上村隧道不良地質地段沉降控制措施

王懷昱

（中鐵十九局集團第三工程有限公司 遼寧沈陽 110036）

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上村隧道不良地質地段沉降控制措施

王懷昱

（中鐵十九局集團第三工程有限公司 遼寧沈陽 110036）

摘要：云桂鐵路上村隧道出口工區的淺埋、順層偏壓段施工過程中，由于處置不當，發生了沉降超限的事故。本文將事故發生的情況、發生的原因、處理方法以及其后面緊接著的順層偏壓段正確施工方法加以介紹。

關鍵詞：隧道施工 順層偏壓段施工 沉降控制

隧道不良地質地段施工存在著極大的風險，若不給予足夠的重視和完善的處置措施，很可能會發生塌方、沉降等事故，造成嚴重的后果。云桂鐵路上村隧道在淺埋、順層偏壓段施工過程中，由于施工經驗不足、關鍵部位和關鍵時間措施不到位，以及設計、施工、監控量測等多方面存在著缺陷，致使圍巖發生較大的沉降而侵限。今將事故發生的經過、原因分析、處理情況，以及其后面緊接著的順層偏壓段正確施工方法等記錄于后，以供類似工程借鑒。

1　工程概括

云桂鐵路上村隧道位于石林至陽宗區間，全長6 645 m，進口里程D2K691+705，出口里程D2K698+350，是一座單洞雙線隧道，洞內兩線線間距為4.6 m，隧道平面設計為中間直線，進出口分別位于左偏R=800 m和右偏R=1 000 m的曲線上，隧道縱坡設計為單面下坡，坡度為-13.5 ‰。在隧道D2K697+550處線路前進方向的左側設有一處斜井，長度為364 m，采用無軌道運輸方式，斜井內凈空尺寸為5.0 m（寬）×6.0 m（高）。隧道進口緊鄰小團山二號雙線大橋，出口接一段路基。隧道最大埋深約224 m，最小埋深約3 m。洞身有2處淺埋段，分別在D2K692+130～+170、D2K697+950～D2K698+350。出口段D2K698+310～D2K698+340段進行了地表旋噴樁加固。出口淺埋段不但埋置不深，地層還是左側順層偏壓。

隧道穿越區域上覆第四系全新統坡洪積層（Q4dl+pl）粉質黏土，第三系（N2）黏土（弱～中膨脹土），下伏基巖為志留系中統馬龍群組中段（S2mb）頁巖、砂巖夾泥灰巖；寒武系下統滄浪鋪組（∈1c）砂巖頁巖互層；筇竹寺組（∈1p）頁巖、砂巖夾泥巖；漁戶村組（∈1y）砂巖白云巖。特殊巖土為粗角礫土、粘土（膨脹土）。

隧道所在地區的地表水為受季節控制的常年溝槽流水。地下水主要為基巖裂隙水，地下水不發育。隧道一般涌水量為17 295m3/d，雨季最大涌水量為22 484 m3/d。

2　拱部沉降事故發生情況、原因分析及處理措施

2.1 事故發生情況

當隧道出口工區施工到D2K697+980時，發現D2K698+050～D2K697+995段圍巖發生了持續沉降，致使初支噴混凝土開裂掉塊、拱部鋼拱架或斷裂扭曲變形，或整體下沉，拱部沉降最大處達到了516mm，邊墻處初支鋼架向里收斂，鋼架連接板扭曲斷裂。沉降發生后，我們立即采取了架設滿樘工字鋼支架的方法加以支頂，對拱、墻背后進行大面積超深度注漿等措施，避免了沉降繼續擴大和發生塌方的可能。隨后又采取了施做中管棚、換拱等措施，對沉降發生地段進行治理，前后耗時3個多月才將事故處理完畢。

2.2原因分析

沉降段地質為寒武系下統漁戶村組（∈1y）砂巖白云巖，巖性為砂巖、泥、頁巖互層，深灰～灰色，薄層狀，巖體破碎～極破碎，節理裂隙發育，層理平緩，結合力差，支護不及時易下沉變形或掉塊塌方。

原設計為IV級圍巖，支護參數：拱墻格柵鋼架間距1.0 m/榀，拱部超前支護采用Φ42無縫鋼管，3.0 m/環，每環38根，每根長4.5 m，拱部采用Φ25中空錨桿，邊墻采用Φ22砂漿錨桿，鎖腳錨桿采用Φ22砂漿錨桿，長度4.0 m。開挖后掌子面整體滲水，局部滲水呈線狀或股狀，掌子面正面溜坍，拱部掉塊嚴重，部分開挖面有明顯擠壓褶皺，巖體極破碎，溜坍物大部分為松散碎渣狀，部分夾有孤石。支護完成后，初支滲水嚴重，監控量測參數顯示拱部沉降較大，有一定收斂，尤其現場開挖下臺階或仰拱時最為嚴重，最大時單日下沉8 cm，推測原因：掌子面及輪廓線外圍巖破碎，呈松散狀，含土量大,自承能力差，遇水極易成泥石態，導致拱圈外圍巖流動或松動，作用在初期支護形成較大壓力，加之下臺階和仰拱爆破產生較大震動，導致沉降量增大。上層圍巖偏壓應力釋放也是主要因素。

