对隧道洞顶特大坍塌处理措施

对隧道洞顶特大坍塌处理措施的探讨摘要：本文是笔者结合多年工作经验，以及工程案例，主要针对案例中的隧道坍塌事故处理措施作出了简要阐述，以供参考。

关键词：隧道；坍塌；原因分析；事故处理
一、隧道坍塌概况
s13等级公路复建工程1#隧道全长881米(里程fk1+655～
fk2+536)，开工时间2010年6月，截止11月底，隧道完成开挖、初期支护约293米。

由于设计围岩级别与实际围岩级别差异较大，在隧道开挖过程中针对围岩的变化情况对施工方法进行了调整，缩小钢支撑间距，量测围岩收敛情况，及时采用喷射混凝土封闭围岩。

但是， 2010年12月1日在fk1+948～fk1+956.5段突然发生大坍塌，塌方段长度8.5m，同时隧道内出现裂缝，渗水量大，施工单位立即组织人员抢险和排水。

12月10日交通局领导请设计院到现场指导，并召开了指挥部、设计院、地质、监理、施工单位参加的处理方案会议，会后施工单位依据会议确定的处理方案进行实施。

2011年1月14日在隧道内又发生突发性坍腔冒顶,而后塌腔内出现多次大塌方；塌腔位于隧道轴线上方地表260m2的塌陷区域，地表沉陷最深处约15m。

1月15日至3月11日多次召开专题会，确定处理方案。

塌方段隧道洞顶覆盖层厚度约45m，塌体为强风化岩夹残积土，呈黄色砂性土夹大小孤石结构，地下水丰富。

据地质部门分析：受
塌方冒顶的影响在 fk1+933～fk1+990段均为塌方扰动地段。

从第一次坍方到现在先后坍塌达4次之多，每次坍方时泥浆铺满隧道80m 以上，泥浆厚度从0~3m深度，施工人员都无法直接进入坍方面，累计清理坍方数量达4000余立方岩土；从2010年12月2日开始坍方抢险至2011年3月5日历时3个月多,在隧道开挖过程中，由于上级领导和相关部门的高度重视和支持下，暂时跨越坍方段当前正抓紧进行围岩变化交界面区域的小断面掘进施工。

二、坍塌原因分析：
经指挥部、地勘单位、设计院、监理办等单位领导和专家到现场调查分析后认为：该区域地质条件差，塌方段处于岩体断层变化的交界面，开完掌子面地质右侧属ⅲ级围岩，左侧属于ⅵ级；也就是说左侧属于全风化砂性土在地下水的作用下变成泥浆，右侧断面为花岗岩石，断面岩层结构复杂、节理发育，地下水丰富，属于不可抗力自然塌方。

三、坍体处理措施及过程:
坍体处理期间项目部根据现场实际，向业主、设计、地质、监理汇报抢险方案，并及时修正优化后实施。

在处理过程中业主、设计、监理均派人全程监督施工安全与质量。

抢险过程中投入机械设备：挖掘机一台，镐头机一台，喷浆设备2套，注浆机一台，压浆机一台，电焊机2台，气割机一台， 50装载机一台，20立方米空压机2台，后八轮汽车6辆。

安排管理人员和作业人员：长期参与处理坍方和支护班组20余人， 24小时轮班不间断奋战。

处理坍方分为以下几个阶段实施：
第一阶段：处理时间2010年12月2日至12月22日，安设排水管、清理流体、架设钢拱架、搭设作业平台、固结坍体、清理前方塌体。

1、清理坍体流砂、稀泥浆，在弃渣地点设置泥浆池，防止泥浆污染环境，动用汽车、铲车、自卸汽车运土方；
2、为了确保已开挖区域安全，坍方现场会议决定对坍塌后方
k1+918～至ki+933段已开挖断面进行加固支护，架设16号工字钢，间距1.5m，网喷混凝土20cm；
3、加固k1+933～k1+948段已支护断面，由于该坍体属于流沙、粘土孤石、巨石组成，总结第一次清理大坍塌的经验,现场会议几方商定在纵向斜面上采用毛竹片满铺，然后喷射一层混凝土，在
k1+933～k1+948纵向搭建临时钢架操作平台，以保证施工人员在坍体上有临时的作业面。

加固内容：第一步：在断面左右两侧边墙泥浆断面打入20号工字钢，浇筑50×50的混凝土纵向梁，在纵向梁上支护环向断面工字钢，工字钢采用i20间距120cm，挂网喷射c25砼25cm。

第二步：拆除临时支架平台，进入下台阶挖土接工字钢喷射混凝土，就在施作下部完成瞬间，由于坍塌清理土方扰动坍体，
突然从坍腔内又再次出现大坍塌；
第二阶段：处理时间2010年12月23日至2011年1月14日，注浆凝固坍体、预留核心土以及坍体拱部人工施作拱部支护。

