某隧道洞内拱顶掉块坍塌原因分析与处理

摘要：通过对某隧道拱顶掉块坍塌过程以及地质分析，判定掉块坍塌原因，并根据拱顶掉块情况进行分段支护，安全、合理、科学的治理了此次掉块坍塌，为今后的工程提供参考与借鉴。

关键词：拱顶掉块；坍塌；分段支护

1 工程概况

某隧道为双线隧道，起讫里程DK128+160~D2K129+845，全长1685m。隧道采用两端组织施工，进口为反坡施工，出口为顺坡施工，其中进口施工段长840m，出口施工段长845m。

隧道位于四川省宜宾市翠屏区思坡乡境内，属于川南红层丘陵地貌，上覆第四系全新统崩坡积块石土，坡残积粉质黏土；下伏基岩为白垩系窝头山组泥质砂岩夹泥岩，侏罗系上统蓬莱镇砂岩夹泥岩，且地下水较发育，对混凝土结构有侵蚀性，隧洞深部为储气结构，临近大塔场气田及青杠坪气田，为低瓦斯隧道，隧道最大埋深120m，局部为浅埋隧道，20‰坡度下坡，出口边坡仰坡位于松散块石土中，岩质陡坎，隧道整体地面高程330m~470m，地面最大高差140m。 2 坍塌情况 2.1 坍塌过程

掉块首先发生在隧道出口掌子面D2K129+437段处，该段处于Ⅲc、Ⅲe级围岩深埋段，采用台阶法开挖，见图2-1台阶法施工工序立面示意图。

隧道拱顶首先出现局部渗水，且向大里程方向蔓延，但拱部及边墙围岩监控量测数据显示，无明显变化。考虑到渗水对围岩自稳能力有一定影响，

D2K129+440~D2K129+437段按照Ⅲe符合衬砌施工。由于复合式衬砌方式的转变(Ⅲc转变为Ⅲe型)，需要将已经喷射混凝土好的支护面进行再次扩挖，以便安装格栅钢架。在扩挖完成并准备架立格栅钢架时，拱顶掉块严重，立即采取措施暂停施工，对拱顶掉块处进行了喷射混凝土封闭处理（施作人员在安全位置喷射）。在复喷结束后，掌子面拱顶掉块现象仍然没有遏止，越发严重，并向大里程方向扩散至D2K129+461处（拱部形成宽2~6m、长24m、径向深0~8m的坍腔，掌子面处径向深8m），严重影响施工，见图2-2洞内拱顶掉块。

图2-2 洞内拱顶掉块 2.2 坍塌原因分析

隧道围岩以砂岩为主，夹少量泥岩，其中砂岩为紫红色，弱风化，以薄层状为主，岩层缓倾，节理中等发育，砂岩、泥岩层理面之间夹多层石膏，石膏层厚度0.5~3cm。隧道出口掉块段地形图如图2-3所示。

（1）拱顶有局部渗水，导致石膏层与基岩面黏结力更差；

（2）拱顶基岩面上存在多层石膏岩，掉落的岩块也是一面或多面贴着一层石膏，围岩分层严重，整体性较差；

（3）钻爆法开挖，对围岩的扰动很大，分层围岩更加松散，以致掉块。

图2-3 隧道出口掉块段地形图 3 分段处理

针对拱顶掉块不同程度，将D2K129+485-D2K129+473分为三段并采取不同的支护方式进

行处理。

3.1 轻微掉块段

D2K129+485-D2K129+473段距离塌腔较远，围岩基本稳定。现场采取钢筋混凝土结合药卷锚杆，进行支护，施工过程如下：

（1）采用Ф25药卷锚杆将围岩串联成一个整体。锚杆长3.5m，间距1m×1m(环向×纵向)，为减小对拱顶围岩扰动，拱顶锚杆间距，可适当加大。杆体垂直于岩面。药卷须在水中浸泡至水泥水化作用充分，但不能过久，并保证在水泥初凝前使用完毕。施工时，可配合使用专用的工具，用锚杆的杆体将\"药卷\"匀速地顶入锚杆安装孔，边顶边转动杆体(配合使用专用工具时会自动转动)，使\"药卷\"水泥在杆体周围均布密实，但不可过搅。施工过程中，顶入和转动杆体时，应注意\"匀速\"。安装好后，可用\"钢筋头\"或其他楔块，在孔口将杆体固定。 （2）采用单层Ф25钢筋网作为骨架。钢筋间距1m×0.2m(环向×纵向)。主筋底部与地面结合部位用钢板进行支垫，防止钢架下沉。

