公路隧道常见中小规模塌方处治及预防控制措施

邓 华

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

公路隧道常见中小规模塌方处治及预防控制措施

邓 华

(中交第三公路工程局有限公司，北京 100012)

受自然地质条件、施工方法和施工质量等的影响，中小型塌方在公路隧道施工中经常发生，造成人员伤亡、工期延误、机械设备毁坏、工程费用增加等后果。分别对冒顶塌方、未冒顶塌方等两种塌方处治方法进行了探讨，并提出了塌方预防控制措施。对隧道塌方处治及预防有一定的指导意义。

隧道； 塌方； 处治； 预防

1 概述

在采用钻爆法施工的隧道工程中，塌方灾害是隧道建设过程中的普遍灾害,尤其是中小型塌方较多。根据塌方堆积体的体积大小，划分为较小、小、中、大塌方。对于常见的上下台阶法开挖的2车道隧道，其上台阶为单心半圆，内轮廓半径从5.1～5.55 m，延米体积为50～63 m3，根据塌方堆积体顶部充填长度l和塌方堆积体体积V，将塌方按照塌体规模划分为较小、小、中、大塌方，见表1。

表1 塌方分类表塌方类别塌方堆积体顶部充填长度l/m塌方堆积体体积V/m3较小l≤1V≤50小1

本文主要探讨中小型规模塌方的处治及预防方法。对于中小型塌方事故的处治，国内已经积累了一些经验，大多是根据每一处塌方的实际情况，进行针对性的处治，而没有形成系统的中小型塌方处治手册。塌方分为冒顶塌方、未冒顶塌方的两种型式，冒顶塌方就是岩体坍塌至地表，未冒顶塌方就是岩体坍塌未至地表，在围岩内部形成一空腔。本文比较详细地探讨了中小型塌方处治方法，并提出了一些塌方预防控制措施。

2 塌方处治

2.1 中小型冒顶塌方的处治

1) 塌方体顶面在隧道轮廓线附近(2 m范围内)。

隧道发生冒顶塌方，且塌方体顶面在隧道轮廓线附近，见图1。

图1 冒顶塌方

为了保证施工安全及处治效果，具体处理措施为： ①在地表沿塌坑四周施做排水沟并用彩布遮盖塌坑； ②把塌方体沿着隧道轮廓线抹平(把塌方体顶面做为底模)，并浇筑C20混凝土护拱,护拱高1 m，护拱中埋设2根Φ89钢管，钢管嵌入围岩不小于0.5 m，见图2；③塌体开挖并支护，钢拱架间距0.5 m每榀；④塌坑回填并拍实。

图2 护拱法处治

2) 塌方体顶面在隧道轮廓线2 m以上。

隧道发生冒顶塌方，且塌方体顶面在隧道轮廓线2 m以上，见图3所示。

图3 冒顶塌方

针对这种情况，具体处理措施为： ①在地表沿塌坑四周施做排水沟并用彩布遮盖塌坑； ②在塌方体顶面浇筑一层C20混凝土，厚20 cm，防止跑浆； ③在塌腔部位施做Φ42小导管并注浆，注浆终压为1.5 MPa，小导管长4 m，环向间距40 cm，纵距2 m，见图4所示； ④塌体开挖并支护，钢拱架间距0.5 m每榀；⑤塌坑回填并拍实。

图4 注浆小导管处治

2.2 中小型未冒顶塌方的处治

中小型未冒顶塌方的处治应根据塌方体的情况而定，可以分为以下两种情况：

1) 塌方体顶面在隧道轮廓附近(2 m以内)。

隧道发生未冒顶塌方，且塌方体顶面在隧道轮廓线附近，见图5。

图5 空腔塌方

为了施工安全，采用如下处治措施： ①反压回填塌方体并加固，防止塌方的进一步发生； ②抹平塌方体，并浇筑混凝土护拱，护拱厚度1.5～2 m； ③对塌腔进行吹沙回填； ④隧道开挖并支护。见图6。

图6 护拱法空腔塌方处治

2) 塌方体顶面在隧道轮廓线2 m以上。

隧道发生空腔塌方，且塌方体顶面在隧道轮廓线2 m以上，见图7所示。

图7 空腔塌方

具体处治措施为： ①对塌腔进行吹沙回填； ②在塌腔部位施做Φ42小导管并注浆，注浆终压为1.5 MPa，小导管长4 m，环向间距40 cm，纵距2 m，见图8所示；③塌体开挖支护钢拱架间距0.5 m/榀。

图8 小导管注浆空腔塌方处治

3 隧道塌方预防研究

在软弱位移或断层地带，塌方很容易发生，但实际上大多数的塌方是可以控制的，本文通过加强超前支护及改变开挖方法来控制塌方，超前支护有小导管、长管棚、锚杆等等，开挖方法有三台阶法、弧形导坑预留核心土法等。

