隧道塌方冒頂處理措施及主要施工方法

鄔文鵬

【摘 要】在隧道施工過(guò)程中，通常塌方發(fā)生之前都會(huì)產(chǎn)生一些不良跡象，圍巖發(fā)生變化或出現(xiàn)水等，對(duì)這一現(xiàn)象有效控制的方法是超前控制或嚴(yán)控圍巖變化情況，進(jìn)一步結(jié)合真實(shí)情況選擇合理手段有效保證塌方區(qū)域安全。本文結(jié)合隧道塌方冒頂發(fā)生機(jī)理，采取科學(xué)手段，從而保證隧道施工安全。

【關(guān)鍵詞】隧道施工；塌方冒頂；處理

近些年來(lái)，隨著大規(guī)模建設(shè)鐵路、公路項(xiàng)目，隧道施工也更加普遍，由于很多因素造成的約束，一般隧道勘探工作無(wú)法大面積實(shí)施，造成有關(guān)人員不能了解隧道施工附近的情況，施工過(guò)程中發(fā)生的地質(zhì)狀況與設(shè)計(jì)情況不相符，加之不能采取恰當(dāng)?shù)氖┕し椒?，無(wú)形中增加了發(fā)生塌方的概率。一旦產(chǎn)生塌方，必定增加施工難度，影響施工時(shí)間甚至產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)損失。隧道塌方現(xiàn)象無(wú)法回避，除了強(qiáng)化預(yù)防之外，還必須采取合理的處置手段。

一、隧道情況

項(xiàng)目隧址位于貴州卡斯特地貌巖溶中等發(fā)育區(qū)，隧道出口段為土層淺埋區(qū)。隧道線路橫切畢節(jié)向斜軸線，隧道主要圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)及Ⅴ級(jí)圍巖，設(shè)南北兩線，隧道北線長(zhǎng)1830米，南線長(zhǎng)1841.1米，隧道最大埋深205米。隧道襯砌內(nèi)輪廓凈空面積為119m2，屬于特大斷面隧道。隧道單洞凈寬15m，設(shè)三車(chē)道。設(shè)置西高東低的單向坡，坡率為0.61%。

二、施工狀況與原因

（一）施工狀況

在隧道進(jìn)口北線掘進(jìn)445m（NK0+935）的位置，揭露有充填介質(zhì)的溶洞[1]，隨后發(fā)生冒頂坍塌，突泥體為淤泥質(zhì)填充物。洞頂塌陷區(qū)呈漏斗形，直徑50m，塌陷深度25m，洞內(nèi)突泥70m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，此段圍巖為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組中風(fēng)化白云巖，白云巖呈灰白色～灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層～薄層狀構(gòu)造，完整性指數(shù)KV=0.62，整體較完整，局部較破碎，BQ=315.0，圍巖分級(jí)為Ⅳ2。溶洞內(nèi)涌出的溶洞土呈流塑狀態(tài)，夾少量碎、塊石。

（二）原因分析

第一，地質(zhì)原因。塌陷處覆蓋層厚56m，溶腔四周地層現(xiàn)狀揭露地表以下10m～20m為紅黏土，20m以下為強(qiáng)風(fēng)化巖土或巖溶填充物，內(nèi)摩擦角小，自穩(wěn)性差。

第二，天氣原因。冒頂坍塌前，連續(xù)下了幾天雨，經(jīng)雨水滲透后，土壤黏聚力急劇降低，導(dǎo)致冒頂坍塌。

第三，施工原因。在控制隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量方面缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，不能及時(shí)跟進(jìn)二襯施工，造成初期支護(hù)在臨界狀態(tài)時(shí)無(wú)法承重[2]。隧道進(jìn)口南線掘進(jìn)爆破所產(chǎn)生的振動(dòng)波，也是導(dǎo)致冒頂坍塌的重要原因。

三、處理措施

隧道發(fā)生塌方后，由設(shè)計(jì)單位出具處置方案，并經(jīng)專(zhuān)家論證后由施工單位組織實(shí)施。處置措施如下：

（一）清除洞內(nèi)突泥體

考慮到塌陷區(qū)埋深較深，豎向壓力較大，為防止清淤過(guò)程中再次發(fā)生坍塌，對(duì)洞內(nèi)突泥體采取先注漿加固，再清除的方式，且只清除靠近突泥口一側(cè)的突泥體，逐步接近掌子面的突泥口。在距掌子面12m（NK0+923）位置，對(duì)突泥體進(jìn)行全斷面注漿加固，加固方式為深孔ф50*4mm鋼花管（長(zhǎng)12m，間距1.0m*1.0m）凈漿注漿加固N(yùn)K0+923～NK0+935段突泥體。

（二）超前大管棚支護(hù)

在NK0+923位置設(shè)置2榀臨時(shí)鋼拱架，打設(shè)長(zhǎng)30m，Φ108-6mm大管棚，按縱向間距每3m一環(huán)，每環(huán)41根，共打設(shè)7環(huán)，并對(duì)管棚進(jìn)行注漿。在管棚的支護(hù)下按每循環(huán)1m進(jìn)行掘進(jìn)。直至順利通過(guò)突泥口，至NK0+941位置。

