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摘要：新建铁路南宁至广州客运专线NGZQ-6标故哨顶1号隧道在DK229+460处出现了冒顶塌方，综合分析地质，施工等因素并通过力学模型分析了塌方的主要原因，并结合具体工况，采取了洞外地表处理，洞内超前小导管注浆加固，以及开挖预留核心土等方法，有效地处理了塌方并顺利渡过塌方地段。
关键词：隧道工程；塌方冒顶；超前小导管注浆
1、前言
在近年来铁路客专工程的施工过程中，由于设计选线标准的不断提高。隧道的数量越来越多，而且隧道常常作为整个工程的控制工程。隧道施工过程中如果出现塌方，不仅会延误工期，增加工程投资，降低隧道成品质量，而且还会对施工安全造成重大威胁。加上设计单位对隧道里程范围内的工程和水位地质情况了解的不详细，对围岩没有足够的认识，工期压力的影响，施工人员普遍着赶工思想，忽略施工规范要求，施工方法不当，施工质量不高，就可能会造成塌方。本文从发生在故哨顶1号隧道中的冒顶塌方事故出发，试着分析塌方的原因，总结塌方发生时的处理方法，以提高今后隧道施工的质量及效益。
新建铁路南宁至广州客运专线NGZQ-6标故哨顶1号隧道。隧道起讫里程为DK229+230～DK229+510，全长280m。隧道地处丘陵区，地形起伏较大，最大高差约50m，植被较发育，洞身主要穿越粉质黏土、强风化的粉砂岩等，在野外调查期间，DIG-291所量测基岩产状235°∠32°, DIG-292所量测基岩产状353°∠12°,经推测在洞身IDK229+400附近应有一向斜构造。勘探时未揭示有基岩裂隙水，但本区大气降水丰富，工点处植被良好，砾岩透水性较强。安排一个隧道施工队从隧道出口掘进施工。
2、塌方经过
表2.1 塌方发生经过表
3、隧道塌方原因分析
3.1地质方面
分析隧道塌方上部地形：
塌方地段围岩上方如图，正好为山体上部两道冲沟的交汇处，受地质构造的影响，隧道内围岩节理裂隙发育，泥夹层交错，结构松散，而且水的软化作用降低了结构面和软弱岩层（特别是粉砂岩）的力学强度。塌方地段所处位置基本上处于暗挖与明洞的交界处过去38米。经过对塌腔的观察，发现塌腔沿隧道小里程方向为岩面，对于松散体，本身就存在着沿着岩面滑塌的风险。
3.2 施工组织方面
3.2.1 此处地质勘查判别为Ⅴ级围岩，施工方法为三台阶开挖法，而施工人员凭主观认为此处围岩情况较好，改为上下台阶法。
3.2.2 项目作业队在此处施工过程中，进尺过大。忽视了Ⅴ级围岩中施工应遵循的短进尺，弱爆破，强支护的原则。
3.2.3经过对塌方上部山体调查得知，塌方处仍然处于洞口浅埋地段，极易受到雨水冲刷，而造成山坡体滑移或危岩落石等导致失稳。所以必须对边、仰坡及时进行喷、锚、网的联合封闭支护。但是联合封闭支护只做到了距离塌方处3米处，对塌方处明显的地质潜在危险认识不足，没有将塌方处上部地表封闭。
3.3 力学综合分析
将我们的隧道近似表示为轴对称圆巷道，根据其弹塑性位移计算公式
（ 式3.1对轴对称圆巷的理想弹塑性分析的卡斯特纳方程），
将式3.1中代入（式3.2轴对称圆巷周边的位移公式）
可得
（式3.3）该式表示了隧道周边位移和支护反力成反比关系，将该公式绘制成曲线如图3.1中A曲线，即为围岩特性曲线。
式3.3仅表示了隧道内围岩本身特性，而实际工程中还要施做初支及二衬，因此在轴对称圆形隧（巷）道内修建圆形衬砌，可将圆形衬砌视为受均匀外压P的厚壁圆筒（即我们所作的初期支护），如圆筒的内、外径和材料弹性常数分别用表示，则根据厚壁圆筒公式，可得到圆筒外缘的径向位移为
