摘 要：文章以某高速公路黃土隧道施工中坍塌冒頂施工處理為例，闡述了高速公路黃土隧道施工中發(fā)生坍塌冒頂?shù)氖┕し椒ǎ岢隽讼鄳?yīng)的施工要點(diǎn)和相應(yīng)的預(yù)防措施，為類似工程的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;黃土隧道;坍塌冒頂處理技術(shù)

中圖分類號(hào)：U457.5;U458.3

文章編號(hào)：2095-624X（2019）06-0145-03

一、工程概況

某高速公路隧道，右線起點(diǎn)里程ZK16+650，終點(diǎn)里程YK18+180，全長(zhǎng)1530m，隧道設(shè)計(jì)車速為80km/h，為雙線分離式隧道，左、右幅間距為36m左右，每幅為單向雙車道。建筑界限凈寬為10.25m，界限高度5m，拱頂高7.03m。

二、工程地質(zhì)條件

隧道洞頂圍巖埋深0～57m，圍巖主要為中更新世離石黃土，稍濕，堅(jiān)硬，土質(zhì)不均，古土壤層粘粒含量較高，致密，含白色粉末呈團(tuán)狀或條紋狀;41.1～43.0m段含水量大，有少量滲水，可塑狀;43.0m以下潮濕，松散結(jié)構(gòu)為主。進(jìn)出口為馬蘭黃土和坡積黃土，大孔隙，疏松，呈松軟結(jié)構(gòu)。洞頂最大埋深57m，洞頂有可見(jiàn)深度在2～10m左右的水沖陷穴數(shù)個(gè)，勘察期間未見(jiàn)明顯水位，洞室開(kāi)挖后易坍塌，進(jìn)出口處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大坍塌，側(cè)壁起拱線處極易小坍塌，淺埋地段易出現(xiàn)地表下沉或坍塌至地表。圍巖基本無(wú)自穩(wěn)能力，屬V級(jí)圍巖。

三、坍塌冒頂情況

該工程2#隧道左線，于2016年7月8日掌子面K18+150開(kāi)挖之后進(jìn)行處理欠挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)掌子面有土塊滑落，現(xiàn)場(chǎng)管理人員立即安排施工人員及機(jī)械撤離施工現(xiàn)場(chǎng)，并封閉洞口，派專人24小時(shí)值班。19時(shí)掌子面涌土量約120m3，凌晨22時(shí)掌子涌土量約500m3。期間派專人在洞頂查看，并進(jìn)行地表觀測(cè)，次日6時(shí)50分線路正上方K18+120處地面開(kāi)始塌陷，左側(cè)山體不斷掉塊，10時(shí)塌陷停止，形成坍坑，坍坑在隧道中線右側(cè)約3m處，長(zhǎng)15m、寬14.5m，深約15m。坍塌前隧道內(nèi)掌子面里程為YK18+150，仰拱里程為K18+170，二襯里程為K18+180。

四、處理方案

對(duì)于坍方及其影響段的處理以改善坍體和圍巖的物理力學(xué)性能。提高其自穩(wěn)能力為目的，遵循“小塌方，先支后清”“大塌方，先棚后穿”“治塌先治水”的原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、施工現(xiàn)狀以及所處段落的地質(zhì)條件分析，采取地表處理與洞內(nèi)處理相結(jié)合的方法進(jìn)行處理。

（一）洞內(nèi)坍體坡面反壓

a.洞內(nèi)坍體進(jìn)行反壓形成斜坡道。

b.于坍體坡腳堆碼填土編織袋，確保坡腳穩(wěn)定。

（二）YK18+150-154段初期支護(hù)加固

為保證施工安全，先進(jìn)行YK18+150-154段采用自進(jìn)式錨桿加固初期支護(hù)。自進(jìn)式錨桿直徑32mm，長(zhǎng)6m，1.5m×1.5m梅花形布置。

（三）塌方段開(kāi)挖及初期支護(hù)

采用臺(tái)階雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖YK18+150-YK18+135段。施工時(shí)，每級(jí)臺(tái)階長(zhǎng)度不超過(guò)3m。臨時(shí)鋼架采用I16工字鋼支撐，臨時(shí)橫向支撐采用方木支撐。

YK18+152-YK18+155段采用I22b鋼架與φ133鋼管配合用作管棚導(dǎo)向，管棚采用φ108鋼管，長(zhǎng)20m，斜插角控制25°，插入3根Φ25鋼筋加強(qiáng)剛度，三根鋼筋成正三角形，管棚注漿采用1∶1水泥凈漿。