（三）加強(qiáng)初支等級(jí)

自NK0+935起至NK0+960，按Ⅴa支護(hù)襯砌類(lèi)型進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。

（四）拆換侵限變形鋼架

換拱操作之前通過(guò)仰拱以上徑向注漿整體斷面，選擇熱軋無(wú)縫鋼管作為注漿管，保持3.5m長(zhǎng)度，加固注漿結(jié)束以后對(duì)侵限鋼架有效更換，達(dá)到支護(hù)封閉成環(huán)的目標(biāo)。

（五）加固溶腔內(nèi)填充體

進(jìn)入巖溶范圍后，于管棚上方和側(cè)向深孔ф50*4mm鋼花管（長(zhǎng)15m，間距1.0m*1.0m）1：1～1：0.5水泥凈漿1.0MPa～2.0MPa壓力注漿加固溶腔內(nèi)填充體.

（六）洞頂塌陷區(qū)回填

在洞內(nèi)處置完成且二襯澆筑完畢后，對(duì)洞頂塌陷區(qū)進(jìn)行回填。

1.逐層回填（第1～5層每層厚80～100㎝松鋪且輕型機(jī)械輕壓）壓實(shí)（壓實(shí)度控制在85%左右）陷坑至低于地面1.5m?；靥顓^(qū)地面以下1.5m范圍每50㎝設(shè)置一層土工格柵和10㎜厚PVC防水板。于壓實(shí)地面澆筑C20砼厚150㎝（配防裂雙向筋）作為地表深孔注漿止?jié){層和防沉降結(jié)構(gòu)層。進(jìn)行深30m地表ф110孔ф50*4mm鋼花管（長(zhǎng)15m，間距1.0m*1.0m）注漿加固坍陷區(qū)及其邊緣線外各10m范圍。注漿加固完成后，于地表坍陷區(qū)及其四周各5m范圍敷設(shè)120㎝厚耕植土，恢復(fù)耕地或按設(shè)計(jì)要求種植喬或權(quán)木或綠化。

四、防塌措施

（一）全面了解新奧法施工

這一方法就是采取巖體力學(xué)的基本理論，對(duì)圍巖自身承載能力有效維護(hù)與應(yīng)用，憑借合理的錨、噴支護(hù)手段或者是聯(lián)合應(yīng)用支護(hù)措施，對(duì)圍巖松弛變形問(wèn)題有效掌控，在支護(hù)系統(tǒng)中有效引入圍巖內(nèi)部，并通過(guò)測(cè)量圍巖與支護(hù)，對(duì)隧道施工有效控制。

（二）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

通過(guò)這項(xiàng)工作，對(duì)異常情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)，為選擇準(zhǔn)確開(kāi)挖斷面、設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)與改進(jìn)施工計(jì)劃提供參考，以及對(duì)隧道涌水、突氣等問(wèn)題有效預(yù)防，最大程度避免產(chǎn)生災(zāi)害性事故。

（三）加強(qiáng)施工監(jiān)控

監(jiān)控量測(cè)不僅可以全面了解拱頂下沉、圍巖內(nèi)部變形、鋼支撐受力、支護(hù)等情況，對(duì)工藝操作性嚴(yán)格評(píng)斷，獲得科學(xué)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，提出有效的施工方法。

（四）后續(xù)施工防塌控制

第一，結(jié)合不同地質(zhì)特點(diǎn)選擇開(kāi)挖方法，利用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層的超前支護(hù)手段，根據(jù)巖層不同特點(diǎn)與地下水狀況合理選擇注漿材料，一般需要水泥漿、水泥和水玻璃雙漿液，對(duì)周邊圍巖注漿加固，提升自身承載能力，有效減少圍巖松弛情況。

第二，分臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，支護(hù)需要進(jìn)行閉合成環(huán)，應(yīng)認(rèn)真處理每一環(huán)支護(hù)鎖腳錨桿施工，利用超前支護(hù)方法加固軟弱圍巖，避免拱腳產(chǎn)生下沉與移動(dòng)，若發(fā)生較大變形容易造成拱部巖層坍落。

第三，對(duì)開(kāi)挖流程嚴(yán)格控制，特別是開(kāi)挖進(jìn)尺，禁止發(fā)生違規(guī)操作問(wèn)題[4]。對(duì)爆破裝藥量嚴(yán)格掌控，減輕干擾軟弱破碎圍巖。

第四，南北線施工錯(cuò)開(kāi)一段距離，防止爆破是相互擾動(dòng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

在巖溶較發(fā)育區(qū)域進(jìn)行隧道施工，發(fā)生冒頂坍塌風(fēng)險(xiǎn)較大，需加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)施工監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)存在巖溶時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行超前鉆探，探明巖溶范圍并采取有效的開(kāi)挖支付方式。避免冒頂坍塌后對(duì)項(xiàng)目工期、造價(jià)和安全等造成的一系列問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】

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