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(yáng) 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(yáng) 550001)

當(dāng)前，隨著大量隧洞施工的進(jìn)行，因?yàn)殚_(kāi)挖、洞身冒頂陷落等原因而造成的施工事故時(shí)有發(fā)生，隧洞施工安全問(wèn)題不容忽視，本文結(jié)合工程實(shí)例提出了超前小導(dǎo)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(yīng)用情況。結(jié)果表明，隧洞冒頂事故得以有效解決，工程作業(yè)順利開(kāi)展。根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況合理制定支護(hù)、加固方案，是保證隧洞工程施工安全的重要措施，也是應(yīng)對(duì)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(guò)程中，若是勘測(cè)設(shè)計(jì)不到位或是施工技術(shù)選用不當(dāng)，則極易出現(xiàn)塌方甚至是冒頂事故[1]。對(duì)此，在實(shí)際工程施工中，必須重視隧洞塌方冒頂?shù)念A(yù)防與治理，從而確保施工安全與隧洞運(yùn)行可靠。

1 隧洞塌方冒頂預(yù)防及處理措施

1.1 隧洞塌方冒頂預(yù)防

在隧洞施工過(guò)程中，有效預(yù)防隧洞塌方冒頂問(wèn)題的措施如下：

(1)做好勘測(cè)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行隧洞工程施工前，應(yīng)對(duì)其所在地區(qū)的地質(zhì)水文問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的勘察，充分掌握隧洞軸線、進(jìn)出口地質(zhì)情況，認(rèn)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(guò)此類地段，則可預(yù)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(shù)。在進(jìn)行隧洞施工時(shí)，特別是在穿越圍巖薄弱區(qū)的過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)施工排水，選擇弱爆破或者不爆破開(kāi)挖技術(shù)，做好支撐和襯砌施工。

(3)在隧洞施工中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)隧洞塌方冒頂預(yù)兆，及時(shí)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，加固未塌地段，防止事故范圍擴(kuò)大[3]。

1.2 隧洞塌方冒頂處理施工

根據(jù)隧洞塌方冒頂?shù)囊?guī)模以及塌渣補(bǔ)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(kuò)展；二是小塌方，其塌方體未能夠?qū)⒖拥劳耆氯?，人員可進(jìn)入觀察處理。在進(jìn)行隧洞塌方冒頂處理施工時(shí)，對(duì)于上述兩種形式應(yīng)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(shí)候，做好頂部支撐方可進(jìn)行塌方的清除工作，避免因此導(dǎo)致側(cè)壁失去平衡，再次出現(xiàn)塌方；后者則是在塌方難以清除時(shí)，將其當(dāng)做松散破碎的地層繼續(xù)進(jìn)行施工，可采取超前支撐、開(kāi)挖導(dǎo)坑等工藝穿越塌方體。值得注意的是，在穿越前應(yīng)將塌方兩端支頂牢固，避免塌方再次擴(kuò)大。

2 工程實(shí)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(hù)段被壓塌，26+799～26+806已支護(hù)段鋼支護(hù)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(jù)調(diào)查分析，在塌頂以上地面周圍有多個(gè)小煤窯，當(dāng)?shù)卣帽剖侄畏忾]了所有煤洞來(lái)關(guān)閉小煤窯，填料為細(xì)顆粒石渣，無(wú)粘結(jié)性。該段洞頂?shù)降孛婢嚯x11～18 m，由于下部開(kāi)挖振動(dòng)，小煤窯垮塌，沖擊力砸垮了已支護(hù)好的洞身，造成塌陷。

從5月15日開(kāi)始近10 d連續(xù)下雨，但洞內(nèi)未見(jiàn)明顯滲水，2012年5月24日，水投公司組織四方人員現(xiàn)場(chǎng)辦公分析認(rèn)為可能只是部分小煤窯垮塌，存在大部分空腔。經(jīng)專家論證，該段隧洞內(nèi)外分開(kāi)進(jìn)行處治，施工方案以聯(lián)系單的形式通過(guò)。

