朱家山隧道1#斜井工區蘭州端塌方處理施工技術

王萌浩

(中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

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朱家山隧道1#斜井工區蘭州端塌方處理施工技術

王萌浩

(中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000)

摘要：寶雞至蘭州客運專線朱家山隧道1#斜井工區蘭州端由于不良地質狀況和施工處置不當發生塌方。針對具體工況，首先采取棄渣反壓回填塌方段的洞身和塌方體，以穩定塌方段和其兩端的塌方影響段；對塌方段泵送C25混凝土回填渣體上方的空腔、形成保護殼，改進支護參數，加強拱腳約束；對塌方影響段進行注漿加固。安全、順利地完成了塌方處理施工任務，相關經驗可為同類工程參考。

關鍵詞：隧道塌方；棄渣回填；注漿加固；鎖腳錨桿

1 工程概況

寶雞至蘭州客運專線朱家山隧道地處甘肅省天水市和定西市境內，隧道全長14 949.77 m，進出口里程為IDK833+108～IDK848+057.77，隧道的平面除IDK833+444.805～DK836+159.863位于R9 000 m左偏曲線上以外，其余均處在直線上;隧道縱坡為單面上坡，分別為22‰、13‰、7.5‰，最大埋深370 m。朱家山隧道共設計有4個斜井，其中1#斜井長788.919 m，位于線路右側，斜井中線與隧道中線的交點里程為IDK836+750，與隧道中線呈90°交角,綜合坡度9.50%。

隧道所處地形為隴中黃土高原西部梁、峁、溝壑區，黃土地貌發育，分布著河谷堆積階地、滑坡堆積坡狀地形。

隧道穿越的地層為極發育的新生代地層，主要為第四系(Q)上更新統(Q3)風積層黃土及黃土狀亞沙土；沖積層黃土狀亞沙土及半膠結沙礫卵石土；全新統(Q4)早、中、晚期沖洪積層黃土狀亞沙土及沙礫石層。第三系(N)中新統的紫紅色粘土巖、細沙巖與礫巖互層，震旦系下新統變質二云母細砂巖、變質細砂巖夾片巖、千枚巖。

隧道所處地區地質構造有褶曲、斷層(隧道范圍內有9條斷層)、節理、滑坡等。

本區地下水可分為基巖裂隙水，碎屑巖類孔隙、裂隙水和松散巖類孔隙水三大類型。較富水地段主要集中在河谷與溝谷地段。廣大黃土丘陵區，除了在富水條件的掌心洼地儲存有一定的潛水外，其余黃土塬、梁、峁、坡麓地段地下水較貧乏。

2 塌方發生情況及原因分析

2.1 塌方發生情況

2015年4月7日晚21:10分左右，朱家山隧道1#斜井工區蘭州端IDK837+302～IDK837+312段拱頂至右側下臺階半邊初期支護滑塌，塌方規模縱向長約10 m，環向寬約14 m，塌腔最深處約8 m，塌方體的位置和形狀見圖1。拱頂至左側下臺階半邊初期支護未垮塌，但由于右側塌方的影響，左側拱、墻向內有較大的收斂，初支已經發生變形和侵限。現場無人員傷亡和機械受損。

圖1　塌方體的位置和形狀示意圖 (單位：cm)

塌方發生段原設計為Ⅳ級圍巖，采用Ⅳb型襯砌支護，三臺階法開挖。掌子面三個臺階開挖到的里程：上臺階開挖到IDK837+330，中臺階開挖到IDK837+325，下臺階開挖到IDK837+320；仰拱澆筑到IDK837+301，二次襯砌澆筑到IDK837+291。

2.2 塌方發生的原因分析

塌方是由不良地質狀況和施工處置不當兩方面的因素引起的。

隧道塌方發生段的地層為下震旦系片巖夾變質砂巖，呈強風化狀態，受風化裂隙影響極為嚴重，結構面以張開型為主，局部寬張，呈碎塊狀結構為主，局部夾角礫狀松散結構，右側薄層圍巖云母含量較高，巖質較軟，片理化發育，層間結合較差，隧道洞身范圍內圍巖軟硬不均，隧道施工開挖后，圍巖應力狀態重新調整，較軟巖受自重應力影響較大，且在放炮開挖反復擾動情況下，自身穩定性降低，圍巖自重壓力沿著圍巖軟弱及初支鋼架薄弱部位進行釋放，造成局部初支噴混凝土層開裂、變形侵限，進而引發局部坍塌。

