Abbottabad2#隧道冒頂原因分析及處理

摘 要：冒頂在隧道淺埋段施工中容易發(fā)生，對Abbottabad2#隧道的冒頂現(xiàn)象進行冒頂原因的分析，認為圍巖的復(fù)雜情況、水的影響和施工的不合理性是引起冒頂?shù)闹饕?。并總結(jié)了冒頂處理的措施，采用了穩(wěn)定掌子面、加固地層和冒頂松散體、三臺階開挖和初支加固等措施，最終順利通過冒頂段。

關(guān)鍵詞：隧道冒頂；原因分析；處理措施；預(yù)防措施

中圖分類號：U458 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）12-0137-02

1 工程概況

KKH二期赫韋利揚-塔科特公路是我國一帶一路重點項目之一，Abbottabad2#隧道，雙向四車道，分離式設(shè)計，設(shè)計速度為100km/h，凈寬10.8m，限高5.2m。起訖樁號為左洞ZK78+253-625，全長372m；右洞k78+266-660，全長394m，路線縱坡設(shè)計為2.4%。

該隧道位于Abbottabad西偏北南約5km，約正北向穿越山體。根據(jù)設(shè)計院提供的地質(zhì)鉆探報告，隧道頂部山體斜坡上覆蓋有第四系全新殘坡積物（Q4el+dl），巖性為碎石、角礫，下伏基巖為前寒武系（PCh）全-中風(fēng)化板巖、全中風(fēng)化千枚巖。地處印度版塊與喜馬拉雅版塊結(jié)合帶南側(cè)邊緣，構(gòu)造擠壓仍然強烈，小型褶皺發(fā)育，巖體較破碎。隧道地下水來源于松散巖類孔隙水及基巖裂隙水，受大氣降水補給影響大。

2 冒頂情況及危險

該隧道采用新奧法理念施工，Va級圍巖采用CD法開挖掘進。2017年2月23日，當Abbottabad2#隧道左線出口CD法大導(dǎo)開挖到ZK78+508時，掌子面上方發(fā)生掉塊，及時調(diào)運噴漿設(shè)備，進行封堵，未起到效果，掉塊現(xiàn)象加重，人員和設(shè)備撤離現(xiàn)場，掉塊持續(xù)30min左右，在掌子面形成一個錐體，仰坡頂部形成一個直徑4m深3m的坑洞，從冒頂規(guī)模上看，屬于小型冒頂，但是在國外，造成的影響很嚴重，首先影響中國單位在國外的形象，而且增加了成本和施工作業(yè)人員的危險性。

3 冒頂原因分析

3.1 圍巖情況復(fù)雜

洞內(nèi)圍巖呈黃褐色，節(jié)理裂隙發(fā)育，屬于強風(fēng)化千枚巖，而且在同一個掌子面內(nèi)有三種圍巖走向，有明顯的地殼運動的痕跡，巖體整體性和結(jié)合性較差，容易失去自穩(wěn)能力差。

3.2 水的影響

該隧道冒頂處，埋深15m，而且裂隙較發(fā)育。地表水通過裂隙滲入，侵入巖體，使巖體的粘聚力c和內(nèi)摩擦角∮顯著降低，而且強風(fēng)化千枚巖本身遇水會降低強度，水的侵入加劇降低了巖體自身的結(jié)合能力和自穩(wěn)能力。巴基斯坦的小雨季施工，連綿的陰雨天氣是導(dǎo)致冒頂?shù)闹匾T因之一。

3.3 地形地貌

從掌子面的堆積體可以看的出來，粒徑很小，10～20cm偏多，可以判斷出原狀土體為松散堆積體。從外部地形地貌可以看出來，冒頂?shù)奈恢锰幱诠艣_溝的位置。古沖溝是由于低強度的巖體長年的被雨水沖刷形成，說明該處巖體本身強度就低，不利于隧道開挖施工。

3.4 管棚失效

設(shè)計30m長∮108超前大管棚未能對洞內(nèi)冒頂范圍起到有效的支護作用，管棚失效。管棚注漿未能達到設(shè)計的理想狀態(tài)，鋼管間距30cm，冒頂?shù)袈涞氖狡?，從管棚鋼管間掉落下來。

4 冒頂處理措施

原設(shè)計該段圍巖級別為V級，復(fù)合式襯砌為Va級。設(shè)計支護參數(shù)：I22型鋼間距60cm，C25噴射混凝土厚度26cm，中空注漿錨桿間距1m×1m，梅花狀布置。設(shè)計要求使用CD法開挖，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，以及多年的施工經(jīng)驗，對冒頂段提出洞內(nèi)、洞外處理措施。

4.1 穩(wěn)定掌子面

掌子面松散堆積體采用C25噴射混凝土施作10cm封閉，待噴射混凝土達到設(shè)計強度的95%時，在掌子面頂部施作8m注漿小導(dǎo)管，水平間距30cm，豎直間距1.2m，兩排，擬定配比用水泥漿水灰比1：1（重量比），注漿壓力達到2.5MPa，穩(wěn)壓15min，停止注漿，通過現(xiàn)場試驗確定漿液施工配合比，漿液的濃度由低到高，間歇注漿，使渣體固結(jié)形成結(jié)石體，使掌子面上方渣體穩(wěn)定。

