鐵路隧道塌方治理方案

楊遠超

(中鐵二院工程集團有限責任公司土建三院，四川成都610031)

1 隧道塌方事故概況

2008年7月26日，龍煙鐵路蓬萊隧道已完成初期支護施工的DK44+500～+533段發生了塌方，塌體數量巨大，導致該段近1/3隧道洞體全斷面塌滿。為避免險情擴大，首先根據現場具體情況對坍塌面(段)前方段進行了應急處理:即對DK44+530～+542段設型鋼支撐，對DK44+530～+555范圍段初支打設注漿錨桿注漿加固，將DK44+530～+540段塌方體注漿固結。待塌方情況基本穩定，方繼續對塌方段進行下一步的處理。

經現場分析，該段隧道主要巖土成分為風化石伴裂隙土(圍巖級別:Ⅴ級)，滲水性強。由于隧道的開挖、擾動使地質整體形態發生了改變，連日下雨地表匯水通過石隙浸蝕、滲漏，削弱了巖土結構的抗剪強度而造成本段隧道塌方的發生。

在采取應急措施的同時，我們很快制定出按上下導坑、預留核心土的方式掘進，噴射混凝土型鋼鋼架作為初期支護受力主體，上導坑作臨時仰拱形成封閉，并利用臨時仰拱在下導坑開挖過程中起強支撐作用的施工方案。

2 塌方處理方案

2.1 超前探孔

隧道塌方后DK44+500～+533段上方形成一定范圍的空洞(塌腔)。為探測上部塌腔具體位置及覆蓋層厚度，在DK44+532拱部上方，采用YT28氣腿式鑿巖機打設6個孔進行鉆探，以便為塌腔填充提供相應參數。

2.2 塌腔注漿(混凝土)

此次塌方的主要特點是范圍大、塌腔縱向長(圖1、圖2)，一次性封堵無法完成，故采取隨上臺階掘進分段進行封堵的方式及時灌注。塌腔處理采用“控灌結合”的方式進行，在鉆探孔能夠打入較大塌腔的情況下，用人工護孔的方法打設6根5 m長的150鋼管伸入塌腔，利用此管路向塌腔內泵送C15混凝土，對塌腔進行填充;若探孔不能伸入塌腔，則采用超前注漿導管支護的方式直接向前進行掘進，采用注漿的方式加固隧道輪廓線外側巖體，直至飽和溢漿為止。

圖1 塌方縱斷面

圖2 塌方橫斷面

2.3 上導坑雙排超前注漿導管注漿

為確保對塌體縫隙進行有效填充，保證隧道輪廓線位置土體密實，并有一定的強度，在開挖上導坑過程中，自DK44+533向小里程方向，使用YT28鉆機依次布置42雙排注漿導管，環向間距25 cm沿開挖輪廓線范圍分布，導管長度3.5 m，每環設2排，縱向間距2.0 m，搭接1.5 m;然后采用注水泥－水玻璃(硅酸鈉)雙液漿以加快凝結速度對松散塌體進行固結。考慮到隧道左側存在未完全坍塌的圍巖和部分格柵鋼架，因此對該部分未坍塌的隧道邊墻按打設單排超前注漿小導管注漿加固。

2.4 注漿固結工作面

為保證在開挖作業中工作面的穩定，還對工作面塌方體也進行了水泥漿注漿加固。注漿管采用42、長度4.0 m的鋼管，縱橫向間距1.0 m;為防止漿液流失，在塌渣外露面預先噴10cm厚C20混凝土止漿墻，每4 m為一循環，共計8個循環。漿液量控制在既能穩定核心土、又不對圍巖增加太大強度而造成開挖困難為原則。

2.5 環形開挖預留核心土

為避免塌體擾動，上臺階采用風鎬人工開挖，人工手推車運輸的方式進行，下臺階采用機械開挖運輸。塌方后，圍巖變得軟弱，為防止變形過大造成初支結構侵入襯砌凈空，在開挖中預留20 cm的下沉量，即拱頂上挖20 cm，進尺控制每環0.5m，預留核心土長2.0m、寬3.0m、高2.5 m，降低開挖面臨空高度，減緩開挖面的坡面角度，抵抗開挖面的下滑和再次塌方。左右兩側開挖時分時開挖，在半側圍巖支護完畢后再行施工另一半側。

2.6 安裝型鋼鋼架

自DK44+533向小里程方向，初期支護鋼架采用Ⅰ20工字鋼彎出弧度安裝，以利于初期支護及早受力。購置液壓型鋼彎弧裝置一臺，現場制作型鋼鋼架部件，洞內組裝。鋼架間距50 cm，并與超前小導管焊接;縱向連接采用22鋼筋，環向間距0.8 m;單層鋼筋網用8的鋼筋，網格為20 cm×20 cm;每榀鋼架拱腳底部每側各施打向下45°角的4根4 m長注漿小導管鎖腳;噴射30 cm厚混凝土后形成整體受力體系，以支撐軟弱圍巖。

