葛宏亮1 尹海龙2
华杰工程咨询有限公司 北京市 100029
摘要：较大埋深段隧道的塌方冒顶处治困难、周期长，不仅造成巨大的财产损失，而且成为整个项目控制性工程。本文以黄地沟隧道60m埋深段发生的塌方冒顶为例，全面分析该隧道塌方形成的原因，提出阶段性处治方案，并取得了预期效果。
关键词： 隧道、大塌方
1 引言
随着我国在工程建设中环境保护意识的增强，为减少对自然山体的开挖破坏，隧道在公路工程中的作用越来越被重视。但是隧道作为隐蔽性工程，受力复杂，施工受限，也是最容易出现灾害的工程。塌方冒顶是隧道施工中比较常见，但是危害性较大的灾害之一。在众多工程实例中，塌方冒顶多出现在洞口浅埋段，而黄地沟隧道埋深达60m，施工中出现塌方并冒顶至地表。工程一度陷入停滞状态，不仅造成巨大的财产损失，而且影响了整个工程的按时竣工。
2 工程概况
黄地沟隧道为左右线分离式隧道，左线隧道长767m，右线隧道长803m。隧道为三车道，内轮廓净宽15.34m，净高10.1m。隧道地属燕山地槽与蒙古高原过渡区，属于剥蚀丘陵、低山地貌类型。隧道沿线地形波状起伏，表层覆盖黄土，地表植被主要为低矮草本植物，自然冲沟较多。隧道塌方地段位于黄地沟隧道左线，覆盖层50～60m。
3 塌方的形成
2012年6月至7月10日，承德地区频繁降雨，在40天中有28天降雨，且间隔出现大到暴雨天气。7月10日19点多,黄地沟隧道左线出口端下台阶施工中，准备进行出碴时，现场安全员发现ZK95+070附近隧道顶部喷锚砼有脱落现象，大约20点左右此洞开始坍塌冒顶。坍塌后经现场勘察测量，洞内坍塌区域为ZK94+975.63～ZK95+073.58共98米，此段落的整个隧道断面全部被塌落的土石堵满。进口端ZK94+955～K94+975约20米钢拱架变形严重，坍塌段洞顶地面出现两个较大的陷坑，且陷坑间裂缝较多。洞顶塌坑区里程沿线路方向为ZK95+060～ZK94+987共73米。隧道塌方情况见图1。
图1 隧道塌方冒顶示意图
4 塌方原因分析
A.地形、地质因素：塌方段左线隧道顶部地表存在一冲沟，雨水容易向冲沟内汇流。此段隧道掌子面开挖过程中，发现围岩岩性软弱，节理裂隙较发育，岩体破碎，垂向裂隙发育，侧壁裂隙水较大，岩体力学强度低;
B.雨水因素：近期经过多次频繁降雨，雨水入渗增大了围岩的自重，软化了岩体
的力学强度，也产生了较大的静、动水压力，为滑塌体的失稳提供了动力条件。
C.人为因素：一条施工便道从隧道顶跨越，经常有重车通过便道，拱顶承
受频繁动荷载；洞顶发现有探矿后所遗留的矿坑，矿坑向山体内部延伸，具体长度和范围无法确定。
在正常情况下，施工完初期支护后，围岩处于稳定状态。但连续降雨，雨水下渗，使掌子面围岩情况变差，加之施工重车碾压，钢支撑不能承载过大的附加荷载导致隧道塌方。经过雨水的浸泡塌方发展最终形成洞顶段的滑塌冒顶。
5 塌方处治方案
5.1 洞顶防排水处治（见图2）
（1）塌坑周边5m范围设置一道截水沟。截水沟60cm×60cm，壁厚30cm，采用M7.5浆砌片石砌筑。
（2）塌坑采用土石回填，回填高度高出原地表30cm。
（3）塌坑边缘裂缝通过灌注水泥浆封堵。
（4）塌坑及周边5m范围均采用隔水层铺设。隔水层由50cm粘土层及防水板组成。
图2 洞顶防排水处治图
5．2 洞内加固处治
（1）黄地沟隧道塌方过渡段加固
为防止塌方的进一步扩大，并保证塌方处治施工过程中工人的安全，将黄地沟隧道塌方两侧边缘7m范围进行加固。具体如下：
①增加临时支撑。在未变形的初支钢架下支撑I22b工字钢，并在拱底增加横向支撑封闭成环。
②拱部围岩钻孔预注浆加固。注浆孔单孔长度为6m，外倾角45°，环向间距40cm，拱部120°范围内布设。注浆孔纵向布置4排，间距200cm；③管棚超前支护。短管棚采用Φ89无缝钢管，单根长6m，外倾角30°，环向间距40cm，拱部120°范围内布设。（见图3）