4.2 頂部坑洞加固

仰坡頂部形成一個直徑4m深3m的坑洞，對坑壁進行加固。打設(shè)砂漿錨桿，間距1m×1m，掛網(wǎng)，網(wǎng)片20cm×20cm，噴射混凝土厚度10cm，防止坑壁再次坍塌。

4.3 加固地層

坑壁加固完成，需要對掌子面上方，冒頂松散體進行加固，確保順利通過冒頂段?？拥状蛟O(shè)注漿小導(dǎo)管，長12m，距離掌子面頂部50cm，間距50cm×50cm，呈梅花狀布置，擬定配比用水泥漿水灰比1：1（重量比），注漿壓力達到2.5MPa，穩(wěn)壓15min，停止注漿。通過現(xiàn)場試驗確定漿液施工配合比，漿液的濃度由低到高，間歇注漿，使冒頂渣體固結(jié)形成結(jié)石體，確保便道在后續(xù)施工中可以正常使用。

4.4 三臺階開挖

注漿加固施工完成后，隧道開挖采用三臺階法，一次開挖一榀，立即組織安裝鋼拱架，打設(shè)超前小導(dǎo)管，施工錨噴作業(yè)，拱腳處打設(shè)鎖腳小導(dǎo)管。反復(fù)循環(huán)，直到安全通過冒頂段，然后施工中臺階。

5 工程效果

待注漿完成后3d，開始洞內(nèi)開挖，在掌子面能夠清晰地看到漿液固結(jié)體，固結(jié)體強度高、穩(wěn)定性好。安裝壓力檢測裝置在拱頂鋼拱架上，每日監(jiān)測拱架受力情況，埋設(shè)觀測點，記錄沉降和收斂情況。查閱每日監(jiān)測記錄發(fā)現(xiàn)，拱頂日沉降量最大5mm，最小2mm，累計沉降量1.5cm，水平收斂為0cm，拱頂型鋼拱架壓力達到120MPa。通過該段期間及后期觀測，拱頂沉降值、水平收斂值及鋼拱架壓力值沒有出現(xiàn)突然增長的現(xiàn)象，最終均逐漸趨于穩(wěn)定，說明洞內(nèi)支護，及周圍圍巖穩(wěn)定，達到新的平衡，達到預(yù)期處理效果。

6 隧道冒頂?shù)念A(yù)防措施

（1）進行超前地質(zhì)探測，對可能出現(xiàn)的異常地質(zhì)情況和涌水進行預(yù)報和預(yù)測。

（2）由專業(yè)人員進行日常監(jiān)測與巡視，負責(zé)對隧道內(nèi)圍巖、支護、地下水變化等情況進行監(jiān)測記錄，對可能出現(xiàn)的異常情況做出預(yù)判。

（3）選擇適當?shù)氖┕し椒?，合理安排工序，縮短各工序時間，減少掌子面圍巖暴露的時間，避免引起圍巖松動、風(fēng)化、招致塌方的發(fā)生。

（4）對于地下水較豐富的不良地質(zhì)段，應(yīng)減少開挖進尺，增加超前注漿小導(dǎo)管支護的強度，打設(shè)泄水孔，降低地下水對洞內(nèi)圍巖的壓力，待通過不良地質(zhì)段，并且水流不成股流下，只有滲出的時候再封堵泄水孔。

7 結(jié) 論

（1）Abbottabad2#隧道出口左線施工能夠順利通過冒頂段，采用洞內(nèi)注漿和地層加固，使洞內(nèi)松散渣體充分固結(jié)，以及掌子面上方冒頂松散體固結(jié)，有效地防止了松散體繼續(xù)坍塌，說明措施是有效的，施工方案可行。

（2）處理塌方冒頂必須及時，塌方事故發(fā)生后，應(yīng)及時研究工程地質(zhì)、水文情況，檢查塌方冒頂對初期支護的損壞情況和影響區(qū)域，分析塌方冒頂?shù)脑蚝桶l(fā)展趨勢，在此基礎(chǔ)上研究對策。

（3）高壓注漿，漿液填充入松散體空隙，漿液為膠結(jié)材料，將松散渣體固結(jié)，改善巖體的物理力學(xué)性能，提高巖體的整體性及承載力。

（4）遇到不良地質(zhì)段落，加密超前注漿小導(dǎo)管的數(shù)量，使松散結(jié)構(gòu)物充分固結(jié)，每次開挖一榀，減少掌子面上部的凌空面和裸露時間，并且每榀打設(shè)注漿小導(dǎo)管，增加超前支護強度。最終使得安全通過不良地質(zhì)段。

參考文獻

[1]王海珍，孫星亮.淺埋大跨公路隧道施工技術(shù)[J].土工基礎(chǔ)，2007（5）.

[2]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60-2009）[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3]洪開榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[4]萬民晶.東掌隧道塌方的成因及分析[J].山西建筑，2012.

[5]中國交建第一勘察設(shè)計院.KKH二期赫韋利揚-塔科特公路設(shè)計圖紙[Z].2017.

收稿日期：2018-3-25

作者簡介：郭向春（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事路橋隧建設(shè)工作。