某黃土隧道塌方段處理方案

【摘 要】在黃土隧道施工中的塌方是目前時有發(fā)生，同時造成嚴重后果的事故，帶來的主要后果有塌方后造成人員傷亡，財產(chǎn)損失；嚴重影響施工進度；為后期通車埋下安全隱患；輿論控制不好，帶來很大的社會影響。在此，針對某隧道的塌方經(jīng)過，處理措施做詳細描述，希望能對以后同類工程施工有所啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】黃土隧道；塌方；處理措施

1、實例概況

某雙線重載鐵路隧道全長2315m，起訖里程DK95+190-DK97+505，穿行濕陷性黃土中低山區(qū)，黃土覆蓋層較厚，隧道沿線多處發(fā)育沖溝，地勢陡峻，植被稀疏，相對高差120m。本隧道按照“新奧法”原理設(shè)計施工，初期支護采用濕噴掛網(wǎng)混凝土，鋪設(shè)土工布、防水板后采用鋼模臺車澆筑襯砌混凝土。隧洞圍巖主要由Q3 沖洪積馬蘭黃土構(gòu)成， 表層為第四系中更新統(tǒng)上部中粉質(zhì)壤土。土質(zhì)疏松， 具中強濕陷性， 水平層理， 地震所形成的裂隙較為發(fā)育， 屬極軟弱圍巖， 側(cè)壓系數(shù)0. 8～1. 0， 干密度rd= 1. 34～1. 63t /m3 ， 內(nèi)摩擦角 = 19°～22°，凝聚力C= 0. 015～0. 02MPa， 泥流沖蝕后圍巖含水量加大， 呈松散狀， 部分變成稀泥狀。

2、塌方經(jīng)過及分析

2012年9月27日坍塌前，隧道1#斜井正洞大里程端上臺階施工至DK96+573，左下導(dǎo)施工至DK96+558，右下導(dǎo)施工至DK96+554，仰拱及仰拱填充施工至DK96+434；二襯施工至DK96+357.5。當天18時左右，隧道1#斜井大里程方向二襯正施工，DK96+525里程拱部噴射砼出現(xiàn)裂縫掉塊現(xiàn)象，掌子面DK96+573～DK96+357.5無作業(yè)人員，隨后支護結(jié)構(gòu)被壓垮，最終在DK96+525～ DK96+541形成冒頂塌方。

事后量測，洞內(nèi)坍塌里程為DK96+ 525～DK96+541，長16m，塌方量約1400m3；地表DK96+528處形成一個近似漏斗形的陷坑，深約5m，漏斗內(nèi)直徑約12m，塌方橫向影響地表寬約20m，縱向影響里程為DK96+522～DK96+542。

塌方段落地質(zhì)復(fù)雜，拱頂部分為薄層泥巖，上部為砂質(zhì)黃土欠埋段，該段地層為第四系上更新統(tǒng)坡風(fēng)積層（Q3dl+eol）砂質(zhì)黃土，層厚30m，淺黃色—灰黃色，硬塑—堅硬，垂直節(jié)理發(fā)育，可見大孔隙，具濕陷性，濕陷系數(shù)為0.015-0.043，為II等自重濕陷性場地。土質(zhì)松散，自穩(wěn)能力極差，無粘結(jié)性。2012年9月25日、26日兩天連續(xù)降雨，拱頂荷載增加，掌子面爆破后，擾動該部位拱頂薄層泥巖，致使地層自穩(wěn)能力降低，初期支護不能滿足承載要求，致使混凝土開裂，鋼架變形，形成塌方冒頂事故。塌方狀況如下圖。

劣質(zhì)圍巖工程地質(zhì)特性是本段大塌方的主因。本段隧洞的泥巖和泥灰?guī)r及其斷裂帶屬于特殊工程性質(zhì)的軟巖或極軟巖。如前所述， 圍巖干抗壓強度3～ 10 MPa， 風(fēng)化較強，且節(jié)理發(fā)育。巖體浸水后， 強度降低3 ～ 5 倍， 飽水狀態(tài)下抗壓強度僅0. 1～ 1 MPa。o 圍巖蠕變特征。由于一次支護強度不夠， 圍巖的蠕變應(yīng)力增加， 變形模量減小。這是造成隧洞塌方的關(guān)鍵性內(nèi)在因素。圍巖的脹縮性。高嶺土等粘土礦物浸水后， 自由膨脹率約35%， 膨脹量約20%， 膨脹力可達0.2 MPa。緩傾角、層狀的頁巖、泥灰?guī)r小角度斜交洞線、傾向洞內(nèi)， 對洞壁和側(cè)幫穩(wěn)定不利。受斷裂構(gòu)造影響， 斷層及節(jié)理密集， 為地下水的滲流提供了通道， 致使洞內(nèi)滲水及線狀流水較嚴重。圍巖遇水后強度降低蠕變加速。水的活動使圍巖中部分可溶礦物溶解.帶走圍巖和斷裂帶中的細小顆粒， 加速了圍巖變形， 加大了圍巖壓力， 使圍巖穩(wěn)定性更加惡化。因此， 水的作用是造成這次塌方事故的誘發(fā)因素。施工等其它因素也是造成這次塌方的重要客觀條件。由于預(yù)先對洞內(nèi)可能遇到的復(fù)雜的水文工程地質(zhì)條件估計不足， 施工和設(shè)計措施欠妥。如： 第一次支護結(jié)構(gòu)物強度不夠， 地表沖溝處地表水未引走， 洞頂超前導(dǎo)水未作好， 洞內(nèi)排水強度不夠等。