（式3.4）该式表明，周边位移和支护作用成正比关系，同样绘制在图3.1上，即为支护特性曲线。如图3.1中B曲线将（式3.3及式3.4）两式联立可以求得具体条件下的支护压力和衬砌壁面位移的解，也即图3.1上两线的交点（工况点）的坐标。围岩特性曲线A和支护特性曲线B构成了它们共同作用关系。从该图可以看出，如果改变支护的刚度，就可以改变支护的受力状态，例如，支护刚度变小（直线B的斜率变小），也就是说钢格栅间距拉大，喷射砼厚度不足，锚杆打设数量长度不足，则支护受力也减小，隧（巷）道周边径向位移就增加。如果位移过大，则会造成隧道围岩失稳坍塌。该图还反映了岩体力学性质和支护时间对共同作用的影响。岩体性质越软，围岩特性曲线A越向外移动，变形也越大；而支护时间越迟，支护曲线B的起点离坐标的原点也越远，支护工作压力也越低。由此综合分析此次隧道坍塌，由于客观因素岩体性质软，且我们的开挖进尺过大及格栅间距拉大导致支护刚度不足以及由于支护时间太迟等主观因素，3者共同作用，造成了围岩变形位移过大，最终打破了围岩稳定的极限，所以造成了此次坍塌。
4、处置方案及技术措施
4.1洞外处理
根据地表调查，对于地表直径4米，深8.5米的塌腔采用回填C15素混凝土，附带混凝土中插入钢管作为拉筋的方式，进行填补。
4.2洞内处理
4.2.1稳定塌体封闭掌子面
对洞内塌体及掌子面进行挂网喷混凝土，网片直接覆盖在塌体表面，并采用U形栓固定好，然后对整个塌体喷射厚30 厘米的 C25混凝土。
4.2.2洞内径向加强支护
针对如何对洞内径向加强支护形成了两种处治方案，分别为超前小导管法及长大管棚法，这两种方法都是基于钢管的梁效应和注浆的加强效应。但是长大管棚法主要用于洞口段加固，需要专业机械施做，施工周期长，注浆效果难于保证，因此决定采用超前小导管法这种灵活方便的方式。
超前小导管采用φ 42 mm 热轧钢管，壁厚3.5 mm，长度为6.0 m，纵向间距为1.0 m，环向间距为15 cm，仰角为12～16°。注浆用浆液水灰比为0.5～1.0，注浆压力1.0～2.0 MPa，必要时在孔口设置止浆塞。
4.2.3洞身开挖施工
洞身开挖施工在洞内外的处理方式全部处理完后开始进行。首先清理了洞内的塌体及堆土反压的土体，并加强超前支护，然后采用预留核心土分布开挖的方式施工。具体工序为：：清除塌方体——超前注浆导管注浆——环形导坑开挖——架设钢拱架——锚喷支护——核心土开挖——下导坑开挖。
经过上述方法综合治理，最终顺利通过塌方段。在随后紧跟的监测中，根据在边墙及拱部预设观测点，进行周边收敛及拱顶下沉测量，以及在冒顶处设地表沉降观测点的观测，塌方区域围岩变化稳定，在规范允许值之内。
5、结束语
1、 隧道坍塌方对工程的进度和效益影响巨大，塌方一般都因为较差的地质构造产生的,因此在隧道施工时必须加强对围岩的观察,以及地表情况的了解，并掌握地质构造变化的规律。所以在隧道施工中首要的任务是切实做好各種防坍塌措施，防止坍塌的发生。
2、 隧道施工必须贯彻“管超前、严注浆、短进尺、留核心、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，科学组织施工。针对不同的地质条件要选择相适应的施工方法，地质条件变化，要及时改变施工方法，合理安排工序间距。
3、坍塌发生后对于如何加固隧道塌方区岩层，应通过综合对比施工速度及经济效益来选择，损失降到最小。
参考文献：
[1] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[2] 蔡美峰.岩石力学与工程[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
[3] 陈秋南, 赵明华. 复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术[J]. 岩土力学, 2009, 30（3）: 650－654.