2.3 隧洞冒頂處理施工

2.3.1 洞內(nèi)施工

采用25b工字鋼設(shè)仰拱，頂拱打鋼梁進(jìn)行支護(hù)，超前小導(dǎo)管內(nèi)置Φ25鋼筋注漿配合，強(qiáng)行推進(jìn)。

(1)施工要求及條件。鋼支撐采用25 b工字鋼封閉式進(jìn)行支護(hù)，在鋼支撐拱頂以上用挖掘機(jī)頂18#工字鋼，間距0.5 m，仰角3°～5°，搭接長(zhǎng)度大于2.0 m，小導(dǎo)管注漿配合施工。支護(hù)長(zhǎng)度66 m(26+760～26+826)。導(dǎo)管單根長(zhǎng)度6 m，選用Φ48熱軋無(wú)縫鋼管、壁厚4 mm，內(nèi)置Φ25鋼筋。鋼管沿開(kāi)挖輪廓線布置，鋼梁與小導(dǎo)管不設(shè)在同一榀工字鋼上，間隔一榀，均以外插角3°～5 °打設(shè)。鋼管內(nèi)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(duì)該特殊洞段小煤窯多，地下情況不明，有可能還有空洞導(dǎo)致垮塌，洞內(nèi)部分已支護(hù)段出現(xiàn)變形的情況，該方案施工長(zhǎng)度定為66 m，樁號(hào)26+760～26+826。

第一步安設(shè)鋼支撐，工字鋼采用25 b型號(hào)，間距0.5 m，直墻伸入底板下0.6 m，兩腳用同級(jí)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(cè)墻段間距0.4 m。鎖腳錨桿長(zhǎng)4 m，間距0.5 m。

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

第三榀工字鋼開(kāi)始打小導(dǎo)管，導(dǎo)管長(zhǎng)度6 m，選用Φ48熱軋無(wú)縫鋼管、壁厚4 mm。鋼導(dǎo)管沿開(kāi)挖輪廓線布置，間距0.2 m，共30根。以外插角3°～5 °打設(shè)，在導(dǎo)管內(nèi)置Φ25鋼筋一根，每隔2 m一個(gè)循環(huán)。小導(dǎo)管施工完畢開(kāi)始鋼管內(nèi)外注水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力0.2～0.5 MPa?；赘叱桃韵麻_(kāi)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(jī)具﹑設(shè)備。布置1臺(tái)鉆機(jī)，型號(hào)為XY-2PC，鉆頭直徑Φ75 mm，鉆桿單根長(zhǎng)為1.0 m，壓漿機(jī)采用GJB3型壓漿機(jī)一臺(tái)，并配吸漿管、壓漿管和一個(gè)攪拌桶，挖掘機(jī)一臺(tái)。其中，吸漿管長(zhǎng)度≥6 m，壓漿管長(zhǎng)度≥10 m，來(lái)保證移動(dòng)距離要求。此外，還需砂輪式切割機(jī)、小臺(tái)鉆、電焊機(jī)等。

2.3.2 施工工藝

(1)鉆孔施工。鉆孔開(kāi)孔位置宜在開(kāi)挖邊線外側(cè)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(gè)鉆孔要圓而直。

由于小導(dǎo)管一般應(yīng)用于圍巖特別破碎的部位。所以，直徑較小﹑長(zhǎng)度較短的小導(dǎo)管可采用沖擊式風(fēng)動(dòng)工具將桿體直接打入圍巖。遇圍巖時(shí)需要先鉆孔，再插入小導(dǎo)管管，當(dāng)成孔困難時(shí)可采用套管跟進(jìn)法進(jìn)行鉆孔。①錨桿體制作。為了向孔內(nèi)或直接向松散圍巖插打方便，小導(dǎo)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(dāng)需要在孔口處安裝托板時(shí)，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(yīng)設(shè)置直徑約12 mm的排氣孔。導(dǎo)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(yù)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(hù)，即超前小導(dǎo)管錨桿，一般僅在拱部設(shè)置，共需設(shè)29個(gè)，必要時(shí)也可在邊墻局部設(shè)置。其布置應(yīng)滿足以下要求：鋼梁與超前小導(dǎo)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(dǎo)管錨桿的長(zhǎng)度6.0 m，超前小導(dǎo)管錨桿和小管棚與鋼架支撐聯(lián)合使用時(shí)，布置于鋼拱架上部，其外露端應(yīng)支撐在鋼拱架上，采用雙層或三層超前支護(hù)，以增強(qiáng)其共同的支護(hù)作用，提高其對(duì)頂部圍巖的承載能力。

