朔黃鐵路石河口隧道冒頂塌方整治技術

孟憲洪

(朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧 062350)

朔黃鐵路石河口隧道冒頂塌方整治技術

孟憲洪

(朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧 062350)

朔黃鐵路石河口隧道在運營期間發生冒頂，通過查閱隧道施工期間的資料，結合物探和鉆探等方法，掌握了冒頂段隧道襯砌及圍巖基本狀況，提出了重新夯填、采用小導管注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴、封堵地表水的綜合治理措施，治療效果明顯。

隧道冒頂 無損檢測 病害整治

朔黃鐵路隧道整體運營狀態基本良好，在竣工驗收及后期運營過程中，部分隧道出現過不同程度病害。如襯砌開裂掉塊、冒頂、滲漏水、基底下沉等，影響到了列車的安全運營。石河口隧道在施工過程曾發生過多次冒頂現象，給施工造成了極大的困難，在后期運營過程中，冒頂段再次出現塌陷。鑒于此，對病害的成因進行了分析，提出了朔黃鐵路石河口隧道拱頂冒頂病害整治措施。

1 隧道頂部塌陷病害概況

朔黃鐵路原平分公司于2011年3月27日汛前設備大檢查時發現，石河口隧道頂部山坳處，原隧道冒頂處(K92+015—K92+037)漿砌片石約600 m2(長30 m×寬20 m)鋪砌范圍發生嚴重變形，漿砌片石周邊與山體脫落，中間有直徑5 m的塌坑，塌坑可見深度1.0～1.5 m，砌石表面勾縫破損2處，尺寸為15 m×6 m(長×寬)，15 m ×3 m，坑邊漿砌片石厚度為20～30 cm。塌陷位置示意如圖1～圖2所示。

圖1 石河口隧道拱頂塌陷平面示意

圖2 石河口隧道拱頂塌陷剖面示意(單位：m)

2011年6月24日現場踏勘發現隧道內K91+980—K92+050有少量裂紋存在，裂紋處均有漏水痕跡。在K92+002—K92+004邊墻及拱頂裂紋處及K92+000下行側右邊墻離地3 m，6 m處滲水并有滲漏泥漿的痕跡。

2 隧道頂部塌陷病害區段施工情況

由于該隧道地質條件復雜，施工期間經常發生塌方事故。通過對施工日志的查閱，施工期間共發生塌方42次，其中于1998年10月11日凌晨5時發生冒頂1次，冒頂地點位于K92+015—K92+037(K93+823—K93+845)。施工日志記錄的冒頂原因是由于此段千枚巖層節理、裂隙發育，風化嚴重，呈土加石狀，屢次塌方形成的頂上空洞較大，以及雨水滲透作用使圍巖強度降低而冒頂。在此段距線路中心線15 m的山谷中形成22 m ×16 m(長×寬)的穴坑。洞內塌至K92+012(K93+818)處。

在隧道施工過程中，針對冒頂采取了以下處理方法：①將K92+012(K93+818)處塌方體進行噴混凝土封堵，厚度不小于10 cm;②采用雙排小導管注漿加固地層，采用水泥水玻璃雙液注漿;③護拱采用噴混凝土，厚25 cm，將格柵改為43 kg/m鋼拱架，施工順序為先立鋼拱架后噴混凝土;④用鋼筋混凝土襯砌結構;⑤下沉空間用土石方回填至地表，夯實后用漿砌片石封口;⑥襯砌背后設背貼式盲溝排水，每8 m設一道，襯砌施工縫采用橡膠止水帶，每6 m設一道，洞口仰坡頂外10 m截水天溝與線路路塹邊坡外天溝順接，見圖3。

圖3 石河口隧道病害段施工措施(單位：cm)

3 隧道頂部塌陷病害成因分析

石河口隧道勘查資料表明，病害區段地下水不發育，洞身有少量基巖裂隙水，主要由大氣降水補給;圍巖為新黃土，具有濕陷性。

開通運營以來，雨水從漿砌面與周圍土石接觸面處滲入，在雨水長期沖蝕作用下，黃土小顆粒被地下水帶走，產生空洞，引起土石方沉陷，并導致整體的封堵面下沉，后大量雨水經陷坑處灌入頂部隧道，引起隧道內涌泥。K92+002—K92+004邊墻及拱頂裂紋處及K92+000下行側右邊墻離地3 m，6 m處滲水，并有泥漿滲漏。

4 隧道頂部塌陷病害檢測

4.1 襯砌質量無損檢測

根據隧道病害現狀及初步的原因調查分析，為進一步確定隧道襯砌質量現狀，給病害整治工作提供依據，2011年5月31日采用地質雷達法對石河口隧道病害部位的襯砌質量進行檢測。檢測里程為K91+900—K92+150，位置為上下行拱腰及邊墻，測線布置如圖4所示，圖5和圖6為雷達探測圖。