隧道施工中初支鎖腳錨管施作的角度不到位，初支鋼架沒有與鎖腳錨管進行可靠連接，致使鋼架塌陷，引發局部塌方。

3 塌方處理

3.1 處理原則

塌方處理應該遵循“消除危險，穩住陣地，分別處理，盡快完成”的原則分段進行。

(1)待溜塌穩定以后找頂，用“機械手”分層對塌腔壁噴射厚度不小于10 cm C25鋼纖維混凝土，以減少落石的危險，保證施工安全。

(2)待溜塌穩定以后，從洞外拉棄渣反壓回填塌方段的洞身和塌方體，以穩定塌方段和其兩端的塌方影響段，防止坍塌規模繼續擴大，并為后續處理工作提供施工平臺。

(3)對塌方段和其兩端的影響段分別采取不同的處理方法，確保后續施工安全和施工質量。根據塌方現場的實際情況，確定IDK837+302～IDK837+312段為塌方段；小里程端IDK837+302～IDK837+291段和大里程端IDK837+312～IDK837+325段分別為塌方影響段。

3.2 棄渣反壓回填塌方體

待溜塌穩定、對塌腔壁噴射鋼纖維混凝土完成以后，對IDK837+312～IDK837+302段洞身全斷面用棄渣反壓回填，同時對與洞身高度相同的右側壁塌腔進行回填(見圖1)。

棄渣回填工作自里向外進行，棄渣堆兩端自然成坡，拱部空隙用沙袋堆碼。用20 cm厚、C25噴射混凝土對棄渣堆里外坡面進行封閉。沙袋堆碼前在拱墻坍腔處預留3層9根DN89的混凝土泵送管和9根吹砂管，以供泵送混凝土和粉煤灰使用。

棄渣堆回填3～5 m以后，用C25混凝土對棄渣堆內側的渣體坡面進行噴射混凝土防護，給以后對棄渣堆注漿創造條件。棄渣回填工作完成后，對外側反壓回填渣堆坡面進行修整，修整出施工平臺，并對回填渣堆坡面和施工平臺渣體表面用噴射C25混凝土防護，待噴射混凝土強度達到70%以后，對渣體進行注漿加固。注漿用?42 mm×3.5 mm、L=5.0 m注漿管注漿，按1.5 m×1.5 m的間距布置，注漿漿液用1∶1(重量比)的純水泥漿，注漿壓力為0.2～0.5 MPa。后續開挖過程中，每隔3～4個循環亦用同樣的方法對臺階掌子面前方的渣堆進行注漿加固，確保回填渣體開挖時掌子面的穩定。

3.3 塌方處理措施

分段處理塌方的程序為：小里程塌方影響段處理→塌方段處理→大里程塌方影響段處理。

3.3.1小里程塌方影響段

經檢查，小里程塌方影響段的初支沒有發生侵限的現象。

對小里程端塌方影響段IDK837+302～IDK837+291拱、墻背后的圍巖進行徑向注漿加固，并對因塌方可能引起的初支拱、墻背后空洞進行注漿回填，確保這段圍巖的穩定。注漿用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注漿管注漿，按1.2 m(環向)×1.2 m(縱向)的間距布置，注漿漿液為1∶1純水泥，注漿壓力為0.5～1.2 MPa。為防止注漿過程中拱、墻發生收斂變形，注漿前要架設用I20a型鋼加工制造的臨時拱架和臨時橫、豎撐，按1.5 m/排的間距布置，臨時拱架和臨時橫、豎撐之間焊接?32 mm、長2.0 m@1.0 m的縱向連接鋼筋。

3.3.2 塌方段

(1)通過預留的泵送管泵送C25混凝土回填塌方段渣體上方的空腔[1]，形成一道混凝土保護殼，混凝土保護殼的厚度不小于2.0 m，并要在開挖前通過探孔檢查混凝土保護殼的施工效果。待保護殼強度達到設計強度的70%以后，通過預留吹砂管在保護殼的上面鼓吹一層0.5 m厚的粉煤灰或細砂作為緩沖層。

(2)IDK837+302～IDK837+312段采用Vd型襯砌支護[1]，采用三臺階+臨時仰拱法開挖，其中、上臺階預留核心土輔助施工。開挖步距控制在0.50 m。