圖1 超前小導(dǎo)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(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)注漿，固結(jié)圍巖。預(yù)注漿施工可根據(jù)地質(zhì)情況、設(shè)備能力、施工條件等參照要求進(jìn)行：①注漿宜在圍巖被噴混凝土覆蓋之后進(jìn)行?？卓谔庡^桿與孔壁之間的縫隙應(yīng)封堵。注漿應(yīng)采用專用的連接器和注漿機(jī)。注漿壓力確定為0.2～0.5 MPa。②采用自上而下分段孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。因灌漿部位空腔較大，為降低灌漿對(duì)隧洞頂拱的荷載壓力，在灌漿時(shí)采用間歇式，即每孔灌注超過(guò)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(gè)次序，I序孔為奇數(shù)位置，左右兩邊對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某一比級(jí)漿液的注入量達(dá)到200 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)到0.3 h，而灌漿壓力和注入率均無(wú)改變或改變不顯著時(shí)，可變濃一級(jí)漿液。當(dāng)吸漿量小于1 L/min時(shí)，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(wú)間距進(jìn)行加強(qiáng)，不再注漿，作為永性支護(hù)，二襯混凝土施工時(shí)不取消，支護(hù)方式與后26+799～26+760段相同。從26+799開(kāi)始超前小導(dǎo)管施工，第一次注漿3 d后開(kāi)始掘進(jìn)，在小管棚支護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑(設(shè)計(jì)底以下1.0 m)進(jìn)行施工，邊墻基礎(chǔ)先開(kāi)挖成1.0 m寬，開(kāi)挖長(zhǎng)度控制在0.6～1.0 m以內(nèi)。開(kāi)挖完畢后，基礎(chǔ)回填0.4 m厚碎石，立即采用工字鋼架進(jìn)行側(cè)墻和拱頂支護(hù)，鋼架間距為0.5 m/榀，用Ф25鋼筋連接(每段連接長(zhǎng)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(yù)留部分軟基，深度和兩側(cè)墻一致，用塊石回填填平至兩塊石面，采用同級(jí)工字鋼將兩側(cè)墻工字鋼腳焊接在一起，澆筑0.6 m厚C20混凝土封閉基礎(chǔ)，如圖2所示，然后進(jìn)行掛Φ6.5鋼筋@200的網(wǎng)，噴射10 cm厚C20混凝土施工。當(dāng)沿隧道斷面輪廓超挖較大時(shí)，部分位置采用C10砌石混凝土進(jìn)行回填。施工中堅(jiān)持“管超前，短開(kāi)挖，弱爆破，早封閉，強(qiáng)支護(hù)”的原則。

圖2 工字鋼及基礎(chǔ)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(jī)械進(jìn)行回填，需新征用進(jìn)場(chǎng)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(jié) 論

在進(jìn)行隧洞施工時(shí)，首先應(yīng)做好前期的地質(zhì)勘測(cè)，避開(kāi)軟弱圍巖，制定科學(xué)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(jù)工程實(shí)際情況，制定合理的處理方案，通過(guò)支護(hù)、加固等措施最大限度地保護(hù)圍巖和塌方體穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)工程施工的順利進(jìn)行。

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

[2] 劉俊生,王藝凝,常狄.長(zhǎng)引水隧洞勘察的幾點(diǎn)體會(huì)[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(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2011,48(6):94-98.

方 芳(1977-)，男，湖北天門人，高級(jí)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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