浅谈一种隧洞塌方的处理措施
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作者:胡顺利 王晗 向阳
摘 要：本文结合实际工程案例，对隧洞塌方原因进行分析，并介绍一种隧洞塌方有效的处理措施，为以后隧洞施工中类似问题提供了解决思路与施工工艺。
关键词：隧洞塌方;原因分析;处理措施
随着我国经济技术的高速发展，工程建设日益增多，隧洞工程的施工也越来越频繁。在不良地质条件下，隧洞工程施工过程中难免会遇到塌方甚至冒顶的情况，如果处理不当很可能会发生二次坍塌，造成更大的损失和影响。本文结合湖北某物流廊道工程隧洞施工中的塌方事故，介绍利用超前管棚支护来处理隧洞塌方的技术措施。
1 工程概况
湖北某物流廊道工程是为了响应国家矿业绿色发展的号召，主要承担输送砂石骨料产品。物流廊道轴线沿线地形地貌类型较为复杂，山体连绵，纵向起伏较大，为低山、剥蚀残丘地貌，沿线穿越多座山体，穿越山体的隧洞断面采用7.5m×5.0m城门洞型。
隧洞塌方位于桩号K1+268掌子面处，掌子面处隧洞埋深约40～45m，塌方前破碎锤在凿壁施工，不久后，大量小块径岩石（约2至10cm）自左侧拱角处掉落，随之掉落了大块径的岩石。地质勘察报告显示塌方位置洞身和洞顶均为B15a3层中风化泥质细砂岩，地层产状N65～70°E，SE∠55～60°，节理裂隙较发育，岩体较破碎，围岩易掉块，围岩稳定性差，该段隧洞围岩分级为Ⅳ级。
2 塌方原因分析
在隧洞施工中发生塌方的原因有很多，结合本工程的实际情况，塌方原因主要为以下两个方面：
（1）地勘资料不详实。为了节约工程投资，对必要的地质勘探工作没有做到位，对隧洞洞身段的地质勘察采用野外观测、历史调研的手段，这种方法得出的地勘资料往往不够充分，对可能塌方的位置不明确，一旦遇到软弱、破碎层很可能措手不及造成塌方。
（2）施工原因。设计上此段位置使用钢拱架支撑，注浆小导管超前支护，但由于施工单位使用的注浆设备性能不足，导致注浆小导管的注浆效果差，从塌方现场来看，小导管与周围岩体没有粘结。此外，施工单位擅自更改支护方案，没有采用全断面加强支护，仅对以前掉块的隧洞右侧采用锚杆沿洞轴线方向超前支护，本次事故恰恰发生在没有锚杆支护的隧洞左侧。
3 塌方处理措施
3.1 石渣回填
隧洞塌方后顶部形成了较大的空腔，并且由于岩体破碎导致掉块不断，若不及时处理很可能引发更大规模的塌方，造成工期严重滞后甚至人员伤亡。最终确定的思路是向空腔内浇筑混凝土，再使用管棚超前支护。
在给空腔浇筑混凝土前，将设计开挖线内往洞口方向用石渣回填适当距离，以封堵塌方位置，并且为下一步的灌注混凝土起到止浆墙作用，这一方法可以减小混凝土的回填工程量并降低后期开挖难度。石渣回填至隧洞顶部时，需给塌方留下的空腔位置预留混凝土泵管、注浆管和出气管。石渣回填结束后给回填出的掌子面素喷C25混凝土，起到固结封闭的效果。
3.2 空腔灌注混凝土
待上一步石渣回填工序完成后，下一步就是使用混凝土将石渣层顶面与岩体间空腔位置填满。
在石渣回填过程中已经预埋了混凝土泵管、灌浆管和出气管，需要注意的是灌浆管、出气管需尽量预埋在空腔最顶部。混凝土灌注完成后，通过预埋灌浆管灌注水泥砂浆，水泥砂浆能够充填岩层面与混凝土间的缝隙，还能够使岩体与所灌注的混凝土更好地粘结。
灌注水泥砂浆时，根据出气孔里是否开始冒浆来判断空腔已填满。
3.3 管棚支护
混凝土灌注24h后即可开始管棚施工。
管棚支护采用12m长，直径80mm，壁厚8mm的无缝钢管，管壁四周钻直径16mm的压浆孔，孔间距为20cm，压浆孔按梅花型布置。钢管前端加工成锥形，尾部设150cm长的止浆段，当钢管需要焊接加长时，应保证同一断面内接头数量不超过钢管总数的50%。
管棚环向间距40cm，为保证支护效果，管棚外插角越小越好，应控制在7°以内，具体角度根据现场实际情况定。管棚施工前设置直径108mm的孔口管以严格控制管棚的打设方向，还可在钢拱架的腹板开孔以穿管棚。
管棚注漿采用水泥浆液，注浆压力控制在1.0～2.0Mpa，注浆前进行现场注浆试验，根据现场实际情况调整注浆压力以及设计终压。随着注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10min，或者进浆速度为初始进浆速度的1/4时即可结束注浆，注浆结束后采用M10砂浆充填钢管以提高管棚强度。
回填混凝土和管棚注浆在初期支护外围形成了拱形加固带，使其能够有效承受塌方位置松散体的压力，保证了开挖和初期支护施工的安全。
4 结语
湖北某物流廊道工程隧洞塌方处理，由于处理技术方案总体合理可行，使得工程继续顺利进行，工程损失以及工期延误最大程度地减小。
实践证明：对隧洞塌方段采用先石渣回填，再在空腔处灌注混凝土，最后管棚支护的处理措施，技术可行，经济节约，易于操作。该方法是治理隧洞塌方的一种安全有效可行的手段，可资类似工程借鉴。
参考文献：
[1]赵福成.浅谈某浅埋引水隧洞塌方处理[J].吉林水利，2013.
[2]刘飞.浅谈隧洞掘进施工中不良地质段的处理[J].建筑工程技术与设计，2015.
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