1、支护范围k1+933～k1+948段，坍塌上半断面注浆固结，拱顶采用多层小导管注浆，人工开挖土方。

挖土支护过程中经常出现拱部坍塌，高度一般1～2m，采用逐层喷射混凝土填穴，步步为营施作。

每次开挖支护间距30～50cm,钢拱架逐榀往前推进施工至
k1+954停止，抢险时间到2011年1月11日。

至此坍方左侧堆积体距离前方掌子面还有2.5m，考虑安全隐患无法排除，为此转入下台阶挖土接边墙工字钢支护措施。

2、下导逐榀钢拱架接脚施工，2011年1月12至14日在下导支护完成左侧2榀工字钢，进入第三榀工字钢挖土时突然出现坍塌空腔内失稳再次出现冒顶大坍方，此次坍方由于坍腔内5～10立方米的巨石与坍腔流体直接冲击拱顶，造成原支护的拱部k1+951.5～
k1+954段范围2.5m垮塌。

情况十分危急，经业主、监理等相关单位各方人员到现场踏勘后作了紧急安全处理,所幸未发生人员安全伤亡事故。

第三阶段施作：时间2011年1月15日至2月25日：
1、在2011年1月15日，省交通厅领导亲临施工现场，由业主、设计院、监理、承包人再次安排组织抢险，并召开专题会议，确定施工处理方案。

由于冒顶坍方高约45m以上，在坍体穿越施工区域，
潜在安全隐患，为了消除施工人员恐惧心理障碍，切实做好安全工作，首先在洞顶地表塌陷坑槽采用雨布覆盖，周围做好安全警示牌，拉好红线做好安全警示标志牌确保塌陷坑的安全警示。

2、项目部成立以项目经理为安全组长，安全员全天候驻阵现场指挥操作，项目总工全程指导现场施工质量与安全作业；配备救生工具，组织足够人员、机械、设备抢险，确保安全生产，杜绝安全事故发生。

3、现场会议针对本次坍体危险性，以及相关的技术要求作了详细的安排，并分析了是否能够实现穿越坍体施工，进行了改建方案对比和评估。

会议分析了是否考虑变更线路轴线。

通过会议再三研究论证认为，虽然改移隧道轴线对安全生产有相对保障，但是该隧道半径小，纵坡大，如实现改移轴线势必造成前方300m隧道全部报废，可想而知投入之大、工期之长、政策处理以及审批难等一系列难题。

本人结合以往处理坍方经验，向专题会议提出自己的处置方案，为此会议决定维持原设计线路走向不变，同意本人提出的方案抓紧拟定穿越坍方段技术处理方案。

4、坍体处理措施:见图
(1)清理fk1+918～fk1+933段坍体乱石、流砂粘土；从洞外弃渣场地运石渣回填fk1+918～fk1+948修筑施工便道，并在
fk1+945～948段修筑施工安全通道。

原已支护的部位漏水处加打泄
水孔。

（2）在坍体与掌子面间纵向打入超前注浆小导管，间距第一层15cm仰角3度，第二层间距25 cm仰角20度，第三层间距40 cm 仰角45度；同时在第一台阶至第三台阶核心土部分采用小导管注浆凝固坍方松散体。

（3）下部施工从左侧先进，挖土间距一般以1～2榀工字钢为单位，挖土完成后在左右支撑水平梁下打入工字钢，然后安置水平梁与两侧基岩顶紧形成临时仰拱，平台采用毛竹片铺平，喷射砼厚度15cm；左右接脚处安置纵向工字钢与水平梁焊接牢固，再接环向工字钢。

从fk1+948～fk1+952段逐榀清理连接上台环形钢拱架，具体环形钢拱架长度根据现场决定，现场坍体形状台阶高度3.5m
过渡到2.5m；每完成一榀工字钢必须立即打入锁脚锚杆，锁脚锚杆间距环向50cm，然后挂网喷砼，左侧超宽断面统一采用同级喷射砼喷射密实，同时在隧道中心线上采用i20#工字钢，从水平支撑梁与拱顶垂直支撑顶紧焊接牢固。

（4）fk1+948～fk1+952段拱脚连接完成后，转入上台阶施工第三台阶按4-(2)条要求施工，逐榀往前推进至开挖掌子面fk1
+956.5合拢完成后转入下台阶施工，此项处理2011年2月24日完成拱部合拢封闭施工。

第四阶段施作：时间2011年2月25日至3月4日，处理内容：巩固坍体处理成果，确保下步掌子面爆破作业时不会影响坍方区
域，避免造成二次坍塌。

1、 2月26开始下导挖运坍体土石方，采用镐头机破碎孤石，禁止爆破作业，先施作中台阶临时仰拱，下部边墙工字钢逐榀接到隧道基底，加密打入注浆锚杆、锁脚锚杆逐榀工字钢架设，及时挂网喷砼。

2、对k1+948～k1+956.5段坍体全断面采用大钢筋网片喷砼加固，加固方法环向采用φ22螺纹钢间距15cm,纵向采用φ12螺纹钢间距15cm，喷射c25砼厚度15cm；
四、坍方处理成果：
在业主、设计、地质、监理、检测等单位的大力支持下，通过项目部全体人员历时3个多月的认真细致操作，周密合理安排，采取有效的措施、终于突破完成坍方区域抢险任务，比原定改移隧道轴线方案节省造价，节省工期短，确保坍方抢险过程中零事故的安全目标。

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