（3）钢架安装结束后，采用C25喷射混凝土，对围岩进行封闭，混凝土厚度10cm。喷射混凝土饱满，无空洞，

见图3-1轻微掉块段支护示意图。

图3-1 轻微掉块段支护示意图 3.2 较明显掉块段

D2K129+473-D2K129+461段，拱顶局部出现剥落，且距离塌腔较近。本段采取20b工字钢外加锚喷支护的方式。钢架间距0.6m/榀。纵向连接钢筋环向间距1m，拱顶处加密。采用Ф25药卷锚杆代替组合中空锚杆，锚杆长3.5m，间距1m×1.2m（环向×纵向）。钢架底部与地面结合部位采用500×240mm钢垫板进行支垫，以减小拱顶下沉。 见图3-2较明显掉块段支护示意图。

图3-2 较明显掉块支护示意图

测量人员精确定位出D2K129+461~D2K129+451段临时仰拱钢架中心高程以及该段初支钢架顶部中心高程，并用红油漆标识。然后计算出两高程之高差，以对照加工I20临时竖撑。竖撑采用I20b型钢，纵向间距1.2米。临时竖撑施工顺序为：先在初支钢架顶部中心安装一条纵向10m长I20b型钢，再自掌子面向大里程方向安装竖撑型钢，间距1.2m，上部与拱顶纵向型钢焊接，使竖撑型钢形成整体受力，下部与临时仰拱型钢中心焊接。 见图3-3竖撑型钢截面示意图。

图3-3 竖撑型钢截面示意图 3.3 塌腔段

D2K129+461-D2K129+437段，掉块较严重，拱顶经过长时间掉块，已逐渐形成0-8m深塌腔；故本段采取加强支护。具体做法如下：

（1）对D2K129+449～D2K129+437段采用弃渣或砂土进行回填，回填高度至隧道拱顶； （2）在该段拱部120°范围内增设Ф108大管棚；

（3）在该段拱顶泵送2m厚C25混凝土与管棚形成整体护拱； （4）立钢拱架及喷锚支护；

（5）封闭掌子面，进行地质确认。 见图3-4塌腔段加强支护示意图。

图3-4 塌腔段加强支护示意图 具体施工过程如下：

（1）测量定位、回填碴土：测量定位出大管棚打设至掌子面的位置，并计算管棚钻机架设位置，以便确认填土高度。采用长臂挖掘机进行隧道洞内回填，沿掌子面向大里程方向依次填土至D2K129+451（已支护段），填土高度具体位置以测量数据为准，在D2K129+451修建施工平台，以便打设大管棚。

（2）施作大管棚：在D2K129+451处安装钢架，利用钢架制作导向架，确保大管棚施作

的准确定位。接下来在拱部120°范围内打设大管棚，管棚环向间距30cm、外插角3°、单根长度17m，深入掌子面基岩3m，管棚内置钢筋笼并注M20水泥浆。

（3）泵送混凝土：泵送高度为拱顶以上2米范围，与大管棚形成整体护拱。

（4）开挖立架：采用预留核心土法开挖，洞身本身采用渣土回填，为了降低对围岩的扰动，采用挖掘机配合人工开挖；支护方式按照Vc型复合衬砌进行施工。 4 注意事项

（1）施工前，对作业人员进行安全、技术交底。在确保作业人员安全的情况下，进行施工。

（2）未按要求采取安全防护措施，不得进行作业。

（3）作业过程中，安全员、技术员全程旁站，随时观察围岩变化情况以及监督施工人员安全作业。遇突发情况，及时组织作业人员撤离。

（4）施工过程中，洞内严禁爆破，减少对围岩的扰动。

（5）测量人员加强对围岩的监控量测，量测频率为8小时一次（可根据量测数据适当调整），泵送混凝土时加大监控量测频率。塌腔处泵送混凝土时不易过快，且一次方量不能太大，分多次泵送。 结 语

掉块坍塌是隧道施工中易发生的、较典型的事故，是由多种因素共同作用的结果， 其中地质因素往往起决定性作用。通过坍塌原因的初步分析及坍塌段处理的工程实践表明，必须切实吸取教训，总结经验，规范施工行为，加强质量管理，建立保护围岩的基本概念和行为准则，坚持“弱爆破、勤量测、短进尺、强支护、早封闭”五大施工原则。 参考文献：

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