針對現場的情況，為確保施工安全和工程質量，對超前支護、初期支護、二次襯砌等進行如下的調整和加強：

超前支護，IDK837+302～IDK837+312段采用雙排小導管超前支護，用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m小導管，間距30 cm(環向)×1.0 m(縱向)，外插角分別為20°和40°，交錯布置，注漿漿液采用1∶1純水泥漿，注漿壓力為0.5～1.2 MPa。

初期支護，初期支護中的系統錨桿、鋼筋網、噴混凝土的標號和厚度、鋼架的型鋼號等的施工參數均不做改變，只是將型鋼鋼架的縱向間距加密到0.5 m，縱向連接筋環向間距加密到0.8 m。

塌方段左側半邊的拱部和邊墻雖然沒有坍塌，但有較大的向內收斂，大部分初支侵限，因此，在塌方段對反壓回填渣體進行開挖的過程中，要將這部分侵限的初支一一拆除，進行更換。

鎖腳錨管，上、中臺階每處拱架節點設置4根鎖腳錨管，下臺階設置2根，共計20根/榀(見圖1)。鎖腳用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注漿錨管，鎖腳錨管應灌漿飽滿，以增大其剛度，并通過焊接與初期支護鋼架可靠連接。

為加強對拱腳的約束，中臺階的每處拱腳處各增設2根錨筋樁。錨筋樁樁長9 m，孔徑100 mm，錨筋骨架由3×?18 mm HRB400級鋼筋并筋組成(每1.0 m點焊一次)。錨筋樁由中臺階邊墻處以30°的傾角向下鉆孔，成孔后放入鋼筋骨架和?20 mm的PVC注漿管、?12 mm的PVC排氣管，并灌注1∶1的純水泥漿。錨筋骨架要伸出樁孔口以外40～50 cm，將錨筋骨架與型鋼鋼架焊在一起(見圖2)。

塌方段開挖后，鋼架的拱腳會落在回填的渣體上，為確保鋼架基礎的穩固，在上、中臺階的每處拱腳底下設置臨時鋼墊板，鋼墊板的橫向寬度×縱向長度×厚度=290 mm×400 mm×15 mm。

二次襯砌的厚度和混凝土標號不做改變，只是將二襯的配筋予以加強。將環向受力筋由HRB400?22 mm@200 mm調整為HRB400?22 mm@100 mm，分布筋由HRB400?14 mm@250 mm調整為HRB400?16 mm@200 mm。

圖2　錨筋樁構造示意圖(單位：cm)

運營期間塌方處理段的空腔內可能會有積水。為加強排水功能，塌方段和大、小里程端影響段環向盲管的縱向間距加密到5 m。

(3)由于右側拱墻塌方空腔是用棄渣回填的，左側拱墻開挖過程中需要拆除侵限的鋼架，可能導致拱墻背后的圍巖松動而不夠穩定，為此，對拱墻背后的圍巖采取超前注漿+徑向注漿的加固措施。具體做法如下：

結合塌方段開挖時進行的雙排超前小導管注漿施工，增加對上臺階及部分中臺階邊墻外側圍巖的注漿管數量，提高注漿強度。

開挖前增加自中、下臺階掌子面附近邊墻部位的斜向超前注漿小導管數量，進行注漿加固。斜向超前注漿小導管用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注漿錨管，外插角22°，環向×縱向間距=1.0 m×1.0 m(即每開挖2個循環施作一次)。注漿漿液用1∶1純水泥漿，注漿壓力為0.5～1.2 MPa。

開挖工序完成后，根據監控量測所得到的監測數據，需要時適時對塌方段拱墻背后的圍巖進行徑向注漿。在3個臺階拱腳處適當調整鎖腳錨管的角度，結合鎖腳錨管的注漿，起到對圍巖注漿加固的效果。

