浅谈高速公路隧道塌方冒顶处理施工技术
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摘要：本文结合工程实例，介绍隧道塌方冒顶处理开挖、支护施工技术。
关键词:高速公路隧道塌方冒顶 处理监控量测
1 工程概况
南安（金淘）至厦门高速公路主线起于泉州南安泉三高速公路金淘互通，经安溪县进入厦门市同安区，终于集美区田厝，设厦门枢纽互通接沈海高速公路；项目设同安云埔至罗溪连接线，起于云埔枢纽互通，经莲花隧道，止于厦门市莲花镇与漳州市交界的罗溪。本项目在起到连接泉三与沈海两条高速公路重要作用的同时，也是泉州、厦门两市公路主骨架的重要组成部分。项目路线全长98.6公里，其中主线段86.9公里，连接线11.7公里，投资概算总额约95亿元。厦门段路线全长41.4公里，主线29.7公里，连接线11.7公里，全线按高速公路双向四车道标准建设，投资概算总额约42.57亿元。
本线主线中的高速公路隧道小坪隧道设计行车速度为80 km/ h，建筑界限：行车道宽度为2×3.75米，净高5米，左侧路缘带宽为0.5米，右侧路缘带宽为0.75米，两侧设检修道宽0.75米，高于路面0.25米。隧道进口左洞位于R=830米、右洞位于半径R=902.81米的圆曲线上，出口左洞位于半径R=730米，右线位于半径R=850米的反向圆曲线上。左洞隧道纵坡-2.48%，长度842米，（其中左线Ⅰ号隧道404米，左线Ⅱ号隧道438米），右洞隧道纵坡-2.5%，长度858米。小坪隧道地属剥蚀丘陵地貌，隧道经过坡体处植被发育。左线Ⅰ号隧道进口山坡自然坡度约20-22°，出口侧山坡自然坡度约18-20°；左线Ⅱ号隧道进口侧山坡自然坡度约25-29°，出口侧山坡自然坡度约17-20°；右线进口侧山坡自然坡度约20-24°，出口侧山坡自然坡度约25-30°。隧道沿线地形陡峭，呈波状起伏。
2 塌方发生情况
2010年3月9日上午, 小坪左线Ⅱ号隧道施工至掌子面ZK13+144（施工顺序由出口往进口方向施工），准备进行出碴时于隧道右侧开始坍塌冒顶，坍塌漏洞横向宽度约3ｍ，纵向宽度约3ｍ，深度约3ｍ。隧道塌方冒顶形态见图1 。
3 塌方原因分析
结合本隧道的地质状况,经仔细分析,认为造成塌方的原因为: ZK13+150-144段围岩原设计是Ⅳ级围岩，Z4型（钢格栅）支护。根据现场实际情况区内地形陡峭,山体单薄,岩性软弱,岩体破碎,垂向裂隙发育,岩体力学强度低,实际隧道围岩应为V 级围岩，降水入渗增大了围岩的自重,软化了岩体的力学强度,也产生了较大的静、动水压力,在隧道偏压的共同作用下,为滑塌体的失稳提供了动力条件:上述几种条件同时作用下,最终导致了滑塌的形成和滑塌失稳。
4 塌方处理方案及施工措施
4. 1、处理依据
2010年3月9日下午业主、设计、监理、施工四方代表及有关专家在冒顶和塌方现场进行踏勘，经过细致研究和讨论做出具体的处理方案，形成塌方冒顶处理方案并形成会议纪要。
4. 2、洞顶地表处理
在洞顶塌陷坑周边修筑截排水沟，并在塌坑上方搭设防雨棚，以阻止地表水继续向塌方区汇集。
4. 3、洞内观测
加强观测洞内围岩以及塌方体后方已施工的初期支护变形情况，并将现场监控数据进行回归分析，以便对围岩及初期支护稳定进行分析与加固。
4. 4、塌方影响段处理
⑴、在洞内塌方体表面喷一层20cm厚的C25早强混凝土将塌方体封闭，且根据具体情况在塌方体上设置平孔排水并及时将水排出洞外，以保持洞内塌方体稳定。然后在塌方体表面打入Φ50mm小导管，梅花形布设，间距为100x100m，导管长为6m，注C30水泥浆以固结塌方体。对塌方体开挖后，每一循环小导管注浆搭接长度应大2米，作为止浆墙用。