图3 过渡段围岩预注浆及管棚支护图
（2）黄地沟隧道塌方冒顶段加固处理
第一阶段：塌方冒顶段进出口各9m范围加固处理措施：
①管棚超前支护。管棚采用Φ89无缝钢管，单根长12m，外倾角1～3°，环向间距30cm，拱部120°范围内布设。②塌方体加固。松散的塌方体表面喷20cm止浆墙；施作水平注浆孔12个，孔间距2.5m，对塌方体进行加固；③围岩注浆加固。注浆采用Φ50注浆钢花管，单根长度为6m，外倾角70°，环向间距40cm，纵向间距50cm，拱部120°范围内布设。④初期支护加强。每开挖50cm，将原变形工字钢拆除置换成一榀I22b工字钢。（见图4）
图4 塌方冒顶段第一阶段围岩加固及管棚支护图
第二阶段：第一阶段段落处理完成后，进出口各30m范围加固处理措施：
①管棚超前支护。管棚采用Φ89无缝钢管，单根长12m，外倾角1～3°，环向间距30cm，拱部120°范围内布设。塌方体中部施作水平注浆孔12个，孔间距2.5m，对塌方体进行加固；②围岩注浆加固。注浆采用Φ50注浆小导管，单根长度为6m，外倾角45°，环向间距30cm，纵向间距100cm，拱部120°范围内布设。③初期支护加强。每开挖50cm，将原变形工字钢拆除置换成一榀I22b工字钢。（见图5）
图5 塌方冒顶段第二阶段围岩加固及管棚支护图
（3）黄地沟隧道中间段加固处理
完成塌方冒顶段加固处理后对塌方未冒顶段落处理：
①管棚超前支护。管棚采用Φ89无缝钢管，单根长12m，外倾角1～3°，环向间距30cm，拱部120°范围内布设。纵向间距900cm，搭接不小于300cm；②围岩注浆加固。注浆采用Φ50钢花管，单根长度为3m，外倾角45°，环向间距30cm，拱部120°范围内布设。纵向间距120cm，搭接不小于100cm。③初期支护加强。每开挖60cm，将原变形工字钢拆除置换成一榀I22b工字钢；钢架间的纵向连接钢筋环向间距为50cm，内外交错布置；（见图6）
图6 塌方中间段围岩加固及管棚支护图
（4）黄地沟隧道衬砌加强
初期支护在塌方段拱部加固的过程中逐榀拆除原变形钢架换成I22b工字钢钢架。二次衬砌也由原来45cm厚素混凝土变为60cm厚钢筋混凝土衬砌，并随初期支护及时跟进。
6 处治效果：
通过对地表沉降及洞内收敛变形的监控量测显示：自2013年7月完成隧道二衬支护后，至今经过4个多月的观察和检测，未发现沉降、失稳、裂缝和位移等现象出现。标明隧道围岩已经稳定，洞顶的坍塌、冒顶已经得到合理解决。筹建处、设计、监理等各级单位派驻专人进行全过程监督，最终实现了隧道塌方区处理安全、优质的完成，满足设计和交工验收要求，取得了良好的处理效果。
7 结论
黄地沟塌方的特殊性在于洞顶覆盖层较厚，冒顶部位不连续。而此次黄地沟塌方处治所采用的洞顶防排水、洞内塌方边缘预注浆的措施，以及对塌方体采取阶段性围岩加固、管棚支护的方案也是符合黄地沟隧道自身塌方的特点的。方案经过现场实际效果检验是合理有效的。
当然任何一个合理、有效的处治措施都是塌方发生后一种无奈的补救方法。控制塌方最有效的措施是利用先进的现代科技手段提前准确掌握隧道所处的地质环境，并在施工中严格控制施工质量，在恶劣天气到来时对施工方案进行及时、合理修正。
参考文献：
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[2] 丁玉宝.浅谈隧道塌方处理[J].企业技术开发，2010（4）：28-29.
[3] 汤建文、邹代峰等.赤岭隧道塌方处治技术[J].公路交通技术，2002（6）：23-26.
论文作者:葛宏亮1,尹海龙2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/27
标签：隧道论文; 围岩论文; 地沟论文; 间距论文; 工字钢论文; 倾角论文; 注浆论文; 《防护工程》2018年第8期论文;