3、處理措施

本著安全第一， 質(zhì)量第一的原則， 依照上述該段圍巖水文工程地質(zhì)特性， 采取以下塌方段處理措施. 治塌首先治水。在加強排水和導(dǎo)水的同時， 采取錨桿和鋼拱架聯(lián)合支護， 固結(jié)灌漿提高圍巖完整性和自穩(wěn)時間， 先側(cè)洞后中洞的分部開挖施工.

（一）地表處理措施

（1）塌方處位于地表沖溝側(cè)壁，對地表塌坑附近地層進行局部減載，利用減載土拌合石灰對地表陷坑進行回填、夯實處理，回填深度為4m，表層設(shè)50cm厚粘土隔水層，并做好向四周的排水坡，地表陷坑邊緣外5m設(shè)截水溝，利用自然沖溝，做好整個塌方影響區(qū)的地表水系統(tǒng)引排。

（2）地表回填夯實后垂直插入φ108鋼花管做壓漿處理，壓漿范圍為塌方部位9×9m范圍，鋼花管長度為35m，頂部1m設(shè)止?jié){段，間距1m，注漿端頭外露30cm，梅花形布置。注漿材料采用1：1水泥漿，注漿壓力為0.5MPa，注漿順序為先中間厚四周，逐漸擴散注漿。塌落段松散土體固結(jié)如下圖。

（3）塌方段襯砌完成后，強度達到設(shè)計強度85%以上，對地表做自然土回填綠化處理，回填隨地形，做順坡自然排水。

（二）洞內(nèi)處理措施（DK96+525～DK96+541段）

（1）超前支護采用φ108×6㎜大管棚結(jié)合φ42×3.5㎜超前小導(dǎo)管，交錯設(shè)置，環(huán)向間距均為20cm；φ108管棚縱向每環(huán)有效長9m，外插角5～10°，縱向搭接長不小于3m，小導(dǎo)管外插角30°，單根小導(dǎo)管長6m，每1m施做一個循環(huán)，小導(dǎo)管及大管棚均設(shè)注漿孔。

注漿材料采用1：1水泥漿，管棚注漿壓力為0.5～1.0MPa，小導(dǎo)管注漿壓力為0.5～1.0MPa。

（2）初期支護全環(huán)采用I20a型鋼鋼架，間距0.5m，拱架采用φ25縱向連接筋焊接，環(huán)向間距0.5m；相鄰兩榀拱架間隔3m，采用工18型鋼連接；掛設(shè)φ8雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距15cm；拱腰及最大跨處鎖腳錨管增加至4根，單根長4m，斜下方打入角度不小于30°；C25噴射混凝土厚27cm。

（3）開挖前對坍塌體采用C25噴射混凝土封閉，噴射厚15cm；每循環(huán)掌子面采用厚10cm的C25噴砼封閉，采用CRD法施工。

（4）DK96+520～DK96+540段采用Vb型襯砌，主筋采用φ22螺紋鋼筋，間距20cm，φ10縱向筋間距由25cm調(diào)整為15cm；該段環(huán)向盲溝間距按3m一環(huán)設(shè)置。

4、結(jié)束語

（1）黃土隧道塌方后，土體喪失自穩(wěn)能力，因此必須先注漿固結(jié)土體，使其具備自穩(wěn)能力，再開挖，再能保證安全過度，不擴大塌方，不引起二次塌方。

（2）黃土隧道嚴格按照“新奧法”施工，始終應(yīng)遵循“預(yù)支護、短開挖、少擾動、強支護、早封閉、實回填、嚴治水、勤量測”的原則。

（3）隧道施工以快制勝，支護不及時，易掉塊，引起塌方，施工中應(yīng)根據(jù)量測結(jié)果，及時調(diào)整變形余量，保證支護和后期二襯不侵限。

該塌方地段目前已經(jīng)處理完成，處理效果完全滿足預(yù)期水平。在北方黃土高原隧道施工中，這種地址情況較為普遍，塌方也時有發(fā)生。特記錄這次塌方的處理措施，供大家交流討論。

參考文獻：

[1]柳條山隧道設(shè)計圖（準聯(lián)施隧13） 中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 2011

作者簡介：

李傳州，男，1973年8月，高級工程師，項目副經(jīng)理，中國水利水電建設(shè)股份有限公司神華準池鐵路項目部。