在型鋼鋼架安裝過程中，先開挖上臺階左半側部分，支設左側半榀型鋼鋼架后，沿隧道中線核心土上設置300鋼管，頂住鋼架作為鋼架的臨時支撐;后開挖上臺階右半側部分，支設右側型鋼鋼架;進尺2.0 m后，開挖推進并同步去除核心土，安裝上臺階臨時仰拱型鋼鋼架和拆除核心土上的臨時支撐。

2.7 臨時仰拱

開挖面為松散塌體，為達到上臺階支護形成封閉結構目的，并避免在下臺階開挖過程發生變形，故在上臺階設臨時仰拱。臨時仰拱采用Ⅰ20工字鋼，規格與初支相同，鋼架間距50 cm，縱向采用22鋼筋連接，環向間距0.5 m，臨時仰拱與型鋼鋼架焊接;雙層鋼筋網用8的鋼筋，網格為20 cm×20 cm，噴射30 cm厚混凝土。

2.8 徑向小導管注漿

考慮到超前小導管安裝角度小，難以對隧道輪廓線外塌方松散體進行有效注漿固結處理，噴射混凝土完畢后應采用40，L=4.0 m注漿鋼管對圍巖進行注漿固結，以保證隧道輪廓線外3～5 m圍巖具有一定強度，達到形成受力輪廓、與鋼架共同受力的目的。注漿導管沿鋼架位置布置，徑向于隧道輪廓線打設，間距為0.4 m、0.5 m一環(圖3、圖4)，注水泥－水玻璃(硅酸鈉)雙液漿。采用徑向小導管注漿前先將掌子面圍巖進行了封閉，目的是防止漿液滲漏或對掌子面圍巖形成壓力造成再次坍塌。

圖3 注漿橫斷面布置

2.9 下臺階開挖

下臺階開挖時，保留臨時仰拱做橫向支撐。采用挖掘機開挖，先開挖下臺階左半側部分，支設左側半榀型鋼鋼架后，后開挖下臺階右半側部分，支設右側型鋼鋼架，并同步安裝隧底型鋼鋼架。下臺階邊墻巖體注漿與上臺階方式相同。

圖4 注漿縱斷面布置

2.10 仰拱混凝土澆筑

初期支護完成后，仰拱緊跟施作，每4.0 m整體澆筑一段仰拱，及時封閉成環。

2.11 監控量測

加強對塌方體開挖的監控量測，對隧道頂、邊墻進行定時、定位的觀測，隨時掌握圍巖變形動向，并及時反饋進行分析，修正和完善塌方處理方案，提供補救措施。

2.12 二次襯砌施工

二次襯砌調整為鋼筋混凝土。襯砌臺車組裝工作在該段塌方處理過程中同步進行，以盡量減小工序間的時間間隔。考慮到圍巖加固后外露的注漿管頭較多，因此在施工中取消了防水板的設置，施作防水混凝土以解決隧道防水問題。在襯砌作業前根據沉降收斂數據情況對臨時仰拱進行分段拆除，拆除一段，澆筑一段襯砌混凝土。

3 施工技術保障

鉆孔機械:配備XY－28－300電動鉆機，鉆進并頂進長管棚。

注漿機械:BW－250/50型注漿泵2臺。

施工中選擇水玻璃濃度(波美度)為35°Be，采用的水泥～水玻璃(硅酸鈉)體積比為1∶0.5，水玻璃模數2.4;水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力初壓0.5～1.0 MPa;終壓2.0 MPa。必要時在孔口設置止漿塞。

在塌方治理過程中，嚴格按照治理方案及工藝要求精心組織、精心施工，嚴格遵循“探鉆結合、管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則，使該段隧道的塌方整治工作得以安全、順利地完成。

襯砌通過后，堅持對圍巖沉降收斂的測頻率(先期監控周期為2 h，待變形基本控制后每天測報1次)，目的是希冀從洞體的微小改變對圍巖的變化情況作出正確判斷。經過近三年的變形監測，沒有發現明顯位移或變形，施工質量達到預期效果。

4 結束語

綜上所述，在隧道施工過程中，特別是在地質條件復雜地區，大力提倡超前預報更是十分必要的，這樣就可以根據地質的具體情況和其復雜程度、采取相對合理的預防或加強措施來避免、減少塌方事故的發生。這樣既能保證安全，還節省了費用、保證了工期，因此值得提倡。

而當隧道塌方事故發生后，在保證安全的前提下，根據不同的地質和施工條件來制定出科學、合理(節約)的塌方整治方案就極為重要了。綜合利用各種塌方整治技術的長處，期翼在隧道施工及隧道塌方整治過程中從安全、合理、經濟效益和社會效益方面均能收到良好的效果。本隧道塌方整治方案的初衷即在于此，并將其指導思想貫穿于施工中的過程每一個環節。

[1]TB 10204－2002 J163－2002 鐵路隧道施工規范[S]

[2]TZ 204－2008鐵路隧道工程施工技術指南[S]

[3]TB 10210－2001 J118－2001鐵路混凝土與砌體工程施工規范[S]

[4]GB 50119－2003混凝土外加劑應用技術規范[S]

[5]GB 50086－2001錨桿噴射混凝土支護技術規范[S]

[6]TB 10417－2003鐵路隧道工程施工質量驗收標準[S]