黄清明

(南平武沙高速公路有限责任公司，南平 353000)

0 前言

由于地质条件复杂、围岩差，设计阶段工期紧及受到其他条件限制， 无法做到对隧道地质围岩变化进行精确判断，再加上施工阶段对围岩扰动大、监控量测不及时、施工工艺及操作不恰当、初期支护未能及时跟上等成因，都极易造成隧道冒顶等病害发生。

1 隧道工程概况

南平联络线高速公路禾村隧道， 左、 右线间隔距离22～25m。隧道最大埋置深度约80m。隧道设计速度80km/h。隧道处于闽西南拗陷带东缘政和-大埔深大断裂带东侧，受区域性地质构造影响， 隧道区内有一条不规则断裂构造发育带及两条节理密集带。由于隧道进口段地形较陡，岩层产状255～2750∠280，进洞口与坡向一致，且受F02断层影响，出现岩体破碎，断层呈坡外倾斜趋势，整体稳定性差，隧道施工可能会造成山体的顺坡向滑动，对隧道进口的影响较大。 隧道结构形式主要按新奥法Ⅴ级围岩深埋设计，初期支护采用喷、锚、网、钢支撑支护，其中初期支护和C30 防水二次衬砌之间， 采用拱墙铺设防水板+无纺土工布的复合式衬砌。

2 现场坍塌经过

隧道左洞上断面开挖掘进至ZK1+849 进行掌子面施工作业时，掌子面岩隙及小导管内有浑浊水流出，且流量急剧增加，待全部人员从隧道撤出后不久，出现掌子面快速崩裂及其顶部坍塌， 大量涌水伴随着松散岩体涌至洞外(见图1、图2)。

3 冒顶成因分析

(1)本隧道在地理位置上处于闽西南拗陷带东缘政和-大埔深大断裂带东侧，受区域性地质构造影响，隧道区有一条不规则的断裂构造发育带及两条节理密集带。

(2) 进洞口段由于地形较陡， 岩层产状255～275∠280，进洞口与坡向一致，且受断层影响，岩体极破碎，断层倾向坡外，整体稳定性差。

图1 隧道塌方体

图2 地表塌陷

(3)电站发电水渠经过隧道洞顶，且离隧道洞顶最近位置不足4m。由于此段地理位置的地质常年受到水渠水渗透影响并积累，对隧道围岩腐蚀性较大，地表土质饱水量充足，形成自载重、自稳能力差，极易发生坍塌。

(4)施工过程中再加上开挖扰动、清理洞渣也会导致掌子面失稳。

4 冒顶段处理的重点、难点

该隧道上端围岩破损， 且具有遇水浸泡后物理力学性能呈急剧下降并逢水崩散、 软化且膨胀并带流动变形等特性；冒顶位置地势呈倾斜状，且地表水丰富；电站发电水渠经过隧道洞顶，且离隧道洞顶位置距离近；这些危险因素都使得拱顶支护困难。在临近周边施工的扰动下，可能造成隧道围岩及支护结构的二次塌方。

5 处理方案及施工注意事项

依据隧道冒顶成因，并与现场实际和规范相结合，提出了以下处理方案及施工注意事项：

(1)在洞顶塌坑的周围施作临时排水沟，距离塌坑位置5m 左右(可根据现场实际情况调整距离)，避免地表水流向塌腔继续渗入洞内(图3)。

图3 进口墙左洞塌方处理纵断面示意图

(2)洞内加固：首先，对掌子面进行回填，上台阶段落从掌子面拱顶位置按照1∶1.5 的坡率回填至上下台阶交界面，然后下台阶回填一个工作坡面(保证施工工作面)；其次，对回填体和塌方体立即进行封闭，放坡坡面回填先采用20cm 厚C20 喷射混凝土封闭塌方体表面， 并对洞内塌方体施做L=6mφ50mm 水平方向小导管、1.2m×1.2m呈梅花型布置注浆固结；先施作一排小导管，在今后的继续掘进过程中要求继续施作， 施作的每个循环间距搭接2m，直至塌方段落结束。 在第一排小导管施工完成并达到强度后， 在上下台阶交界位置5m 范围内垂直回填坡面向塌方体内进行注浆固结(注浆参数同水平方向小导管)，以保证可以承受冒顶塌坑回填的荷载；已经初支段落15m 范围(ZK1+835～ZK1+850 段落) 要求采用小导管(L=6m，φ50mm 小导管)进行径向加固，小导管采用间距0.8m×0.8m 梅花型布置，其加固区域为90°洞轴线左右范围。 施工中应特别注意在塌方体注浆的同时在掌子面上台阶底面左右两侧预留排水管，以保证排水顺畅，在后续的施工过程中， 排水管可利用三通接头连接至纵向排水管；同时，在洞内加固和地表回填未完成前，建议不要清理开挖台车和洞口位置的塌方体。 同时，左洞的中加岩柱加固要核查原先的施工情况，若做得不到位的情况下要重新进行补加固， 可以与径向小导管加固同时进行(图4)。

图4 洞内塌方体超前支护断面图

(3)地表回填：地表回填必需在洞内加固处理完成后方可进行，地表回填采用5%水泥稳定土；根据现场地势，在塌坑位置先行回填一个排水坡， 排水坡坡度为5%(大桩号至小桩号方向)，保证塌坑不积水；塌坑的回填要按照原地表回填至水渠顶部位置， 鉴于原地表自然坡面较陡，要求在回填起坡点位置(仰坡顶和塌坑靠近仰坡顶位置范围)打双排φ108mm 钢花管注浆锁口，两排钢花管距离1m，每根距离0.8m，垂直地表打入，入土深度按照距离拱顶2 米控制。 回填需采用小型夯实机具进行碾压密实，地表进行绿化。