圖4 地質雷達測線布置

通過檢測，得出如下結論：

1)與設計襯砌厚度相比，上行拱腰、下行拱腰、上行邊墻以及下行邊墻等多段二襯實測襯砌厚度不滿足設計要求。具體如表1所示。

2)檢測里程段內 K91+904—K91+929，K91+984—K92+020，K92+045—K92+051，K92+102—K92+132，K92+137—K92+150段有鋼架分布，局部分布不均勻。

3)從隧道襯砌及襯砌背后回填情況看，上行拱腰、上行邊墻、下行拱腰、下行邊墻段等多個部位存在不密實與脫空現象。具體如表2所示。

圖5 下行拱腰K91+967—K91+984段空洞雷達探測剖面

圖6 下行邊墻K92+030—K92+050段不密實雷達探測剖面

表1 襯砌厚度不足區段統計

表2 襯砌不密實或脫空區段統計

4.2 襯砌鉆孔及孔內攝像檢測

為了驗證雷達檢測效果，選取13處典型地段進行鉆探，并進行孔內攝像探測，鉆探結果如表3所示。對鉆孔進行了孔內攝像，典型孔內攝像如圖7所示。

通過鉆探及孔內攝像圖像分析可知，鉆探部位的二次襯砌實測厚度均小于設計厚度，襯砌背后存在空洞，與雷達檢測結果一致。

5 隧道頂部塌陷病害整治方案

通過分析隧道頂部塌陷的形成原因及襯砌質量檢測結果，確定該病害整治的方案為：采用重新開挖天溝嚴格防排水，拆除全部原有漿砌片石重新夯填，采用小導管注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴，并布設排水波紋管，原土夯填加高并用黏土包坡植草等措施，將地表水徹底封堵。具體如下：

1)施作截水天溝。根據地形條件，在塌方體外側，從隧道前進方向左側陡坎處呈環形，通過塌方體上游向隧道前進方向右側開挖并用漿砌片石鋪砌截水天溝，按規范截水天溝排水坡不得緩于1%。

2)拆除原塌方體上部漿砌片石鋪砌。從本次新發現的陷穴開始，由內向外將原塌方體漿砌片石鋪砌全部拆除。

3)開挖并夯填原塌方體。自外而內呈環形分臺階開挖原塌方體，環形臺階寬2～3 m，深0.5 m進行夯填，最后用黏土夯至同一坡面。

4)對原塌方體進行小導管注漿，噴混凝土加固。小導管長5 m，環向間距0.8 m，梅花形布置。注漿材料采用水泥漿，注漿壓力0.5 MPa。注漿完成后，將露出地面小導管尾部用φ16鋼筋焊接，補充φ8鋼筋形成25 cm×25 cm網片，并噴C25混凝土形成20 cm厚的鋼筋混凝土柔性結構。

表3 鉆探結果統計

圖7 典型孔內攝像

5)埋設排水波紋管。在鋼筋混凝土柔性結構上，預埋兩道φ30兩側帶孔波紋管，埋設深度15 cm，噴混凝土固定后用φ15波紋管連接，呈樹枝狀布置。φ30兩側帶孔波紋管滿鋪并直通下游出水口。

6)分臺階填筑、加高、加固塌方體，高出原地面0.3 m后，采用黏土包坡、植草防護。

6 結語

隧道拱頂冒頂在隧道施工過程中較為常見，但運營隧道較少出現，鮮有成功整治案例。朔黃鐵路石河口隧道拱頂上部地表塌陷，惡化隧道襯砌結構受力，對隧道襯砌傷害嚴重，治理難度極大。作者在詳細查閱相關勘察、設計、施工及竣工資料的基礎上，采取地質雷達、鉆孔及孔內攝像等多種檢測方法，綜合分析檢測結果，有目的性地提出了拆除全部原有漿砌片石重新夯填，注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴，堵排結合治理地表水的方案，成功治理了石河口隧道冒頂病害，運營一年多來從未出現問題，為此類病害的治理提供了參考。

［1］中華人民共和國鐵道部．TB 10003—2005 鐵路隧道設計規范［S］．北京：中國鐵道出版社，2005．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10233—2004 鐵路隧道襯砌質量無損檢測規程［S］．北京：中國鐵道出版社，2004．

［3］北京鐵五院工程試驗檢測有限公司．朔黃鐵路石河口隧道襯砌質量檢測報告［R］．北京：北京鐵五院工程試驗檢測有限公司，2011．

［4］董勤銀．包蘭線東崗隧道病害整治措施與施工技術［J］．現代隧道技術，2007(10)：77-79．

［5］卓益平．某隧道病害原因分析及整治加固技術［J］．公路交通技術，2010(8)：114-116．

U458.3

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．22

1003-1995(2013)05-0072-04

2012-12-20;

2013-02-20

孟憲洪(1966— )，男，山東章丘人，高級工程師。

(責任審編 王 紅)