K18+150-YK18+140段拱部坍塌體采用長(zhǎng)6m， Ф42×4mm小導(dǎo)管超前預(yù)加固圍巖，每環(huán)30根，按照50cm×50cm布置、斜插角45°（見(jiàn)圖1）。

K18+150-YK18+135段采用I22b型鋼拱架支護(hù)，縱向間距50cm，每榀鋼拱架間采用Ф22鋼筋連接，環(huán)向間距50cm，內(nèi)外側(cè)交叉焊接;C25模筑混凝土一次襯砌70～80cm（變截面），上導(dǎo)坑拱腳處采用擴(kuò)大拱腳至120cm，并在拱腳上方50cm處增設(shè)雙排鎖腳來(lái)進(jìn)行加固，以保證初支的穩(wěn)定性和安全性。二襯為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，二次襯砌厚45cm，預(yù)留量20cm，環(huán)向鋼筋采用Φ22，間距20cm，縱向鋼筋采用Φ14，間距25cm。

具體施工方法（見(jiàn)圖2、圖3）

1.（1）利用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前支護(hù)。

（2）掌子面打入Ф42mm鋼管注漿對(duì)掌子面松散土體進(jìn)行充分固結(jié)，按照1.5m×1.5m梅花形布置，注漿鋼管施工里程K18+150-K18+140段，每循環(huán)鋼管長(zhǎng)6m，漿液采用1∶1水泥凈漿，注漿壓力控制2Mpa以內(nèi)。

（3）開(kāi)挖①部，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。

（4）施作①部導(dǎo)坑周邊的一次襯砌和臨時(shí)支護(hù)，即架立鋼架，每側(cè)設(shè)置6根4m長(zhǎng)Ф42mm鎖腳鋼管，立模澆筑一次襯砌;架立導(dǎo)坑的臨時(shí)鋼架，噴射26cm厚混凝土。

（5）0.5m每道架設(shè)方木橫撐。

2.（1）①部支護(hù)3m后，開(kāi)挖②部，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。

（2）施作②部導(dǎo)坑的一次襯砌，即接長(zhǎng)鋼架，立模澆筑砼。

（3）0.5m每道架設(shè)方木橫撐。

3.②部支護(hù)1m后，開(kāi)挖③部導(dǎo)坑，施作支護(hù)，即接長(zhǎng)鋼架（包括導(dǎo)坑的臨時(shí)鋼架），每側(cè)設(shè)置2根4m長(zhǎng)Ф42mm鎖腳鋼管，立模澆筑一次襯砌，臨時(shí)側(cè)壁噴射18cm厚混凝土，每0.5m設(shè)置一道方木橫撐。

4.③部支護(hù)2m后，開(kāi)挖④部導(dǎo)坑，施作一次襯砌及臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同 3。

5.④部支護(hù)3m后，開(kāi)挖⑤部。

6.⑤部開(kāi)挖4m，開(kāi)挖仰拱，施作仰拱砼及片石砼填充。

7.仰拱初期施作6m后進(jìn)行二次襯砌施工，二次襯砌跟進(jìn)后以3m每循環(huán)正常施作。

（四）地表回填

待二襯從此處施工過(guò)去后沿坍坑外圍擴(kuò)挖，去除不穩(wěn)定土體，挖出長(zhǎng)25m，寬25m，挖至Q2表層，深度約10m，土坑放坡，坡度為1：0.75，再對(duì)土坑壁打設(shè)Φ42mm，長(zhǎng)度為3.5m的小導(dǎo)管，并掛設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)片，然后噴射C25混凝土。坍坑底部放入2層Φ22鋼筋網(wǎng)，20cmx20cm網(wǎng)格，鋼筋層間距50cm，然后澆筑C25混凝土，形成護(hù)拱蓋板。

待護(hù)拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，用土分層回填夯實(shí)坍坑至接近地表1.5m處換填50 cm三七灰土作為隔水層，地面1m回填耕植土，并高出地面一定高度，恢復(fù)原地表，防止地表水流入隧道內(nèi)。

（五）監(jiān)控量測(cè)

認(rèn)真做好各項(xiàng)施工監(jiān)測(cè)，根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和判斷，對(duì)圍巖及支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行判斷和預(yù)測(cè)，及時(shí)采取措施來(lái)確保圍巖和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，以確保施工安全。在該段塌方處理完畢后，在拱頂布設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，并在腰線處左右布設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。地表處理完成后，在坍坑50m×50m范圍內(nèi)，每10m設(shè)置一個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，每天做好觀測(cè)記錄，通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)評(píng)定所采取的措施和取得的效果。

五、施工安全及注意事項(xiàng)