⑵、对塌方体后方已施工好的初期支护进行加固，采用径向小导管注浆补强，小导管长6米、间距100x100cm，具体范围初定5m，可根据现场初期支护变形范围调整长度。若初期支护变形（二衬侵限）大于5cm应采取逐榀置换钢支撑，置换前先采用径向小导管注浆，待小导管注浆达到强度后方可进行置换，置换后必须保证初支及二衬达到原设计厚度。
⑶、在上述第⑴、⑵点施作结束后，对地表塌坑进行回填处理，要求回填至原地貌，回填的材料为50％原状土和50％的5％水泥稳定土，回填过程中要用小型设备进行碾压夯实，同时回填后的地表要求按照明洞回填处理，施工50cm的胶泥防渗层并进行绿化，在施工过程中要特别注意施工安全和塌坑的防水。
⑷、在上述第⑶点达到强度后方可继续掘进，要求采用CD法开挖洞身，可采用一侧导坑先开挖到超过塌方段落（初期支护应随挖随支护到设计要求并严格控制超前小导管施工质量），然后视中侧壁稳定情况决定是否对侧壁再进行加固；而后再进行另一侧导坑开挖。
CD法施工顺序和施工方法
1）开挖顺序
根据滑塌体特征,考虑塌体隧道段施工安全及塌体的稳定,确保安全、可靠、不留后患、经济和快速施工，在本段施工区域监测稳定的情况下，滑塌体处治施工顺序为：开挖内侧侧壁导坑左上半断面→初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及临时仰拱）→开挖侧壁导坑左下半部分（包括临时仰拱）→左侧导坑上半断面初期支护（包括侧壁临时支护、拱墙初期支护及仰拱初期支护）→开挖右侧导洞上半断面→右侧导洞上半断面初期支护（包括拱墙初期支护及临时仰拱）→开挖剩余部分（包括临时仰拱）→剩余部分初期支护（包括仰拱初期支护及临时仰拱）→拆除侧壁临时支护→灌注仰拱砼→铺设环向盲沟及防水板，整体灌注二衬砼
2） 开挖方法
开挖方式采用人工风镐开挖或弱爆破施工。局部需爆破时，采用微振光面爆破技术，周边眼间距0.45m，严格控制炮眼深度及装药量，尽可能减少超挖及减轻对围岩的扰动和破坏。
施工时按顺序图进行施工，特别是洞口偏压浅埋地段，要求：
①洞身开挖后，应及时初喷砼至掌子面，与爆破时间间隔不大于8小时，施作初期支护（包括仰拱初支）及中隔壁，使洞身尽快封闭成环。
②中隔壁U25型钢支撑纵向间距与主洞洞身初支的U25型钢支撑相同。相临两在洞口边仰坡监测稳定的情况下
5.施工过程的监控量测
此次塌方治理过程中的实时监控量测分四项内容:地表沉降监测、隧道拱顶沉降量测、隧道围岩收敛变形量测以及隧道支护结构受力情况监测。
(1) 地表沉降监测:采用精密水准仪进行地表沉降监测,基点设在离塌体较远的稳定基点上,在塌体范围地表每10 m 一个监测断面,每个断面不得少于10 个测点,测点范围在垂直于隧道轴线方向延伸至塌体外。
(2) 隧道拱顶沉降量测:采用精密水准仪进行拱顶沉降监测,每5 m 一个监测断面。
(3) 隧道围岩收敛变形量测:采用周边收敛仪进行围岩周边收敛变形量测,每5 m 一个监测断面。
(4) 隧道支护结构受力监测:在隧道围岩与支护结构之间预埋压力盒,并利用钢弦测力计测量压力盒受力。
5、结束语
通过上述方法的处理,该高速公路隧道用半年的时间便顺利的通过了浅埋偏压塌方段,使得这个高速公路重难点工程得到了处理。
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