZK13+997～ZK14+005段落初支形成裂缝，ZK14+005～ZK14+013 段落产生塌方冒顶现象，施工过程中所施作的超前小导管和四榀钢支撑被岩层挤压变形（见图1），地表位置发现直径约3.5m、深度5m 近似圆形漏斗状坑洞（见图2）。

图1 塌方冒顶段落小导管和钢支撑变形

图2 塌方冒顶处地表坑洞

3 隧道塌方冒顶原因分析

隧道左洞ZK13+970～ZK14+030 段设计围岩为V级，洞顶位于中风化-强风化凝灰熔岩与自稳性极差的砂性堆积土交界处；洞顶靠塌方一侧存在山体偏压，靠山陡坡一侧地质为中风化-强风化凝灰熔岩，另外一侧为果园开垦地，地质为自稳性极差的砂性堆积土。现场开挖施工时，未按照设计图纸的“中隔壁”法进行开挖和支护，改变了施工方法，采用上下台阶法施工，开挖进尺为1.5m 左右，未施作中隔壁和横向临时仰拱，从而导致ZK14+005～ZK14+013 段发生塌方冒顶现象。

4 隧道塌方冒顶处理

隧道塌方冒顶处理的总体思路为先加固后处理，先护后挖，确保施工安全。在确保隧道塌方冒顶现场不危害施工人员生命安全的前提下，利用塌方后塌方段落处于临时稳定状态的这个时间段，将ZK14+005～ZK14+013 之间的洞内空间全部回填，并封闭后进行地表回填，并以ZK14+005 为新的掌子面重新掘进。

具体的操作步骤为：暂停施工—塌方段洞内回填—封闭掌子面—完善地表防排水系统—塌方体加固—塌方影响区初支加固、二衬加强—地表塌坑回填—施作超前支护固结塌方体和周边围岩—超前导管辅助、“CD法”掘进、初支和二衬加强[2]。

4.1 具体的处理方法

4.1.1 封闭掌子面，完善地表防排水系统

立即停止施工，先对洞内塌方段空洞进行土体反压回填密实，接着采用20cm 厚C20 喷射混凝土封闭掌子面；地表塌坑位置（左右洞）及周边一定范围内用防水材料覆盖，并在其四周搭设防雨棚，做好截水沟，完善整体防排水系统，以预防雨水和地表水进入塌坑体；地表裂缝注入水泥浆封闭，防止雨水渗入影响洞身稳定。

4.1.2 塌方体加固

对洞内塌方体水平方向施作长度为5m、φ50mm的小导管，1.2m×1.2m 呈梅花形布置，并注浆固结；在地表塌坑回填前先施工一组小导管，在后续掘进过程中再继续施作小导管，小导管每一循环搭接长度为2m，此施工直至塌方段落结束。在第一组小导管施工完成并注浆达到强度后，对新的掌子面用砂袋回填反压紧密，确保可以承受冒顶塌坑回填荷载的影响。

4.1.3 塌方影响区初支加固、二衬加强

已经施工初支段13m 范围（ZK13+992～ZK14+005 段落）塌方影响区必须进行加固处理，采用梅花形间距1.0m×1.0m 的φ50 小导管（L=5m）斜角40o，洞顶左侧60o、右侧90o进行注浆加固，必要时待工作面可开展后进行径向小导管补浆。本段落要求严格按照设计施工临时仰拱和初支仰拱，二衬要求加强设计，采用C40 防水混凝土，厚度按照原设计（根据实测，本段落洞内未侵限，并已经按照原设计断面进行开挖），主筋直径采用φ28，间距加密为10cm。

4.1.4 地表塌坑回填

在上述第1、2、3 点施工结束后，对地表塌坑进行回填处理。首先，清除塌坑内的杂草、树木等杂物；其次，在塌坑内回填土至原地面，回填材料采用5%的水泥稳定土，回填土施工过程中要采用小型夯实设备进行分层碾压夯实，回填后的地表要按照隧道明洞回填相关要求进行处理；最后，施工50cm 厚的胶泥防渗层，完成后再进行绿化施工处理，整个处理过程中尤其要注意塌坑的整体防水。

4.1.5 施工超前支护固结塌方体和周边围岩

上述措施施工完毕并达到设计强度后，沿渣堆顶部初支露出的轮廓线，在桩号为ZK13+003 处，施作长度为15m、φ89mm、外插角为10o、环向间距为40cm 的中管棚，并在纵向每两根中管棚中间打入长度为6m、φ50mm、外插角为60o的小导管，小导管纵向间距为60cm（见图3、4），并对中管棚和小导管进行注浆，固结塌方体和周边围岩，注浆压力在0.5～1.5MPa，此措施至关重要，施工时应认真执行。

图3 隧道塌方冒顶段超前支护构造图

图4 隧道塌方冒顶段超前支护构造图

4.1.6 超前导管辅助，“CD 法”掘进，初支和二衬加强

在上述第5 点达到强度后方可继续掘进，要求采用原设计的单侧壁上下台阶法开挖（CD 法），开挖的过程中要同时施工第2 点，掘进要短进尺，并及时进行初期支护封闭成环，从桩号ZK13+005～ZK14+023段落初支和二衬要求严格按照以下方案进行施作，初支厚度为28cm，采用双层钢筋网，工字钢要求采用工20b型钢支撑，间距为0.5m，工字钢截断及接头位置均需采用双根φ50 小导管锁脚，角度45o，长度不小于3.5m；二衬采用C40 防水混凝土，厚度55cm、主筋直径φ28cm、间距10cm。开挖时要求注意按照原设计Ⅴ级围岩留好预留变形量。同时视超前小导管注浆效果对塌方段落采用径向小导管注浆，塌方段及影响段结束后超前支护措施恢复原设计(见图5）。

