哈大客運專線淺埋超大斷面隧道塌方處理工法

葉少敏

1 工程概況

1.1 一般概況

臺山隧道位于遼寧省大連市,隧道位于丘陵地區,臺山隧道全長332 m,為雙線擴大斷面隧道。為滿足局部地段鋪架需要,隧道斷面內輪廓根據橋梁和運梁車通過隧道的要求在滿足開行350 km/h高速鐵路列車要求的建筑接近限界基礎上進行加大,斷面為單心圓結構,半徑為7.9 m,隧道最大開挖寬度17.64 m,最大開挖寬度14.63 m,開挖面積208.89 m2,屬于淺埋超大斷面隧道,隧道采用CRD法施工。

1.2 地質條件簡介

隧道表覆第四系上更新統坡殘積層(Qdl+el3)粗角礫土,下伏元古界青白口系(Qn)石英砂巖、石灰巖、泥灰巖。巖體節理發育。該塌方段巖性主要為泥灰巖,泥質結構,巖溶裂隙極發育,應為強風化,呈碎石鑲嵌狀結構,有軟弱夾層和滑移面,且巖面平整光滑。

2 坍塌情況及原因分析

2.1 坍塌情況說明

隧道出口3部開挖至DK47+744,初噴混凝土及鋼拱架施工完成后,發現3部掌子面拱頂處掉渣掉塊,作業人員感覺情況異常,立即組織人員及設備撤出洞內。40 min后3部拱頂坍塌,立好的兩榀鋼拱架變形塌落,小導管被拉出巖面,坍塌體砸倒中隔壁鋼架,隨后1部拱頂發生坍塌。施工時,1部已超前3部9 m。3部洞室掌子面架設的2榀Ⅰ20a鋼拱架已經斷裂,約3 m初期支護嚴重變形。塌方體為塊狀及碎塊狀泥巖、礫質黏土,施工斷面尚未全部掩埋,頂部有約6 m2通道。1部洞室施工斷面已被塌方體全部掩埋,拱部靠近隔墻處有一個小洞,但看不見里面的情況。從3部小通道進去察看,塌方后隧道拱部上面形成很大的空腔,空腔高度約8 m,1部、3部已經連通,隔墻已經倒塌。1部、3部與隧道中線斜交約45°坍塌長度有18 m左右。坍塌面呈垂直和傾斜,凹凸不平。3部前方存在一個明顯滑動面,左上方發現有地下水滲出;1部洞室全部被塌方體封死,支護全部垮塌或扭曲變形。塌方體滑動剝落后,拱部空腔自然形成三角形,仍有碎土滾落。DK47+756至洞口方向初期支護未發現異常,洞身趨于穩定。

2.2 坍塌原因分析

隧道掌子面位于偏壓、破碎構造帶內,且有軟弱夾層和滑移面,巖溶裂隙極發育,坍塌處巖體松散,粘結力和自穩能力差。近期連續降雨,因地表植被茂密,地下水下滲后軟化破碎帶內的填充物,破壞了地層的平衡狀態,土巖的自穩能力急劇下降;由于斷裂面光滑,土巖間相互摩阻力顯然大大降低,拱部松散的土石全部滑塌使初期支護遭到破壞。

3 坍塌處理的方法

1)待巖體穩定后立即對塌方空腔巖面噴射C25纖維素混凝土進行封閉,根據噴射混凝土厚度可分層噴射,待噴射混凝土到一定強度后再噴射下次混凝土,最終噴射混凝土厚度不得小于10 cm。

2)1部和3部同步進行加固處理,處理起點里程DK47+758。DK47+758～DK47+753段5 m范圍內沿徑向全斷面打設φ 42小導管,對圍巖進行壓漿處理,讓松散圍巖粘結成整體,增加環向圍巖拱形穩定性,防止在清除塌方體時因側壓力導致該段初期支護失穩再次發生塌方。1部,3部支撐加固鋼拱架穿過中隔墻直接連接,形成整體拱形結構。鋼拱架背后與初期支護之間噴射混凝土,并在鋼拱架處打設徑向φ 22砂漿錨桿,對鋼拱架進行固定,長度4 m。間距0.75 m(縱)×1 m(環),每環打設22根(見圖1)。

3)對洞內坍塌堆積體進行φ 42小導管注漿固結處理,小導管長度3.5 m,間距1 m,梅花形布置。防止拱腳開挖和清除核心土時塌方體繼續垮塌,以便安裝鋼拱架作業順利進行,防止核心土坍塌引起掌子面繼續坍塌。要求注漿孔深度不小于3 m,壓水泥漿液固結松散體,注漿施工前塌方體表面先噴射C25混凝土封閉穩定。

4)為防止在塌方處理過程中已塌方段孤石脫落傷人,1部,3部DK47+753拱頂處塌方缺口用砂袋或木板進行封閉。然后噴射混凝土進行密封,通過埋設φ 150 mm鋼管對塌方空腔內壓入C25混凝土封閉缺口,但侵入輪廓線內段空腔用砂袋堆碼成洞拱形,減少開挖工作量。空腔內壓入的混凝土厚度約為1.5 m～2 m,混凝土在空腔內自流找平,形成整體保護層,再在混凝土上面灌注粉煤灰+砂拌合料形成緩沖層。壓入的混凝土達到終凝時間12 h后,對塌方體進行注漿固結處理(見圖2)。

4 注意事項

1)堆碼砂袋時要堆碼密實,防止在灌注混凝土時引起胎膜大量下沉。2)砂袋胎膜輪廓線一定要比隧道開挖輪廓大,且大致圓順,留有足夠的下沉量,防止塌穴灌注混凝土下沉侵入開挖輪廓限界。3)為了防止因混凝土及粉煤灰+砂拌合料的灌入使塌穴內形成密封高壓,導致灌注困難,必須設置排氣管;為了準確判定灌注是否達到要求高度,必須設高度檢測管?；炷帘盟凸?、排氣管、高度檢測管設置是否合理準確是保證本工法施工質量的關鍵,必要時可多預留。4)洞身嚴格按臺階法標準進行開挖支護,嚴格按“短進尺、強支護、快閉合、緊襯砌”的施工原則進行作業。5)隧道最大覆土18.4 m,坍塌頂面距原地面只有12 m～14 m,在處理坍塌期間,以1次/2 h的頻率觀測地表沉降。

5 結語

本工法在施工過程中有效的處理了塌方地段,效果良好,通過徑向注漿和鋼架套拱加固臨近塌方段、噴射混凝土封閉坍塌面、碼砂袋成拱的快速封堵有效規避了次生安全風險,泵送混凝土和粉煤灰加砂拌合料便于控制施工質量,使洞頂形成足夠強的保護實體,在混凝土保護層下進行洞身開挖支護,安全可靠。

[1] TB 10003-2005,鐵路隧道設計規范[S].

[2] TB 10204-2002,鐵路隧道施工規范[S].

[3] TZ 204-2008,鐵路隧道工程施工技術指南[S].

[4] 鐵道部第二勘察設計院.鐵路工程設計技術手冊?隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1995.

[5] 孟慶余.張集線“沙袋胎膜護拱塌方處理法”探討[A].第十一屆中國科協年會論文集[C].2009.