略论隧道的冒顶病害整治办法论文
1隧道设计概况
地质岩性洞身、底板地层为石炭系中统本溪组（C2b）地层，岩性组成较为复杂，主要岩性有泥质页岩、铝质泥岩（铝土岩）、薄层灰岩（或相变为泥灰岩）、砂岩、煤线等，以中薄层状—页理状构造为主，层理十分发育，风化程度也较高，岩质普遍很软；顶板以石炭系上统太原组（C3t）地层为主，主要岩性有泥质页岩、含燧石条带（或团块）灰岩、砂岩、煤层、泥灰岩等，其中泥页岩呈薄层状或页状产出，层理十分发育，风化程度也较高，岩质较软或极软；石灰岩一般含燧石呈致密微晶质结构，以中厚层状构造为主，裂隙较为发育，岩质较坚硬，主要分布于隧道顶板附近，砂岩呈灰黄色，以细粒结构为主，中薄层状构造，裂隙发育，岩质相对较软，分布在隧道洞顶以上。水文隧址区地表水主要来自大气降水补给，本隧道洞身内有少量地下水存在，预测洞内涌水量为10~20m3/d·km。不良地质根据勘察报告，采空区分布极不规则，隧道穿越采空区以巷道为主，断面尺寸较小，左右幅洞体内各种巷道（采空区）累计分布长度分别约150m。K27+920—K28+220段也布设了3个钻孔，其中一个钻孔揭露到采空区，有掉钻现象，另外两个钻孔均揭露到煤层。
2塌方冒顶
3月26日，K28+003—K28+031段初期支护发生变形、开裂，主要为拱顶120°范围内。3月31日K28+003—K28+031发生坍塌，4月1日K28+021地表沉陷，陷坑深约11m、直径5m,塌陷坑洞侧壁倾角为-65°左右。塌陷坑洞大致呈一倒圆锥状，总塌方量约5000m3。
3原因分析
根据详细的勘察结果，（C3t）地层中发育有一层3m左右的石灰岩，其强度较高，调整线位标高，使隧道拱顶位于该石灰岩以下2~5m处。该石灰岩虽然强度较高，且该岩层中基本可以排除采用区发育的可能性，但其节理较为发育。隧址处地层以石炭系地层为主，煤及硫磺矿呈鸡窝状分布，小规模的私挖乱采形成了大小不等、分布不均的采空区。根据3月26日隧道施工现场工作人员反映，隧道拱顶曾发生了突然的震动。结合采空区及地层岩性情况分析，受隧道爆破影响，隧道拱顶采空区的突然坍塌，导致拱顶石灰岩破裂，从而冲击隧道初期支护，导致支护变形失稳。水文地质原因冰雪融水，加之降雨的影响，岩体中含水量增大。在水的软化、溶解作用下，岩土体黏聚力降低，内摩擦角值减小，强度减弱，加之本身自重增加，致使岩土体稳定性变差。施工原因由于工期原因，调整了开挖掘进方式。原设计为侧壁导坑法，临时改为上下台阶法。增大了临空断面，围岩急剧变形，上覆破碎软弱岩体应力加大，超过了初支衬砌的抗力范围，导致支护失稳。左洞掌子面超过右线掌子面约30m。虽左洞二衬已经施工完成，形成了刚性支撑，但受左线开挖影响，软弱岩体应力须重新分布，塑性变形比较缓慢，虽左洞开挖轮廓线处的变形受支护的制约不再发生，但岩体内部的变形压密作用还在继续。受此影响，扩散角辐射区域穿越右洞上覆岩层，引起右洞一定范围内的围岩松弛变形。在原设计中，该段采用的是NATM和矿山法相结合的设计理念。在开挖时充分利用围岩的临时自稳能力，以节约投资。开挖后快速封闭成环，施工完二衬后，由初支及二衬共同承担上覆荷载。为了追求进度，仰拱没有紧跟掌子面。隧道拱顶围岩塑性变形得不到有效抑制，应力不断集中，初支未能形成闭合环，支护抗力大打折扣，加之二衬跟进不及时，最终导致变形过大、塌方。监控量测重视不足该隧道的监控量测信息反映滞后，加之管理混乱，未能发挥依托监控量测信息控制施工的目的。
