方 芳

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽 550001)

隧洞冒頂處理施工

方 芳

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽 550001)

當前，隨著大量隧洞施工的進行，因為開挖、洞身冒頂陷落等原因而造成的施工事故時有發(fā)生，隧洞施工安全問題不容忽視，本文結合工程實例提出了超前小導管配合工字鋼施工處理方案，分析了其在斷橋1#隧洞施工中的應用情況。結果表明，隧洞冒頂事故得以有效解決，工程作業(yè)順利開展。根據工程項目實際情況合理制定支護、加固方案，是保證隧洞工程施工安全的重要措施，也是應對冒頂?shù)雀鞣N事故的有效方法。

隧洞冒頂；施工措施；隧洞

隧洞施工過程中，若是勘測設計不到位或是施工技術選用不當，則極易出現(xiàn)塌方甚至是冒頂事故[1]。對此，在實際工程施工中，必須重視隧洞塌方冒頂?shù)念A防與治理，從而確保施工安全與隧洞運行可靠。

1 隧洞塌方冒頂預防及處理措施

1.1 隧洞塌方冒頂預防

在隧洞施工過程中，有效預防隧洞塌方冒頂問題的措施如下：

(1)做好勘測設計。在進行隧洞工程施工前，應對其所在地區(qū)的地質水文問題進行詳細的勘察，充分掌握隧洞軸線、進出口地質情況，認真分析隧洞穿越的埡口、溝谷以及山體等，全面掌握可能出現(xiàn)塌方冒頂事故的地段。若是必須通過此類地段，則可預先制定有效的處理方案，確保施工安全[2]。

(2)選擇合理的施工技術。在進行隧洞施工時，特別是在穿越圍巖薄弱區(qū)的過程中，應加強施工排水，選擇弱爆破或者不爆破開挖技術，做好支撐和襯砌施工。

(3)在隧洞施工中，應加強監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)隧洞塌方冒頂預兆，及時采取相應的技術措施，加固未塌地段，防止事故范圍擴大[3]。

1.2 隧洞塌方冒頂處理施工

根據隧洞塌方冒頂?shù)囊?guī)模以及塌渣補給，可以將塌方分為兩種：一是大塌方，其塌方體厚度大，范圍廣，且不斷擴展；二是小塌方，其塌方體未能夠將坑道完全堵塞，人員可進入觀察處理。在進行隧洞塌方冒頂處理施工時，對于上述兩種形式應采取不同的措施：一是小塌清、先支后清；二是大塌穿，先棚后穿。前者即在塌方量不大的時候，做好頂部支撐方可進行塌方的清除工作，避免因此導致側壁失去平衡，再次出現(xiàn)塌方；后者則是在塌方難以清除時，將其當做松散破碎的地層繼續(xù)進行施工，可采取超前支撐、開挖導坑等工藝穿越塌方體。值得注意的是，在穿越前應將塌方兩端支頂牢固，避免塌方再次擴大。

2 工程實例

2.1 工程概況

斷橋1#隧洞26+780～26+806段于2012年4月25日出現(xiàn)塌頂，其中26+792～26+799已支護段被壓塌，26+799～26+806已支護段鋼支護已下沉0.3～0.5 m，26+780～26+790段地面塌陷，面積約50 m2，深約8 m。

2.2 隧洞冒頂事故分析

據調查分析，在塌頂以上地面周圍有多個小煤窯，當?shù)卣帽剖侄畏忾]了所有煤洞來關閉小煤窯，填料為細顆粒石渣，無粘結性。該段洞頂?shù)降孛婢嚯x11～18 m，由于下部開挖振動，小煤窯垮塌，沖擊力砸垮了已支護好的洞身，造成塌陷。

從5月15日開始近10 d連續(xù)下雨，但洞內未見明顯滲水，2012年5月24日，水投公司組織四方人員現(xiàn)場辦公分析認為可能只是部分小煤窯垮塌，存在大部分空腔。經專家論證，該段隧洞內外分開進行處治，施工方案以聯(lián)系單的形式通過。