[4] 郑淑峰 镇保隧道左幅进口端偏压浅埋段塌方的处治[J]. 铁道建筑, 2006, 12: 42－43.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：隧道工程；塌方冒顶；超前小导管注浆
1、前言
在近年来铁路客专工程的施工过程中，由于设计选线标准的不断提高。隧道的数量越来越多，而且隧道常常作为整个工程的控制工程。隧道施工过程中如果出现塌方，不仅会延误工期，增加工程投资，降低隧道成品质量，而且还会对施工安全造成重大威胁。加上设计单位对隧道里程范围内的工程和水位地质情况了解的不详细，对围岩没有足够的认识，工期压力的影响，施工人员普遍着赶工思想，忽略施工规范要求，施工方法不当，施工质量不高，就可能会造成塌方。本文从发生在故哨顶1号隧道中的冒顶塌方事故出发，试着分析塌方的原因，总结塌方发生时的处理方法，以提高今后隧道施工的质量及效益。
新建铁路南宁至广州客运专线NGZQ-6标故哨顶1号隧道。隧道起讫里程为DK229+230～DK229+510，全长280m。隧道地处丘陵区，地形起伏较大，最大高差约50m，植被较发育，洞身主要穿越粉质黏土、强风化的粉砂岩等，在野外调查期间，DIG-291所量测基岩产状235°∠32°, DIG-292所量测基岩产状353°∠12°,经推测在洞身IDK229+400附近应有一向斜构造。勘探时未揭示有基岩裂隙水，但本区大气降水丰富，工点处植被良好，砾岩透水性较强。安排一个隧道施工队从隧道出口掘进施工。
2、塌方经过
表2.1 塌方发生经过表
3、隧道塌方原因分析
3.1地质方面
分析隧道塌方上部地形：
塌方地段围岩上方如图，正好为山体上部两道冲沟的交汇处，受地质构造的影响，隧道内围岩节理裂隙发育，泥夹层交错，结构松散，而且水的软化作用降低了结构面和软弱岩层（特别是粉砂岩）的力学强度。塌方地段所处位置基本上处于暗挖与明洞的交界处过去38米。经过对塌腔的观察，发现塌腔沿隧道小里程方向为岩面，对于松散体，本身就存在着沿着岩面滑塌的风险。
3.2 施工组织方面
3.2.1 此处地质勘查判别为Ⅴ级围岩，施工方法为三台阶开挖法，而施工人员凭主观认为此处围岩情况较好，改为上下台阶法。
3.2.2 项目作业队在此处施工过程中，进尺过大。忽视了Ⅴ级围岩中施工应遵循的短进尺，弱爆破，强支护的原则。
3.2.3经过对塌方上部山体调查得知，塌方处仍然处于洞口浅埋地段，极易受到雨水冲刷，而造成山坡体滑移或危岩落石等导致失稳。所以必须对边、仰坡及时进行喷、锚、网的联合封闭支护。但是联合封闭支护只做到了距离塌方处3米处，对塌方处明显的地质潜在危险认识不足，没有将塌方处上部地表封闭。
3.3 力学综合分析
将我们的隧道近似表示为轴对称圆巷道，根据其弹塑性位移计算公式
（ 式3.1对轴对称圆巷的理想弹塑性分析的卡斯特纳方程），
将式3.1中代入（式3.2轴对称圆巷周边的位移公式）
可得
（式3.3）该式表示了隧道周边位移和支护反力成反比关系，将该公式绘制成曲线如图3.1中A曲线，即为围岩特性曲线。
式3.3仅表示了隧道内围岩本身特性，而实际工程中还要施做初支及二衬，因此在轴对称圆形隧（巷）道内修建圆形衬砌，可将圆形衬砌视为受均匀外压P的厚壁圆筒（即我们所作的初期支护），如圆筒的内、外径和材料弹性常数分别用表示，则根据厚壁圆筒公式，可得到圆筒外缘的径向位移为