（1）施工時(shí)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行，確保施工安全和質(zhì)量。如發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，以便及時(shí)處理，并立即采用應(yīng)急預(yù)警措施，以確保施工安全。

（2）加強(qiáng)隧道應(yīng)急物資的儲(chǔ)備，特別是應(yīng)急型鋼架，確保臨時(shí)應(yīng)急。

（3）施工過(guò)程中，采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀和鉆孔等手段加強(qiáng)隧道地質(zhì)的超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖前方有異常情況出現(xiàn)時(shí)，及時(shí)研究并采取相應(yīng)的措施;并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，隨時(shí)掌握圍巖的變形情況，以便進(jìn)行及時(shí)處理，同時(shí)保證施工安全。在初期支護(hù)施工過(guò)程中應(yīng)增加預(yù)留拱頂沉降量和收斂量，防止出現(xiàn)坍塌事故。

（4）拱腳處應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)處理，同時(shí)支墊砼預(yù)制塊。拱架背后必須填補(bǔ)密實(shí)，不允許有任何空洞，以免留下安全隱患。

（5）若有侵限段、坍塌段應(yīng)引起高度重視，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和交底的要求進(jìn)行施工，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)外該段進(jìn)行嚴(yán)密觀察量測(cè)，設(shè)置專人值班，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)將人員安全撤離，并快速上報(bào)處理。

（6）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行跟班作業(yè)，做好記錄及收集影像資料（特別是小導(dǎo)管注漿和鎖腳的焊接質(zhì)量）;加強(qiáng)監(jiān)督檢查，嚴(yán)格控制，保證每一工序的施工質(zhì)量，對(duì)于上道工序不能達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量要求的，嚴(yán)禁進(jìn)行下道工序的施工，防止安全事故的發(fā)生。

（7）施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制進(jìn)尺長(zhǎng)度。淺埋地段、地質(zhì)條件較差的洞身地段及根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初支變形量較大的地段，必須嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度為1榀拱架間距，堅(jiān)決杜絕冒進(jìn)情況發(fā)生。

（8）施工中要及時(shí)封閉仰拱，二襯緊跟，確保施工安全。

（9）加強(qiáng)機(jī)械施工安全和用電安全意識(shí)并采取措施進(jìn)行防范。

（10）加強(qiáng)防坍塌應(yīng)急演練，成立以項(xiàng)目主管領(lǐng)導(dǎo)等組成的應(yīng)急救援小組，明確分工，責(zé)任到人。

六、 隧道坍塌方處理

（一）處理坍塌方的一般步驟和方法

1.防止坍方擴(kuò)大范圍

①坍方發(fā)生后，首先應(yīng)防止坍方繼續(xù)擴(kuò)大，切忌盲目大面積清理坍塌體：在坍方范圍頂部、側(cè)壁上的松散土體及大裂縫，應(yīng)先行清除或錨固;②對(duì)坍方范圍前后原有的支護(hù)進(jìn)行加固，以防止坍方擴(kuò)大;③在坍塌方范圍內(nèi)架設(shè)支撐或噴射混凝土，必要時(shí)加設(shè)錨桿;④加快襯砌。對(duì)坍方兩端應(yīng)盡快做好局部襯砌，以保證坍塌方不再擴(kuò)大。

2.處理坍塌的措施

①如坍塌體積較小，且坍方范圍內(nèi)已進(jìn)行了噴錨，或已架設(shè)好較為牢固的構(gòu)件支撐，可由兩端或一端先上后下地逐步清除坍渣，隨挖隨噴射混凝土，架設(shè)臨時(shí)構(gòu)件支撐支頂，即“小坍方，先支后清”;②如坍塌體積較大，或地表已下沉，或因坍體堵塞，無(wú)法進(jìn)入坍方范圍進(jìn)行支護(hù)時(shí)，則可注漿加固坍方體，然后用“穿”的辦法在坍體內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖、襯砌，即“大坍方，先棚后穿”;③處理坍塌方的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)排水，即“治坍先治水”。

（二）處理坍塌常用支護(hù)方式

（1）噴錨處理。采用噴錨處理較大型坍方，較之采用架設(shè)支撐，更加安全、快速，且省工省料。①由外而內(nèi)、由上而下，逐段邊清邊向巖壁噴射砂漿，然后再噴射混凝土?；炷烈朔謱訃娚?，每層厚5cm左右;② 噴射1～2層混凝土后，可隨即加設(shè)錨桿再噴射混凝土;③ 坍渣清除后，隨即做好襯砌。

