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摘要：介绍了宜毕高速公路威信至镇雄段林口上隧道塌方冒顶的处理方法，详细分析了塌方原因，结合实际情况采取了相应的处理措施。同时在塌方处理过程中和处理后对塌方段洞内及洞外均进行了监控量测。实践证明该隧道塌方处理方案是安全可靠的，为类似隧道塌方治理提供借鉴和参考。
关键词：林口上隧道；塌方冒顶；监控量测
1引言
近年来，随着我国高速公路交通建设事业的飞速发展，山岭隧道的建设规模也越来越大。在现场实际施工中，施工过程中突发的地质变化，如果所采取的技术措施不恰当，则极易发生塌方，某些地质不良地段，隧道塌方次数常常达到数次甚至上百次。由此可见，塌方在隧道施工中是一种经常面临的问题。为了避免隧道施工过程中出现塌方情况，除了在动工前做好地质勘探工作外，还必须在塌方发生时，快速恰当地采取相应措施，对塌方进行及时处理，避免因塌方造成巨大的工期和成本损失。本文作者结合实际的隧道塌方处理实例，详细介绍了隧道塌方事故发生后的具体处理措施，以供类似工程参考借鉴。
2工程概况
2.1水文地质概况
林口上隧道位于云南省镇雄县大湾镇境内，左线起讫桩号ZK57+915～ZK58+514,长599m;右线起讫桩号YK57+905～YK58+512,长607m，设计为双洞四车道公路隧道。采用暗挖法施工，复合式衬砌结构形式由初期支护和二次衬砌组成。在初期支护和二次衬砌之间设置防水层，隧道支护衬砌参数按工程类比法确定。隧道区属于溶蚀中低山地貌，地形起伏较大，沟谷及山间冲沟发育，地表植被茂盛，主要为灌木、松树和杂草，通视条件差。山势走向为北向南，沿隧道区内最高标高为1615米最低标高为1498米，相对高差117米。体覆盖层不连续发育，厚度不均，坡积物主要为残坡积成因的粘土、碎石土。最大埋深117米，埋深浅覆盖层薄等特点。
该隧道围岩主要围岩分级如图1为二迭系下统栖霞组（P1q）灰岩，岩溶发育，风化裂隙发育，岩质较坚硬为主，局部较软，发育的溶洞对隧道影响较大，根据调绘局部夹有薄层碳质页岩及薄层煤岩，厚度10—30cm对隧道围岩不利。围岩主要为灰岩各风化层，强风化层较薄或者缺失，风化裂隙发育埋深浅，岩体较易破碎，呈中厚层状构造，开挖时浅埋段存在较小的滴水、渗水现象。且岩体较破碎，暴露在空气中后易开裂、变散。岩层产状平缓，拱顶易坍落、脱层，且伴随偏压，左侧壁易顺层滑塌，地下水主要以基岩中的构造裂隙水，且受大气降水补给影响较大，围岩揭露后易出现掉块、塌方。
图1围岩分级表
2.2开挖、支护情况
a隧道塌方前开挖方法为机械开挖配合人工钻爆法，开挖方式为上中下台阶式。首先利用开挖台架，施作掏槽眼、辅助眼、和周边眼，其中掏槽眼参照普通钻爆法施作，辅助眼适当减少打孔数量，周边眼采用只打眼、不装药方式进行爆破。在出渣完成后再采用炮机破除局部欠挖岩石，满足开挖轮廓线后立即施作初期支护。
b临时支护又称支撑如图1，主要用于解决隧道施工安全问题，有木支撑、钢支撑、钢木混合支撑、锚杆支撑、钢筋混凝土支撑。本隧道临时支护采用钢拱架支撑。
图3隧道洞顶地表塌陷处图 4洞内塌陷处
3.2原因分析
塌方发生后，经四方代表详细的现场勘查分析论证，总结原因如下：
a地质条件。围岩级别为Ⅳ2级，支护等级为SF4b，隧道埋深约50米，主要以中风化灰岩，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩体破碎-较破碎，结构面结合程度一般，岩质较坚硬，岩溶发育，岩体自稳能力较差易顺层剥落，形成塌方；
b气候影响。塌方发生时，当地已连续降雨多日，雨水量充沛，隧道洞身范围内的地下水受地表降雨补给，超过饱和状态，使土石间的摩擦系数减小，轴向推力增大，加剧围岩松散变形，另外富水状态下的围岩额外承受更多的水压力；