（式3.4）该式表明，周边位移和支护作用成正比关系，同样绘制在图3.1上，即为支护特性曲线。如图3.1中B曲线将（式3.3及式3.4）两式联立可以求得具体条件下的支护压力和衬砌壁面位移的解，也即图3.1上两线的交点（工况点）的坐标。围岩特性曲线A和支护特性曲线B构成了它们共同作用关系。从该图可以看出，如果改变支护的刚度，就可以改变支护的受力状态，例如，支护刚度变小（直线B的斜率变小），也就是说钢格栅间距拉大，喷射砼厚度不足，锚杆打设数量长度不足，则支护受力也减小，隧（巷）道周边径向位移就增加。如果位移过大，则会造成隧道围岩失稳坍塌。该图还反映了岩体力学性质和支护时间对共同作用的影响。岩体性质越软，围岩特性曲线A越向外移动，变形也越大；而支护时间越迟，支护曲线B的起点离坐标的原点也越远，支护工作压力也越低。由此综合分析此次隧道坍塌，由于客观因素岩体性质软，且我们的开挖进尺过大及格栅间距拉大导致支护刚度不足以及由于支护时间太迟等主观因素，3者共同作用，造成了围岩变形位移过大，最终打破了围岩稳定的极限，所以造成了此次坍塌。
4、处置方案及技术措施
4.1洞外处理
根据地表调查，对于地表直径4米，深8.5米的塌腔采用回填C15素混凝土，附带混凝土中插入钢管作为拉筋的方式，进行填补。
4.2洞内处理
4.2.1稳定塌体封闭掌子面
对洞内塌体及掌子面进行挂网喷混凝土，网片直接覆盖在塌体表面，并采用U形栓固定好，然后对整个塌体喷射厚30 厘米的 C25混凝土。
4.2.2洞内径向加强支护
针对如何对洞内径向加强支护形成了两种处治方案，分别为超前小导管法及长大管棚法，这两种方法都是基于钢管的梁效应和注浆的加强效应。但是长大管棚法主要用于洞口段加固，需要专业机械施做，施工周期长，注浆效果难于保证，因此决定采用超前小导管法这种灵活方便的方式。
超前小导管采用φ 42 mm 热轧钢管，壁厚3.5 mm，长度为6.0 m，纵向间距为1.0 m，环向间距为15 cm，仰角为12～16°。注浆用浆液水灰比为0.5～1.0，注浆压力1.0～2.0 MPa，必要时在孔口设置止浆塞。
4.2.3洞身开挖施工
洞身开挖施工在洞内外的处理方式全部处理完后开始进行。首先清理了洞内的塌体及堆土反压的土体，并加强超前支护，然后采用预留核心土分布开挖的方式施工。具体工序为：：清除塌方体——超前注浆导管注浆——环形导坑开挖——架设钢拱架——锚喷支护——核心土开挖——下导坑开挖。
经过上述方法综合治理，最终顺利通过塌方段。在随后紧跟的监测中，根据在边墙及拱部预设观测点，进行周边收敛及拱顶下沉测量，以及在冒顶处设地表沉降观测点的观测，塌方区域围岩变化稳定，在规范允许值之内。
5、结束语
1、 隧道坍塌方对工程的进度和效益影响巨大，塌方一般都因为较差的地质构造产生的,因此在隧道施工时必须加强对围岩的观察,以及地表情况的了解，并掌握地质构造变化的规律。所以在隧道施工中首要的任务是切实做好各種防坍塌措施，防止坍塌的发生。
2、 隧道施工必须贯彻“管超前、严注浆、短进尺、留核心、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，科学组织施工。针对不同的地质条件要选择相适应的施工方法，地质条件变化，要及时改变施工方法，合理安排工序间距。
3、坍塌发生后对于如何加固隧道塌方区岩层，应通过综合对比施工速度及经济效益来选择，损失降到最小。
参考文献：
[1] 关宝树. 隧道工程施工要点集[M]. 北京: 人民交通出版社, 2003.
[2] 蔡美峰.岩石力学与工程[M]. 北京: 科学出版社, 2002.
[3] 陈秋南, 赵明华. 复杂层状岩层隧道塌方原因分析与加固后信息化施工技术[J]. 岩土力学, 2009, 30（3）: 650－654.
[4] 郑淑峰 镇保隧道左幅进口端偏压浅埋段塌方的处治[J]. 铁道建筑, 2006, 12: 42－43.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。