双线铁路隧道塌方处理总结

双线铁路隧道塌方处理总结

姜强

姜强（中铁十二局集团第四工程有限公司陕西西安710021）

[摘要]：通过武广客运专线某隧道塌方处理的工程实例，介绍大断面软弱围岩隧道塌方处理措施及步骤，对类似隧道塌方处理有所借鉴。

[关键字]：铁路隧道；塌方；处理措施

1、工程概况及地质情况

武广客专某隧道全长4210m，位于直线上，进出口段覆盖层为粉质黏土、块石土。全隧Ⅳ、Ⅴ级围岩段长2628m，占全长62.9%，主要为全风化变质砂岩夹片岩、全风化花岗岩。

1.1自然地理状况

1.1.1地形地貌、地质特征

深丘地貌，地形波状起伏，地面高程为51～483m，相对高差小于80～300m，自然坡度一般为20°～35°，最大埋深约410m；进出口上覆粉质黏土，基岩为石英砂岩，变质砂岩夹片岩，花岗岩。

1.1.2不良地质现象

DK2080+080～+240穿越断层，DK2081+350附近为花岗岩与石英砂岩接触带，受此影响，岩体破碎，隧道地下水较发育。

1.1.3水文地质条件

地下水主要为基岩裂隙水，隧道范围内节理较发育，为深丘地貌，利于地表水的径流与排泄，风化带裂隙水水量微弱。断层破碎带及花岗岩与石英砂岩接触带附近构造裂隙发育，岩体破碎，地下水发育，构造裂隙水主要受地表沟水及大气降雨的补给，在陡坎或深切沟谷处排泄。对混凝土具中等溶出型侵蚀及中等硫酸型酸性侵蚀。

2、塌方经过及情况说明

2008年4月30日掌子面开挖到DK2081+030，晚上9时许发现掉块现象严重，9时30分左右，掌子面发生坍方，坍方影响范围的支护长度大约15m左右（DK2081+015~DK2081+030），DK2081+015~DK2081+023段拱顶钢架严重变形，且现场时有掉块现象，坍体呈碎石状、大块状，无泥质充填，部分块石直径1~2m，镜面发育，掌子面基本无水；2008年5月3日上午11时DK2081+015~DK2081+023发生坍塌，塌方影响范围扩大到DK2081+003~DK2081+030，5月4日上午9时30分于塌方段右侧有褐黄色泥水涌出，现场测量初步涌水量达120m3/h，到5月5日上午塌方段左侧也出现褐黄色泥水涌出，之后的涌水性状逐渐变成清→浑→清→浑，清水变成浑水的时间间隔没有规律，天晴、下雨均有发生。

3、塌方段施工处理技术措施

根据地质调查资料、洞内钻孔（风枪、超前地质钻孔时极易卡钻，说明围岩破碎、不易成孔）揭示的岩性、岩体的完整程度、涌出物的情况分析，隧道建设各方相关人员现场调查论证，为确保施工安全，采取以下施工方案。

3.1对塌方体进行加固。

在塌方结束围岩应力重新分配后，经过对距塌方体最近的沉降观测点的连续观测，72小时内6次观测拱顶下沉值及水平收敛值均处于稳定状态后。采用喷射混凝土对塌体进行封闭，包括初支与塌方体的结合部、局部存在小的空腔部位。喷射混凝土厚度为15cm，以满足后续注浆时浆液不溢出。在垂直被封闭的塌方体上打入长4.5m，直径42mm的小导管进行注浆加固，压力终值控制在1.2MPa。塌方体加固见图1

3.2临时支撑加固

对靠近掌子面附近围岩进行加固，拱顶塌体附近的钢拱架，每榀钢架环向打设Φ42mm小导管，环向间距40cm，纵向间距为60cm（钢架间距），呈梅花形布设，注水泥浆进行加固，压力控制在0.8MPa以内。