（2）構(gòu)件支撐處理。①在坍塌體不太高、坍塌洞穴略呈錐形、坍壁不太松散的情況下，使用鋼支撐，支撐材質(zhì)與錨桿焊接;②當(dāng)坍塌體較高，但坍塌體兩側(cè)壁形狀較整齊，且側(cè)向壓力不大時(shí)，可按垂直于隧道中線的方向架設(shè)橫向排架。先將坍塌體頂?shù)奶瞧剑伾蠙M梁，再在其上架設(shè)排架。排架間距根據(jù)坍穴圍巖情況而定，一般為1～2m。須注意在排架間用剪刀撐撐穩(wěn)，下部橫梁要隨坍渣的清除隨時(shí)倒換撐穩(wěn);③當(dāng)坍塌方較大，且圍巖壓力也較大時(shí)，宜在坍方范圍內(nèi)全部用縱向鋼管支撐。先將坍渣頂部適當(dāng)扒平，沿隧道中線方向平行設(shè)置縱向地梁數(shù)根（地梁下鋪設(shè)橫梁），于縱向地梁上按照導(dǎo)坑支撐的形式以1m左右的間距架設(shè)箱形棚架。以后逐層向上架設(shè)至坍方頂部，用楔形木塞緊。隨著坍渣的清除，加設(shè)木立柱，并以縱撐撐牢。支撐材質(zhì)可為紅松，最小頭直徑不小于200mm。在其棚護(hù)下，再用網(wǎng)錨噴鋼架支護(hù);④當(dāng)坍塌方直至地表而深度不大時(shí)（小于10m），可設(shè)置井箍。由地面向下逐步清除坍渣，隨即架設(shè)箍架支撐。箍架的形式可為多邊形、矩形或方形，視坍穴的形狀而定，架距不大于1m;當(dāng)塌方較深時(shí)，則可先將進(jìn)口至坍方體頂面一段箍好，不清理坍渣，而在洞內(nèi)采用穿過(guò)坍方體的施工方法;⑤坍塌空成斜孔時(shí)，處理方法根據(jù)斜度而定，傾角≤30°時(shí)，可按斜井的施工方法進(jìn)行出渣及支撐;傾角≥35°時(shí)，運(yùn)用井箍支撐及由上而下地清渣。

（三）襯砌措施與回填方法

（1）襯砌施工。坍方體清除過(guò)程中，隨著坍方體的清除，襯砌及時(shí)跟進(jìn)，快速成環(huán)、封閉。在坍穴位最高處兩端襯砌接頭處預(yù)留回填及進(jìn)出料孔。如坍塌方范圍的圍巖不穩(wěn)定，在處理坍塌方中有繼續(xù)坍方可能時(shí)，可在坍方范圍內(nèi)選擇適當(dāng)位置做坍體護(hù)拱，以掩護(hù)施工操作，保證安全。護(hù)拱上用碎渣鋪填2m厚左右作為緩沖層，預(yù)防可能出現(xiàn)掉塊的沖擊。

（2）坍體回填。坍方體清除后，拱背先用漿砌片石回填2～3m厚，其上再用干砌片石回填，回填高度應(yīng)盡量填滿坍穴范圍，坍體內(nèi)木撐盡量拆除;坍穴護(hù)拱與拱圈間應(yīng)全部回填密實(shí)，坍穴護(hù)拱以上回填厚度可根據(jù)具體情況而定，但不小于2m;如坍塌方范圍高大，在坍穴內(nèi)進(jìn)行回填操作不便時(shí)，可選擇適當(dāng)位置另行開(kāi)鑿專供回填的坑道;如坍塌方直達(dá)地表，除按規(guī)定做好拱部回填外，另用一般土石回填夯實(shí)至距地表1～2m，再用粘土回填至略高于地表并向四周傾斜，周圍應(yīng)做好排水溝。

七、預(yù)防坍塌的措施

高速公路黃土隧道冒頂坍塌多發(fā)生在洞口淺埋、偏壓段，施工中以“強(qiáng)支護(hù)”為施工原則，作業(yè)時(shí)嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、早封閉、勤量測(cè)”的標(biāo)準(zhǔn)，特別重視拱腳的加固處理和鎖腳錨桿等重點(diǎn)部位的施工質(zhì)量控制。我們通過(guò)分析沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制預(yù)留沉降量，有效地控制圍巖的變形。當(dāng)原設(shè)計(jì)不能滿足圍巖安全時(shí)應(yīng)立即調(diào)整加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)，提高初支支撐的整體性，防止基礎(chǔ)失穩(wěn)，及時(shí)跟進(jìn)仰拱和二襯。重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，有效地降低施工階段由于不良地質(zhì)引發(fā)的坍塌冒頂?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：張瑞華（1978—），男，陜西藍(lán)田人，工程師，本科，供職于中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司，研究方向：隧道工程。