3.1 超前支护控制措施

超前支护是在隧道开挖前沿隧道轮廓线对围岩进行加固，加固的范围一般为隧道轮廓线外2～3 m，长管棚一般用在隧道洞口破碎段，超前小导管通常用于Ⅴ级围岩地段，而超前锚杆一般用在Ⅳ围岩地段。超前支护施工完毕之后，再对隧道进行开挖，在加固圈保护的作用下隧道开挖之后的围岩变形会小很多。

3.1.1 长管棚

隧道洞口段一般围岩破碎，为了施工安全，左右洞一般都要施做长管棚。管棚钢管采用φ108×6 mm热轧无缝钢管，环向间距40 cm，接头用长15 cm的丝扣直接对口连接。钢管设置于衬砌拱部，平行路面中线布置。要求钢管偏离设计位置的施工误差径向不大于20 cm，沿隧道纵向同一横断面内接头数不大于50%，相邻钢管接头数至少须错开1.0 m。为增强钢管的刚度，注浆完成后管内以M30号水泥砂浆填充。为了保证钻孔方向，在明洞衬砌外设80 cm厚C30钢筋混凝土套拱，套拱纵向长2.0 m，套拱内设置φ133×4 mm孔口管。考虑钻进中钻头下垂，钻孔方向应较钢管设计方向上偏1°。钻孔位置、方向均应采用测量仪器测定，在钻进过程中也必须用测斜仪测定钢管偏斜度，发现偏斜有可能超限，应及时纠正，以免影响开挖和支护。长管棚布置图见图9所示。

图9 长管棚布置图(单位： cm)

3.1.2 超前小导管

隧道Ⅴ级围岩地段设置了超前小导管，在掌子面超前施作后可以为后续初期支护的施工提供足够的时间和安全保护。钢管采用φ42×3.5 mm的热轧无缝钢管。钢管环向间距40 cm，外插角控制在5°～10°左右，尾端支撑于钢架外侧，每排小导管纵向至少需搭接1.0 m。超前小导管注浆采用水泥浆液，注浆参数及注浆量应根据现场实际情况定，注浆参数建议如下：水泥浆水灰比：0.5∶1～1∶1；水玻璃溶度：35波美度，模数为2.4，掺量按水泥用量的5%计；注浆压力按0.5～1.0 MPa，每孔注浆量达到设计注浆量时可以结束注浆。对于极破碎段可以考虑双排超前小导管，小导管的布置图见图10所示。

图10 小导管布置图(单位：cm)

3.1.3 超前锚杆

隧道Ⅳ级围岩地段设置了超前锚杆。锚杆采用直径22 mm，长4.5 m(5.0 m)的Φ22钢筋，环向间距约40 cm。锚杆施作方向应根据岩体结构面产状确定，以尽量使锚杆穿透更多的结构面为原则，外插角可采用7°～20°不等。采用早强药卷作为粘接材料，每排锚杆纵向至少须搭接1 m。超前锚杆布置见图11所示。

图11 超前锚杆(单位： cm)

3.2 开挖方法控制

在塌方风险存在的区域，通常采用三台阶法、弧形导坑预留核心土法，两种方法均没有增加工程数量，只是在开挖方面比普通的上下台阶要复杂一点，三台阶法、弧形导坑预留核心土法能更好地控制围岩变形，从而达到控制塌方的目的。

弧形导坑预留核心土法开挖见图12所示，三台阶法开挖见图13。

图12 弧形导坑预留核心土法

图13 三台阶法开挖

弧形导坑预留核心土法的开挖步骤如下： ①拱部开挖并支护； ②核心土开挖； ③下导坑左侧开挖； ④下导坑右侧开挖； ⑤施工二次衬砌。

三台阶法的开挖步骤如下： ①上部开挖并支护； ②中部开挖并支护； ③下部开挖并支护； ④施工二次衬砌。

4 结论及建议

在隧道施工中，受自然地质条件、施工方法和

施工质量等的影响，隧道塌方经常出现。塌方的处治实际上是抢险工程，一旦发生塌方，应首先弄明白两个问题：是冒顶塌方还是空腔塌方？塌方的范围有多大？然后根据现场实际情况进行处治，处治的方法可以参照前文所述的方法进行，以确保施工安全和后期的结构运营的安全。

隧道塌方对工程安全存在着巨大的危害,施工过程中一定要把防塌列为隧道施工重点问题。在不良地质条件下进行隧道施工应以防塌为重点,一定要施做超前支护，并且要保证超前支护施工的质量，然后采用弧形导坑预留核心土法或者三台阶法进行隧道的开挖,做到弱爆破,短进尺,强支撑,早封闭。另外，在那些存在着塌方风险的地段，应加强监控量测工作，适当加大监控量测的频率、观测断面及观测点。及时掌握初期支护变形情况，根据量测结果，及时分析判定围岩支护结构的稳定性，一旦发现异常，应及时采取有效措施并上报有关单位，避免次发生坍塌事故。施工过程中，应安排专职的观察员，不间断地观察施工作业面围岩情况，发现异常及时通知作业人员撤出，确保施工人员安全。

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2016-08-29

邓华( 1978-) ，男，工程师，主要从事公路桥梁与隧道施工与管理工作。

1008-844X(2017)01-0152-04

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