3.3大管棚施工

管棚选用Φ108的无缝钢管，长度35m，环向间距40cm，外插角5o~10o。采用THCD650C钻机跟管钻进，钻进过程中控制钻头钻进方向，保证管棚钢管在开挖轮廓线以外，且不至太高。管之间采用丝扣连接。管内进行注浆，浆液为水泥浆。浆液配比为：水灰比0.8:1，注浆时分段保压使注浆饱满，注浆压力为0.2~0.3MPa，压力终值控制在1.5MPa。见图2

3.4塌方段开挖

3.4.1开挖

塌方段开挖采用三台阶加临时横撑法，每个台阶控制在6~8m，以满足每循环超前小导管施工。上台阶每次进尺0.5m，开挖时预留核心土。在堆积体段落辅以“新意法”的理论（“新意法”理论认为“工作面及前方核心围岩的失稳是隧道塌方、失稳的原因”），对掌子面进行预加固。严防二次开挖造成更大范围的坍塌。在实施过程中结合多种地质预报结果综合采取多种手段。临时横撑施工见图3

3.4.2超前小导管施工、初期支护加强

超前小导管采用Φ42mm的无缝钢花管，每根长度4m，环向间距为40cm，每2米设一环，与大管棚环向间隔设置。为了确保施工安全，在Φ42mm的无缝钢花管前段直接焊接钻头自制自进式小导管，采用THCD650C钻机直接钻进法施工，并进行注浆加固。见图4、5

掌子面采用机械式冲击凿岩机进行开挖，开挖后及时进行素喷处理，喷射混凝土厚度不小于4cm。钢架采用20b工字钢，间距50cm，系统锚杆采用φ28自进式锚杆，长4.5米，环向间距70cm，纵向间距同钢架间距，并与钢架通过垫板焊接牢固；钢架与钢架之间的连接采用φ25钢筋弯成“U”字型在钢架腰部梯形连接，环向挂网喷射混凝土厚度28cm。

3.4.3超前地质预报

每个部位开挖前要施打三个超前地质预报孔，孔深5～6m，开孔角度30°～45°，目的是要确定拱顶及两侧开挖轮廓线外3～4m的围岩状况，以便有目的、有方向的对围岩进行二次加固。

每挖5-10米，即以地质雷达行进环向及超前地质探测，对空洞及松软地质有目的地进行加固，对加固效果再进行雷达探测，确保加固效果。

3.4.4监控量测

在塌方段开挖的每个阶段，二次开挖初期支护的稳定性关键靠监控量测的结果来确定，通常以拱顶下沉量和周边位移收敛值来衡量。数据的采集采用非接触量测法（采用全站仪进行观测）。监控重点主要放在临界面20m和塌方段，每隔5m设置一组观测点，拱顶埋设一个，每个台阶的两侧拱脚各埋设一组观测点，观测点的埋设在喷射混凝土作业之前完成，每次喷射混凝土施工完后及时清理出观测点的钢筋头，并贴带有十字线的反光膜，以方便观测。第一次量测时间在喷射混凝土施工完成后下次开挖前进行，第一次量测的初始读数是关键性数据，应反复测读。以后量测的频率一般是在1~15d内，每天2次。以后根据测点距开挖面的距离和位移速度进行确定。对于量测的数据及时进行收集整理，根据实测值找出回归方程，并绘出时间-位移曲线图，由回归方程推算最终的位移值，进行判断围岩支护的稳定性。

4、处理结果

该隧道经过上述塌方处理措施施工，施工过程中各项变形均控制在允许范围内，现已竣工，塌方处理达到预期效果。

5、结论

1）在高速铁路大断面隧道的施工中，贯彻“新奥法”的核心思想，保护、激发围岩自承能力，从而利用围岩自承能力，使围岩形成三轴应力状态，实现内压效果，从而达到支护目的。

2）严格遵循“先预报、预加固、严治水、短开挖、少扰动、强支护、早成环、快封闭、勤量测”的施工原则。

3）严格控制开挖净空，台阶长度，仰拱紧跟，尽早施做二次衬砌。