图5 隧道开挖、支护顺序图

4.1.7 径向小导管注浆顺序

注浆时先拱墙，后拱部，并采取隔孔注浆方式。

4.1.8 小导管注浆要求

（1）注浆压力应逐渐升高，达到设计终压后要继续稳压注浆15min 以上。

（2）注浆量一般控制在20～30L/min 以下，实际注浆量可根据现场情况确定。

4.1.9 后续施工时，若掌子面无自稳能力，应封闭后再进行后续支护工作。

4.2 塌方冒顶处理过程中的施工监测

4.2.1 地表冒顶位置外轮廓线前15m、后15m、外侧15m、内侧与右洞联合进行地表位移监测并进行加密，每2m 一道，监测频率不少于3 次/天，其他段落地表按设计进行监测；对掌子面和已经施工的初支要加强观测，若掌子面出现滑移、初支开裂及钢拱架出现变形时应立即停止施工，封闭掌子面，马上上报以便及时处理[3]。

4.2.2 超前地质预报测绘出掌子面前后坍塌的范围、大小、深度等；并根据现场绘出地表冒顶范围、塌坑深度、塌坑周边裂缝分布等。

4.2.3 若塌方冒顶段施作完毕后，监控显示塌方周边范围存在空腔或不密实情况，应及时做好回填或注浆工作。

4.3 施工注意事项

4.3.1 处理方法必须技术交底到施工班组，并严格执行。

4.3.2 塌方冒顶处理前，应对作业人员开展具有针对性的安全教育、安全技术交底、班前教育等；督促作业人员佩戴好安全帽、安全带、安全绳等劳保用品。

4.3.3 现场塌方冒顶处理时，必须做好工序检验和旁站，严格按照制定的处理方法组织施工。

4.3.4 隧道施工过程中，应严格做好逃生管的设置工作，逃生管直径不小于800mm，壁厚不小于10mm，逃生管应从掌子面设置至二衬位置，同时需向已经施作二衬段落延伸6m，严禁在安全设施不到位的情况下施工作业。

5 处理成果

该隧道塌方冒顶在经过上述方法处理后，塌方冒顶段及影响区初支外观未见钢支撑异常弯曲、错位，未见初支混凝土裂缝、掉块、变形等；塌方冒顶段及影响区初支监控量测点变化已稳定（见图6、7），地表沉降观测点变形已稳定，沉降量和收敛值符合规范及设计要求。塌方冒顶段及影响区初支和二衬实体质量经检测合格。

图6 塌方冒顶段及影响区初支监控量测点

图7 塌方周边收敛变化

6 隧道塌方冒顶的预防措施

隧道开挖过程中，若出现实际地质情况、围岩等级与设计不符，要及时上报，制定出合适的开挖方法和支护方式，以适合实际围岩施工，确保施工作业安全。

隧道开挖要根据不同的围岩等级设计出对应的钻爆方案，现场开挖要灵活应用；严格按照钻爆设计参数进行放样、钻孔、装药、爆破，不得随意调整钻爆设计参数；爆破工必须经过培训合格和技术交底后才能上岗操作，避免人为的因素造成隧道发生塌方冒顶现象。

要强化隧道施工过程的组织管理，每道工序要有序跟进，工序间要做好相互衔接，并严格按照施工组织设计施工，同时要严格遵循“管超前、短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、勤量测、紧衬砌”的施工原则。

要强化隧道开挖面、未衬砌作业面围岩变化情况的检查和监测工作，若有塌方、冒顶征兆出现，要及时加强支护处理，并有应急处理措施；对已支护地段也要经常检查是否有出现变形或异样，例如喷射混凝土外观有无开裂或掉落、钢支撑变形等；一旦发现要立即采取补救措施，采取适当的方法进行加固处理[4]。

7 结语

综上所述，该隧道塌方冒顶在经过上述方法处理后，初支和二衬未侵限，隧道洞身结构稳定。该隧道实体质量经检测合格，已交工通车运营，此处理方法的可行性得到验证，可借鉴。

公路隧道施工过程中，要想科学合理地减少隧道塌方冒顶现象发生，应当对隧道实际地质围岩进行详细勘探，施工过程中应用超前地质探测手段和施工过程监控量测手段来指导和管理施工；施工中若发现设计围岩与实际围岩有出入，应会同参建各方做好围岩动态变更管理，选择合理的施工方法，严格按照设计图纸和规范要求组织施工，并强化施工过程管控，有效地预防隧道发生塌方冒顶现象。在隧道发生塌方冒顶现象时，应及时组织现场人员和机械设备撤离，会同参建各方相关人员查看现场，共同制定合理的处理方案，严格按照方案组织施工，确保作业人员生命安全，并将塌方冒顶的损害减少到最小。