3.3.3 大里程塌方影響段

待通過塌方段后，對大里程端塌方影響段IDK837+312～IDK837+325拱墻進行徑向注漿加固。注漿參數同“小里程塌方影響段處理措施”。

3.4 施工注意事項

(1)塌方處理期間，塌方段前方嚴禁進行任何施工作業，在洞內設置警戒線，由專職安全員值守，全程跟班作業。

(2)反壓石渣從棄渣場調運、洞內運輸和反壓填筑時由專人指揮，對回填作業施工人員和使用的機械做好必要的防護，確保施工安全。

(3)通過塌方段時開挖只能采取非爆破開挖，以減少對周邊圍巖的擾動。

(4)開挖過程中必須嚴格控制每循環的進尺，各個臺階施工進尺按1榀鋼架控制(0.5 m)，嚴禁超挖。每循環開挖以后立即對掌子面和開挖面噴射厚5 cm的C25混凝土，及時施作初期支護，使其盡早封閉成環。有條件時仰拱、二襯要及時跟進。仰拱施作長度一次不要超過3 m，二襯施作長度一次不超過6 m。

(5)嚴格按照設計工法進行施工，保證各工序的安全步距不超標。上臺階高度控制在3～4 m，臺階長度控制在3～5 m；中臺階高度控制在3～4 m，臺階長度控制在3～5 m；仰拱距離掌子面的距離控制在20 m，二襯距離掌子面的距離控制在30～35 m。

(6)制定應急預案，預備必要的應急器材、物資。隧道開挖過程中如發現掌子面或拱、墻圍巖發生不穩定現象，應立即組織施工人員撤離，待險情基本穩定以后，用加強支護和沙袋回填的辦法使不穩定的險情得到緩解，再用加強支護和注漿加固的方法解除險情。在處理險情的過程中，必須緊隨處理工作面在隧道兩側各設置一條逃生通道。

(7)加強洞內監控量測工作，加大監測頻率，進行信息化施工。對塌方處理段(含塌方影響段)重新布置監控量測點，測點縱向間距加密到5 m，觀測頻次加大到2次/d。及時準確掌握圍巖變形情況，并將監測數據及時上報監理、設計單位和指揮部，一旦發現變形異常情況，立即根據應急預案進行緊急處置。

(8)為控制隧道水平收斂，借鑒本線其他工點工程經驗，結合施工機械操作空間要求于中臺階拱腳處設置錨筋樁。右側邊墻錨筋樁鉆孔時需要通過回填渣土，易塌孔，施工中可采用跟管鉆進工藝。

(9)按照塌方處理方案對塌方段和塌方影響段處理完成以后，要先對塌方段前方先前已經做好的初期支護進行認真地檢查，如果發生侵限，應及時上報，進行處理。

4 結束語

寶雞到蘭州客運專線朱家山隧道1#斜井工區蘭州端塌方地段的塌方處理施工中，堅持了“消除危險，穩住陣地，分別處理，盡快完成”的塌方處理原則，按照修改后的設計方案分段進行了處理，前后歷時25 d(其中反堆渣施工2 d，混凝土保護殼施工3 d，保護殼下掘進及各種輔助措施20 d)，安全、順利地完成了塌方處理施工任務。塌方處理方法和施工經驗可供同類工程參考。

參考文獻

[1]賈常志.青藏鐵路西格而線尕布溝隧道進口塌方處理施工[J].國防交通工程與技術,2009，7(3)：38-40，66

On the Collapse-Treating Construction Techniques for No.1 Oblique Shaft Construction Section of the Zhujiashan Tunnel at the Lanzhou End

Wang Menghao

( First Engineering Co. Ltd. of the 19th Bureau Group of China Railway,Liaoyang 111000,China )

Abstract:Due to the bad geological conditions and the improper treatment in the course of construction,collapse happens in the first oblique shaft section of the Zhujiashan Tunnel of the Baoji-Lanzhou Passengers-Oriented Railway at the Lanzhou end.In the light of the specific construction conditions,spoil is first counter-pressure filled back into the collapsing sections of the tunnel body and the collapsing parts to stabilize the collapsing sections and the collapse-affected sections at both ends of the collapsing part.With the collapsing sections,Type-C25 concrete is pumped into the cavities above the spoil-back-filled bodies so as to form protective shells,with the supporting parameters improved,and the control of the arch foot strengthened.The collapse-affected sections are consolidated by means of slip-casting concrete.After the above-mentioned treatment, the collapse-treating task is safely and smoothly finished.Our corresponding experience may serve as a useful reference for projects of the same type.

Key words:collapse of the tunnel;back-filled with spoil;slip-casting to consolidate;foot-locked anchoring rod

中圖分類號：U458.3

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)02-0054-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.015

作者簡介：王萌浩(1986—)，男，助理工程師，主要從事橋梁隧道工程技術管理工作279737216@qq.com

收稿日期：2015-12-10