2.3 隧洞冒頂處理施工

2.3.1 洞內施工

采用25b工字鋼設仰拱，頂拱打鋼梁進行支護，超前小導管內置Φ25鋼筋注漿配合，強行推進。

(1)施工要求及條件。鋼支撐采用25 b工字鋼封閉式進行支護，在鋼支撐拱頂以上用挖掘機頂18#工字鋼，間距0.5 m，仰角3°～5°，搭接長度大于2.0 m，小導管注漿配合施工。支護長度66 m(26+760～26+826)。導管單根長度6 m，選用Φ48熱軋無縫鋼管、壁厚4 mm，內置Φ25鋼筋。鋼管沿開挖輪廓線布置，鋼梁與小導管不設在同一榀工字鋼上，間隔一榀，均以外插角3°～5 °打設。鋼管內外注水泥漿，水灰比為1∶1、0.8∶1、0.6∶1，注漿壓力0.2～0.5 MPa。

(2)施工組織方案。針對該特殊洞段小煤窯多，地下情況不明，有可能還有空洞導致垮塌，洞內部分已支護段出現(xiàn)變形的情況，該方案施工長度定為66 m，樁號26+760～26+826。

第一步安設鋼支撐，工字鋼采用25 b型號，間距0.5 m，直墻伸入底板下0.6 m，兩腳用同級工字鋼連接封閉。用Φ25鋼筋連接固定相鄰鋼支撐，拱頂間距0.3 m，側墻段間距0.4 m。鎖腳錨桿長4 m，間距0.5 m。

第一榀工字鋼上安設鋼梁，仰角3°～5°，單根長度6 m，采用14 #工字鋼作支撐架，用挖掘機錘頭頂進，間距按0.5 m，每隔2 m一個循環(huán)。

第三榀工字鋼開始打小導管，導管長度6 m，選用Φ48熱軋無縫鋼管、壁厚4 mm。鋼導管沿開挖輪廓線布置，間距0.2 m，共30根。以外插角3°～5 °打設，在導管內置Φ25鋼筋一根，每隔2 m一個循環(huán)。小導管施工完畢開始鋼管內外注水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力0.2～0.5 MPa。基底高程以下開挖1.0 m，回填0.4 m碎石，上部澆筑0.6 m厚C20混凝土。

(3)施工機具﹑設備。布置1臺鉆機，型號為XY-2PC，鉆頭直徑Φ75 mm，鉆桿單根長為1.0 m，壓漿機采用GJB3型壓漿機一臺，并配吸漿管、壓漿管和一個攪拌桶，挖掘機一臺。其中，吸漿管長度≥6 m，壓漿管長度≥10 m，來保證移動距離要求。此外，還需砂輪式切割機、小臺鉆、電焊機等。

2.3.2 施工工藝

(1)鉆孔施工。鉆孔開孔位置宜在開挖邊線外側5～10 cm，鉆孔間距為20 cm，鉆孔角度按隧洞邊線外插3°～5°。鉆孔角度誤差≤2°，孔深允許誤差為±50 mm。要保證各鉆孔相互平行，每個鉆孔要圓而直。

由于小導管一般應用于圍巖特別破碎的部位。所以，直徑較小﹑長度較短的小導管可采用沖擊式風動工具將桿體直接打入圍巖。遇圍巖時需要先鉆孔，再插入小導管管，當成孔困難時可采用套管跟進法進行鉆孔。①錨桿體制作。為了向孔內或直接向松散圍巖插打方便，小導管前端制作成≤45 °的尖角。管壁鉆孔，孔徑6～8 mm，孔徑沿管軸向100～150 mm，沿環(huán)向90 mm，呈梅花形分布。當需要在孔口處安裝托板時，需將桿體外露端加工100～150 mm的管螺紋，以便擰緊螺帽固定托板。托板上應設置直徑約12 mm的排氣孔。導管鉆孔作為注漿孔，鉆孔梅花型布置，間距為0.3 m，鉆孔直徑為10～16 mm，尾端預留60 cm不鉆孔，作為止?jié){段，前端加工成10 cm的尖端，管棚安裝角度控制在3°～5°，鋼管施工誤差徑向≤20 cm，沿相鄰鋼管方向≤10 cm。②錨桿布置。管式錨桿常用于隧洞超前支護，即超前小導管錨桿，一般僅在拱部設置，共需設29個，必要時也可在邊墻局部設置。其布置應滿足以下要求：鋼梁與超前小導管棚在縱向兩排的水平間距各為2.0 m/排，其布置圖如圖1所示。超前小導管錨桿的長度6.0 m，超前小導管錨桿和小管棚與鋼架支撐聯(lián)合使用時，布置于鋼拱架上部，其外露端應支撐在鋼拱架上，采用雙層或三層超前支護，以增強其共同的支護作用，提高其對頂部圍巖的承載能力。