c施工方法不当。现场开挖到Ⅳ2级围岩时，改用上下台阶法开挖，造成临空空间偏大，不利于掌子面稳定；
d超前支护不当。上台阶掘进中没有严格按照设计施作超前小导管，即没有对超前小导管进行有效注浆加固处理，仅有少数超前小导管有饱满浆液，而多数存在未饱满浆液、无浆现象，使得拱顶上方围岩不能通过注浆形成岩拱效应，从而无法承受外部岩层带来的径向压力；
e爆破震动影响。隧道下半断面为强、中风化岩石，需进行爆破开挖，引起的震动导致瞬间巨大的松动地压力，对围岩扰动较大，围岩原有自承力减小，增大了初期支护的荷载，使支护体系破坏。
4塌方处理方法
4.1应急处理
4.1.1地表应急处理
对地表塌陷区域进行警戒隔离，周边设置30×30cm排水通道，挖设临时截水沟，采用水泥砂浆封闭，从地势较低设置出口排出，起到拦截地表水防止其汇入塌坑内造成二次塌方作用；再在漏斗顶部搭设遮雨棚，遮雨棚四周应当超出冒顶漏斗周边1m～2m，有效防止下雨天雨水汇入塌陷漏斗区域；对受影响的房屋住户作临时安置处理，受损房屋纳入处置红线范围。
4.1.2洞内应急处理
a封闭掌子面。为防止塌方继续扩大，对ZK58+125塌方处坍渣表面采用C20喷射混凝土10cm进行封闭；
b洞内塌腔区域为掌子面左半幅，采用中管棚作超前支护，超前支护范围为以断面中轴线为界，左半幅拱架A单元圆心作弧，90°范围内，涵盖整个A单元，管棚为单层φ76×6mm，环向间距30cm中管棚单循环为9m，纵向搭接长度为3m，管棚范围内加密小导管作加强，具体工程数量根据塌腔实际围岩长度确定；初期支护钢拱架采用I20工字钢，工字钢间距为60cm，采用双小导管锁脚，径向锚杆采用φ25中空注浆锚杆L=300cm，间距100×60cm；二衬部分采用SF5a衬砌设计设置;
c二衬跳模施工。现场实际二衬施工到ZK58+125处，为保证安全，在施作临时护拱的同时，采取跳模施作二衬，在ZK58+125处行施作一模二衬，保证该处拱架不受塌方影响而发生二次变形，同时也起到稳定初支的作用，护拱、护拱段注浆和跳模二衬的及时施作，不仅对坍塌处周围尚未变形侵限初支起到一定的保护作用，而且为后续处理ZK58+125掌子面塌方处提供了一个相对安全和稳定的临时工作面。
4.2塌方冒顶处处理
a通道。由于塌方冒顶处于隧道出口端，由于该地势崎岖，交通不便，且受天气影响很大，下雨天无法通行，为保障风、水、电以及材料能顺利输送到该处，决定在ZK58+125掌子面右侧处从地表往洞室内打入一直径为90cm的铁管，作为风、水、电以及材料输送通道。
b支护。根据在现场塌方后裸露出来的土层情况分析为，塌方冒顶处左侧为淤泥质胶状土，呈黑色、黄色，强度极低，伴有裂隙水渗出，易顺地势滑塌。主要为中分化中风化灰岩，岩质较坚硬，岩体较破碎，节理裂隙较发育，溶蚀裂隙较发育，围岩自稳能力较差。地表最高处到隧道拱顶约25m。同时拟定冒顶漏斗处边坡防护方案如下：先用挖机将冒顶漏斗处回填部分岩土，提供给机械以及人员能有操作平台方可，接下来按1:1刷第二级边坡，第二级边坡高度12m，坡面采用Φ42×4mm钢花管，长度4m,间距1m×1m垂直于坡面打入作为边坡锚杆，锚杆外露20cm，再挂设Φ6.5钢筋网片（网格间距20cm×20cm），在二级坡坡脚处沿冒顶漏斗环向打入I20b工字钢，每根长6.5m，环向间距50cm～70cm，露头20cm，相邻锚杆间采用Φ20螺纹钢沿坡面焊接连接，锚杆与工字钢采用Φ20螺纹钢对焊牢固，喷射C20混凝土15cm，第二级坡防护完成。在第二级坡与第一级坡之间留2.5m宽平台，再往下继续刷第一级坡，刷坡高度控制在9m，支护形式类似于第二级坡，同样采用Φ42×4mm钢花管做锚杆，Φ6.5钢筋网片（网格间距20cm×20cm）铺设，坡脚环向打入I20b工字钢，复喷C20喷射混凝土不低于10cm。