(4)塌腔边坡的处理：在确保施工安全的情况下，可将塌腔边坡采用7cm 厚C20 喷射混凝土临时封闭；随着地表回填的进度， 要求在塌腔边坡顶部向下4m 范围内的坡面进行加固，采用φ22mm 普通砂浆锚杆，间距按梅花型1.2m×1.2m 布置，同时增设20cm×20cmφ8mm 钢筋网，然后再喷射8cm 厚的C20 喷射混凝土，要特别注意在锚喷的坡面范围内增设泄水孔，确保山体水可以排出；塌腔边坡的永久支护采用地梁锚索。

(5)洞顶水渠处理：在地表回填至水渠顶标高后，可着手进行水渠的恢复工作， 塌方段的水渠恢复采用钢筋混凝土水渠，外铺防水板；未塌落的水渠要求铺设防水板，要切实做好防水板的搭接以及防水板和原水渠连接时的封闭工作，确保水渠水不下渗。

(6)左洞继续掘进：只有上述5 点全部完成后方可继续掘进， 在准备继续掘进前要求对塌方体上端采用双排L=6m，φ50mm 小导管进行注浆加固， 小导管环向间距20cm，单数根外插角15°、双数根外插角50°，小导管铺助钢拱架的间距采用每2.5m 一个循环，小导管注浆范围为以拱顶为中心左右各施作90°， 双排小导管注浆的施作必需超过塌方段落， 同时与原状围岩搭接长度为5m；塌方段落和搭接5m 范围必需采用JZDK-1 支护型式(图5)，同时初支钢拱架间距采用0.5m，二衬混凝土标号由原设计C25 提高为C30；采用单侧壁上下台阶法

图5 JZDK-1 型复合支护型式设计图

开挖并按(CD 法)施作，要特别注意施工安全，严格要求短进尺、及时支护并尽早成环；同时要继续加强监控量测工作，加密其检测频率，尽量做到用准确的量测数据来指导现场施工。开挖时要特别注意预留好变形量，同时在掘进过程中若发现双排小导管施工辅助措施注浆效果不好，可在拱顶6m 范围内采用径向小导管注浆固结，小导管采用梅花型0.8m×0.8m 布置，长度为6m，径向小导管注浆范围以拱顶为中心左右各扩散90°进行施作(图6)。

图6 隧道左洞进口掌子面ZK1+850 冒顶处理方案示意图

(7)左洞洞口已经施工初支但未施工二衬的段落局部存在侵限，在施工二衬前要求施工方提供断面，侵限的部位若侵入二衬不多则局部加固， 若侵入二衬较多必需进行换拱处理。

(8)右洞的掘进按照原设计图纸，但要求切实做好中加岩柱加固、施工辅助措施、钢拱架的接头部位的焊接、螺栓连接及钢拱架的落底(采用上下台阶施工段落钢拱架必需采取措施确保落底以控制沉降)等工作；同时掌子面暂停施工时，必需做好施工辅助措施，必要时根据实际地质情况做好临时封闭和排水工作。

(9)现场对小导管注浆材料、压力及配合比的控制：为了保证水泥浆液扩散到土体中一定范围， 采用C30 细粒水泥浆作为注浆材料，注浆压力控制在2.0～3.5MPa。径向小导管注浆流程次序为：先拱墙，再拱部；小导管注浆结束标准： 压力逐步升高并达到设计终压后， 再继续注浆15min 以上，进浆量一般控制在20～30L/min 以内，实际注浆量由现场施工试验确定。

现场小导管注浆施作严格按照图7 流程图进行：

图7 小导管注浆施作流程图

6 洞内位移及受力监控技术

对拱顶、拱腰及拱脚位置进行重点监控，并根据隧道冒顶位置处理后的监控数据分析(图8)——隧道冒顶沉降位移及收敛值没有超过预留沉降量40cm 的警戒值；另外， 受处理塌方段的钢拱架的应力也没有超出强度极限值，这证明本文的处理方案是可行合理的，值得类似工程借鉴。

图8 拱顶、拱腰及拱脚位置监控数据分析图

7 小结

隧道冒顶是常见的工程事故，在处理冒顶过程中，不但需要考虑处理方案的可行性， 还要根据现场情况通盘考虑配套机械设备、班组人员技术能力、处理费用以及影响工期等因素。 从禾村隧道冒顶的处理结果得出下列体会：

(1)隧道施工时应加强地质调查及地质超前预报工作，尤其是在易塌方冒顶段应补打地质钻孔， 保证图纸地质的描述和现场情况相符合。

(2)隧道施工中在围岩破碎段要降低对围岩的扰动次数，减少爆破药量，严格控制进尺，在冒顶段的处理过程中要保证施工质量，尤其是洞内注浆固结，及初期钢架支护必须严控质量。

(3)施工作业应根据监控量测数据和现场情况，进行动态设计及时调整初期支护施工，并遵循“宁强勿弱”的加固措施，保证隧道作业安全。实践证明采用“洞外回填、洞内注浆”处理冒顶是可行的一种方法。