圖1 超前小導管配合工字鋼施工

(2)管式錨桿注漿。為充分發(fā)揮管式錨桿的優(yōu)越性，一般利用管式錨桿對圍巖進行預注漿，固結圍巖。預注漿施工可根據地質情況、設備能力、施工條件等參照要求進行：①注漿宜在圍巖被噴混凝土覆蓋之后進行?？卓谔庡^桿與孔壁之間的縫隙應封堵。注漿應采用專用的連接器和注漿機。注漿壓力確定為0.2～0.5 MPa。②采用自上而下分段孔內循環(huán)式灌漿法。因灌漿部位空腔較大，為降低灌漿對隧洞頂拱的荷載壓力，在灌漿時采用間歇式，即每孔灌注超過0.2 t水泥后暫停，跳到下一孔繼續(xù)灌注。

(3)灌漿壓力。灌漿孔分兩個次序，I序孔為奇數(shù)位置，左右兩邊對稱注漿。II序孔為偶數(shù)位。I序孔灌漿壓力較低，控制在0.2 MPa，II序孔灌漿壓力較高，控制在0.3～0.5 MPa。灌漿漿液采用普通硅酸鹽水泥，水灰比采用1∶1、0.8∶1，襯注漿水灰比為0.6∶1。

(4)變漿標準。當某一比級漿液的注入量達到200 L以上或灌注時間已達到0.3 h，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，可變濃一級漿液。當吸漿量小于1 L/min時，持續(xù)灌注30 min，停止注漿。

(5)縱向施工。26+799～26+826變形較大，采用14#工字鋼無間距進行加強，不再注漿，作為永性支護，二襯混凝土施工時不取消，支護方式與后26+799～26+760段相同。從26+799開始超前小導管施工，第一次注漿3 d后開始掘進，在小管棚支護下進行開挖，開挖采用雙側壁導坑(設計底以下1.0 m)進行施工，邊墻基礎先開挖成1.0 m寬，開挖長度控制在0.6～1.0 m以內。開挖完畢后，基礎回填0.4 m厚碎石，立即采用工字鋼架進行側墻和拱頂支護，鋼架間距為0.5 m/榀，用Ф25鋼筋連接(每段連接長度以相鄰兩榀工字鋼外沿為界)。上部拱架立好后，挖掉中間預留部分軟基，深度和兩側墻一致，用塊石回填填平至兩塊石面，采用同級工字鋼將兩側墻工字鋼腳焊接在一起，澆筑0.6 m厚C20混凝土封閉基礎，如圖2所示，然后進行掛Φ6.5鋼筋@200的網，噴射10 cm厚C20混凝土施工。當沿隧道斷面輪廓超挖較大時，部分位置采用C10砌石混凝土進行回填。施工中堅持“管超前，短開挖，弱爆破，早封閉，強支護”的原則。

圖2 工字鋼及基礎施工剖面圖

2.3.3 洞外施工

(1)征地。26+780～26+790地面塌陷，深度約2～9 m，面積50 m2，位置在坡面上，需削坡回填，共需征用土地420 m2。

(2)回填。該坑凼位于隧洞中段地面，由于交通不便，如果采用機械進行回填，需新征用進場便道，從降低成本考慮，采用人工回填。回填土石方工程數(shù)量為275 m3。

3 結 論

在進行隧洞施工時，首先應做好前期的地質勘測，避開軟弱圍巖，制定科學的加固施工方案，避免施工中出現(xiàn)塌方冒頂現(xiàn)象；其次，一旦在施工中發(fā)生塌方等事故，必須根據工程實際情況，制定合理的處理方案，通過支護、加固等措施最大限度地保護圍巖和塌方體穩(wěn)定，實現(xiàn)工程施工的順利進行。

[1] 孫聯(lián)偉. 通過隧道塌方冒頂段施工技術[J]. 隧道建設, 2009, 29(3):329-333.

[2] 劉俊生,王藝凝,常狄.長引水隧洞勘察的幾點體會[J].東北水利水電,2015,33(1):53-54.

[3] 汪德云,袁鴻鵠,王芝銀,等.松散地層淺埋水工隧洞現(xiàn)場監(jiān)測試驗研究[J].現(xiàn)代隧道技術,2011,48(6):94-98.

方 芳(1977-)，男，湖北天門人，高級工程師，主要從事工程監(jiān)理方面的工作。E-mail:250294024@qq.com。

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