c注浆。边坡第一级坡底到隧道拱顶约剩余4m。挖机整平场地后，采用Φ108×6mm钢管，每根长3m，环向打设注浆孔，由塌方漏斗地表处向下打入，间距1m×1m，露头约1m，地表塌方漏斗处采用Φ108×6mm钢管、Φ76×4mm钢管纵向和横向搭设成网格状，网格间距1m×1m，横纵交叉处与往洞内打设的Φ108注浆管焊接牢固。通过之前预留的临时通道接通泵管，从洞内泵送C25砼到冒顶漏斗处，C25盖顶混凝土厚度为1m通过之前预留的Φ108×6mm注浆管，由地表往洞室内注浆，以达到板结ZK58+125掌子面坍塌体的目的，注浆压力控制在1～2MPa之间，采取分阶段性注浆，注浆到洞内掌子面周围有水泥浆液渗出时停止注浆，待浆液凝固后，再进行二次注浆，同样以洞室内掌子面周围有水泥浆液渗出为停止信号。如此反复4～5次，注浆终止。
4.3冒顶塌方处洞内处理
a出渣。待注浆完成3天后，开始洞内出渣，洞内出渣严格按照三台阶进行，首先用机械清理出掌子面两侧土石，中间预留核心土，预留的核心土可以对里面的掌子面起到一定反压作用，同时也可以防止洞内临空面过大，造成二次冒顶。清理出施工空间，随后对塌方段上方喷C20喷射混凝土4cm，其主要作用是暂时稳定围岩，为后续立架提供相对安全的操作空间。洞内拱架严格按照纵向间距60cm安设，且拱脚断面在设计基础上向外放大15cm，另外注意加强纵向连接以及锁脚锚杆的施工，保证整体稳定性。
b监控量测。在洞内新立的钢拱架范围段，增加密度沉降观测点为纵距2m埋设一断面，利用沉降观测值中的拱顶沉降和水平收敛位移值来反应上方围岩变化情况，从而更好指导施工，动态处理。
4.4后续处理
塌方段处理过后，尽快施作塌方段中导、下导、仰拱，使其支护拱架闭合成环，并在仰拱施作完成后，及时铺设防水层，浇筑二衬。因为本次塌方属于隧道冒顶，存在较大安全隐患，结合现场塌坑土质情况以及岩移发展规律，本次冒顶塌方采用回填土方式治理凹坑，回填材料就近采用原状土，二衬浇筑完并且达到设计强度85%后进行回填。为了保证塌方处理的安全进行，成立专门的监控量测租加强监控量测工作，除对地表进行监控量测及时反馈信息外，重点对洞内进行了内净空收敛位移量测，对塌方区及影响段，加密测点，进行拱顶
下沉、周边位移收敛量测，频率2次/d，记录并及时做好数据分析，指导施工。从塌方后至处理结束，地表未出现裂缝扩大，地表沉降量最大值15mm，远小于设计允许沉降量。
结束语
a塌方处理后一段时间，对塌方段进行了跟踪监控量测，塌方段处理后没有发生任何变形、下沉、开裂等现象，说明处理是合理安全有效的。
b开挖要遵循“超前支护、短进尺、弱爆破、勤量测、强支护”的原则。
c施工中,应将超前支护与锚喷支护紧密结合,超前长管棚、短管棚均应与型钢钢架联接成整体,才能发挥更好地联合支护作用。
d施工单位应严格按照设计措施施工，吝于投入的后果往往是灾难性的。对于公路隧道，浅埋一般处于隧道进洞和出洞端，洞口段围岩一般都是低等级围岩，并且风化严重，岩体破碎，所以在施工过程中，必须严格按照施工方案要求，不能盲目的追求进度，严格按照规范和要求，加强预注浆，提高围岩等级，减少隧道塌方事故发生，但是隧道塌方冒顶每次都具有不同的特点，应当灵活运用，根据具体情况对比选择适当可行的处理方法。
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论文作者:杨昌云
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：隧道论文; 围岩论文; 地表论文; 洞内论文; 注浆论文; 间距论文; 漏斗论文; 《防护工程》2019年第3期论文;