隧道塌方冒顶处理措施及主要施工方法

2019-06-01邬文鹏

智富时代 2019年4期

邬文鹏

【摘要】在隧道施工过程中，通常塌方发生之前都会产生一些不良迹象，围岩发生变化或出现水等，对这一现象有效控制的方法是超前控制或严控围岩变化情况，进一步结合真实情况选择合理手段有效保证塌方区域安全。本文结合隧道塌方冒顶发生机理，采取科学手段，从而保证隧道施工安全。

【关键词】隧道施工；塌方冒顶；处理

近些年来，随着大规模建设铁路、公路项目，隧道施工也更加普遍，由于很多因素造成的约束，一般隧道勘探工作无法大面积实施，造成有关人员不能了解隧道施工附近的情况，施工过程中发生的地质状况与设计情况不相符，加之不能采取恰当的施工方法，无形中增加了发生塌方的概率。一旦产生塌方，必定增加施工难度，影响施工时间甚至产生额外的经济损失。隧道塌方现象无法回避，除了强化预防之外，还必须采取合理的处置手段。

一、隧道情况

项目隧址位于贵州卡斯特地貌岩溶中等发育区，隧道出口段为土层浅埋区。隧道线路横切毕节向斜轴线，隧道主要围岩等级为Ⅳ级及Ⅴ级围岩，设南北两线，隧道北线长1830米，南线长1841.1米，隧道最大埋深205米。隧道衬砌内轮廓净空面积为119m2，属于特大断面隧道。隧道单洞净宽15m，设三车道。设置西高东低的单向坡，坡率为0.61%。

二、施工状况与原因

（一）施工状况

在隧道進口北线掘进445m（NK0+935）的位置，揭露有充填介质的溶洞[1]，随后发生冒顶坍塌，突泥体为淤泥质填充物。洞顶塌陷区呈漏斗形，直径50m，塌陷深度25m，洞内突泥70m。经现场踏勘，此段围岩为三叠系中统关岭组中风化白云岩，白云岩呈灰白色～灰黑色，隐晶质结构，中厚层～薄层状构造，完整性指数KV=0.62，整体较完整，局部较破碎，BQ=315.0，围岩分级为Ⅳ2。溶洞内涌出的溶洞土呈流塑状态，夹少量碎、块石。

（二）原因分析

第一，地质原因。塌陷处覆盖层厚56m，溶腔四周地层现状揭露地表以下10m～20m为红黏土，20m以下为强风化岩土或岩溶填充物，内摩擦角小，自稳性差。

第二，天气原因。冒顶坍塌前，连续下了几天雨，经雨水渗透后，土壤黏聚力急剧降低，导致冒顶坍塌。

第三，施工原因。在控制隧道初期支护施工质量方面缺乏严谨性，不能及时跟进二衬施工，造成初期支护在临界状态时无法承重[2]。隧道进口南线掘进爆破所产生的振动波，也是导致冒顶坍塌的重要原因。

三、处理措施

隧道发生塌方后，由设计单位出具处置方案，并经专家论证后由施工单位组织实施。处置措施如下：

（一）清除洞内突泥体

考虑到塌陷区埋深较深，竖向压力较大，为防止清淤过程中再次发生坍塌，对洞内突泥体采取先注浆加固，再清除的方式，且只清除靠近突泥口一侧的突泥体，逐步接近掌子面的突泥口。在距掌子面12m（NK0+923）位置，对突泥体进行全断面注浆加固，加固方式为深孔ф50*4mm钢花管（长12m，间距1.0m*1.0m）净浆注浆加固NK0+923～NK0+935段突泥体。

（二）超前大管棚支护

在NK0+923位置设置2榀临时钢拱架，打设长30m，Φ108-6mm大管棚，按纵向间距每3m一环，每环41根，共打设7环，并对管棚进行注浆。在管棚的支护下按每循环1m进行掘进。直至顺利通过突泥口，至NK0+941位置。

（三）加强初支等级

自NK0+935起至NK0+960，按Ⅴa支护衬砌类型进行开挖支护。

（四）拆换侵限变形钢架

换拱操作之前通过仰拱以上径向注浆整体断面，选择热轧无缝钢管作为注浆管，保持3.5m长度，加固注浆结束以后对侵限钢架有效更换，达到支护封闭成环的目标。

（五）加固溶腔内填充体

进入岩溶范围后，于管棚上方和侧向深孔ф50*4mm钢花管（长15m，间距1.0m*1.0m）1：1～1：0.5水泥净浆1.0MPa～2.0MPa压力注浆加固溶腔内填充体.

（六）洞顶塌陷区回填

在洞内处置完成且二衬浇筑完毕后，对洞顶塌陷区进行回填。

1.逐层回填（第1～5层每层厚80～100㎝松铺且轻型机械轻压）压实（压实度控制在85%左右）陷坑至低于地面1.5m。回填区地面以下1.5m范围每50㎝设置一层土工格栅和10㎜厚PVC防水板。于压实地面浇筑C20砼厚150㎝（配防裂双向筋）作为地表深孔注浆止浆层和防沉降结构层。进行深30m地表ф110孔ф50*4mm钢花管（长15m，间距1.0m*1.0m）注浆加固坍陷区及其边缘线外各10m范围。注浆加固完成后，于地表坍陷区及其四周各5m范围敷设120㎝厚耕植土，恢复耕地或按设计要求种植乔或權木或绿化。

四、防塌措施

（一）全面了解新奥法施工

这一方法就是采取岩体力学的基本理论，对围岩自身承载能力有效维护与应用，凭借合理的锚、喷支护手段或者是联合应用支护措施，对围岩松弛变形问题有效掌控，在支护系统中有效引入围岩内部，并通过测量围岩与支护，对隧道施工有效控制。

（二）做好超前地质预报

通过这项工作，对异常情况及时发现，为选择准确开挖断面、设计支护参数与改进施工计划提供参考，以及对隧道涌水、突气等问题有效预防，最大程度避免产生灾害性事故。

（三）加强施工监控

监控量测不仅可以全面了解拱顶下沉、围岩内部变形、钢支撑受力、支护等情况，对工艺操作性严格评断，获得科学的设计数据，提出有效的施工方法。

（四）后续施工防塌控制

第一，结合不同地质特点选择开挖方法，利用超前小导管预注浆加固地层的超前支护手段，根据岩层不同特点与地下水状况合理选择注浆材料，一般需要水泥浆、水泥和水玻璃双浆液，对周边围岩注浆加固，提升自身承载能力，有效减少围岩松弛情况。

第二，分台阶开挖时，支护需要进行闭合成环，应认真处理每一环支护锁脚锚杆施工，利用超前支护方法加固软弱围岩，避免拱脚产生下沉与移动，若发生较大变形容易造成拱部岩层坍落。

第三，对开挖流程严格控制，特别是开挖进尺，禁止发生违规操作问题[4]。对爆破装药量严格掌控，减轻干扰软弱破碎围岩。

第四，南北线施工错开一段距离，防止爆破是相互扰动。