4冒顶处治设计
明开挖方案从K28+000—K28+220（隧道终点），隧道拱顶埋深36~2m，且隧址范围内采空区发育，围岩均为强风化泥页岩，工程地质条件极差，从施工安全、工程造价、工期等各方面考虑，首推明开挖方案。但受地形制约，该处为一越岭隧道，该区域唯一一条主干道沿山脊展布，若采用明开挖方案，当地交通将陷入瘫痪。临时措施事故发生以后，经过2d的监控观察，确认围岩达到暂时的稳定。先对上部坑口进行回填轻压（杜绝震动干扰），填料为6%的石灰土；完善地表的排水设施；洞内，采用沙袋反压溜土面，防止涌土进一步发生；在K27+995—K28+001段施工套拱，锁住大变形断面，阻止变形进一步向进口段扩展。套拱采用I20工字钢架，纵向间距25cm，钢架间纵向连接筋采用φ28，环向间距1m。喷射混凝土25cm厚，锁脚锚杆每处5根，斜向下放射状打入，径向锚杆在拱顶120°范围内加密，间距50cm，单根长2.5m。并补充必要的地质勘探工作。穿越坍塌松散体穿越坍塌松散体，基本设计思路是梁壳体跨越。先采用中管棚和小导管超前注浆，在拱顶的松散体中形成一个固结壳体。管棚具有梁和注浆导管的双重作用。为了保证管棚的刚度，同时考虑到松散体成孔困难的特点，采用φ89中管棚。节长9m，环向间距50cm，仰角10°，拱顶120°范围内布设。通过注浆后，以管棚为中心形成一排直径约40cm的固结梁。为了更好地填充管棚梁间隙的空隙，在管棚之间交错布设φ42超前小导管，环向间距50cm，仰角25°，通过小导管注浆，基本可以实现拱顶120°范围内，拱顶2.1m厚度内松散体的固结，形成一个临时的固结壳借助壳体支撑作用，实现掌子面的开挖。注浆的扩散半径按40cm考虑，松散岩体的孔隙率按30%考虑，注浆的填充率按75%考虑，以此控制注浆总量，注浆压力为0.5~1.0MPa。浆液的配合比根据现场试验确定。若发现有漏浆情况应掺加水玻璃，注浆的目的性很明确，就是有效地固结拱顶2.1m厚度范围内的松散岩体。2.1m以外的松散体产生荷载并在进一步坍塌时起缓冲垫层的作用，不做加固处理。由于该隧道的`围岩条件差，设计阶段采用新奥法和矿山法相结合的思路，永久荷载由初支和二衬共同承担，塌方后上部松散堆积体荷载增加，支护方面，须加强初期支护的刚度，故初支I20a钢拱架的间距调整为50cm，二衬维持原设计。施工期间锁脚锚杆变为锁脚注浆导管，长度3m，每处4根。超前管棚和小导管组合体系的特点以往设计中，超前管棚是由若干根简支梁形成一个棚的支撑，单个梁之间彼此孤立，特别是在循环接头处，受仰角影响，管棚横向距离加大，临近管棚的末端，注浆压力损失严重，注浆效果明显减弱，注浆的固结效果难以保证，致使管棚抗劈裂作用力严重不足，施工安全得不到有效保障。此次设计的核心是将以往的“棚”变为“壳”。超前管棚和小导管组合体系，通过小导管对管棚间未能固结的部分进行二次注浆加固，增强各个梁体（管棚注浆固结体）之间的横向黏结，在拱顶形成一个具有一定强度的连续性梁壳，提高超前支护的抗劈裂能力，保证了施工的安全。
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