2.3沉降超標侵限段的處理措施

遵照參考文獻［2］的要求，我們采取了以下的綜合措施對沉降超標侵限段進行處理，見圖1。

圖1　沉降超標侵限段處理措施

說明：

1立柱、橫撐采用I22b工字鋼，立柱的縱、橫間距為200cm，橫撐豎向間距200cm。

2斜拉由？32螺紋鋼筋交叉施作。

3初期支護沉降輪廓線。

4初期支護隆起輪廓線。可能是因為此處初支背后圍巖軟弱或脫空，拱部下沉與邊墻向內收斂共同作用使其隆起，經實際測量最大數值為12.5cm。

5為中管棚，中管棚采用Φ89×6mm鋼管按常規方法制造，每根長度10m，環向每米布置3根，每環38根，搭接長度2.0m，外插角1°～3°。

6為深孔注漿錨管，使用L=500cm的Φ42無縫鋼管作為注漿管，按縱向間距×環向間距=100cm×100cm布置，采用國產導軌式氣動鑿巖機（YGZ70）鉆孔。施作時與原有系統錨桿交錯布置。

（1）立即對沉降超標侵限段進行支頂，制止沉降的繼續發展。用于支頂的工字鋼支架由托梁、立柱、橫撐、斜拉組成。托梁、立柱、橫撐用I22b工字鋼加工，焊接連接。立柱的縱、橫向間距均為200cm。在縱、橫兩個方向上均安裝橫撐，橫撐的豎向間距為200 cm。立柱工字鋼的兩邊焊上?32螺紋鋼筋作為斜拉。

（2）對發生沉降超標侵限段的拱、墻背后進行大面積超深度注漿。具體做法是：使用L=500cm的Φ42無縫鋼管作為注漿管，按縱向間距×環向間距=100 cm×100 cm布置，采用國產導軌式氣動鑿巖機（YGZ700）鉆孔。注漿用純水泥漿，純水泥漿的水灰比為1︰1。滲水嚴重地段采用水泥—水玻璃雙液漿，水泥和水玻璃雙漿液按1︰1的體積比配制，其中水泥漿的水灰比為1︰1，水玻璃用35～40 Be′配同體積的清水。注漿壓力0.5～1 MPa。立柱、錨管施工順序：處理前掌子面先噴30 cm砼將其封閉，錨管、立柱由掌子面處向洞口方向施作，先用導軌式氣動鑿巖機（YGZ700）鉆孔，然后插入錨管，支立立柱、橫撐固定，固定后立即向錨管注漿，流水作業。因是從掌子面向洞口方向施工，存在安全風險，由專職安全員負責警戒，如有異常，人員立即撤出。

（3）在D2K698+055～D2K697+980段施做中管棚，在管棚下面按每次60cm的進尺清理侵限的土石和更換扭曲變形或整體下沉的鋼拱架，并立即施做新的初期支護。

中管棚采用Φ89×6 mm鋼管按常規方法制造，每根長度10 m，環向每m布置3根，每環38根，搭接長度2.0 m，外插角1°～3°，用常規方法施工。注漿漿液用水灰比為1：1的純水泥漿，注漿壓力0.5～1.0 MPa。

立即施做的初期支護用鋼拱架、網、錨、噴結構。鋼拱架用I22b工字鋼制造，鋼拱架間距0.6m/榀。安裝的鋼拱架必須連接平順，焊接牢固。分段安裝時，拱腳處要用2×4根、L=400 cm的?42注漿鎖腳錨管固定。鋼拱架之間焊接?32、L=120 cm、@60 cm的縱向連接鋼筋。用?8、@200×200 mm鋼筋網。噴射混凝土用C25混凝土，初噴5 cm后支立鋼拱架，隨后再多次復噴至總厚30 cm。

3　淺埋偏壓段隧道掘進施工方法

為了避免隧道再次發生拱部沉降、甚至發生塌方，遵照參考文獻［2］的要求，在淺埋偏壓段隧道施工中遵循 “短進尺，弱爆破，強支護、早封閉、勤量測”的原則組織施工。并對設計、施工進行了如下的變更和改進。

3.1與設計方進行溝通，對設計進行局部變更：

（1）對順層偏壓淺埋段隧道圍巖的工程地質狀況進行加密勘探，徹底掌握圍巖巖性，根據圍巖的實際情況進行設計變更；

（2）根據實際情況修改圍巖等級，將圍巖的級別由原設計的Ⅳ級變更為Ⅴ級，超前支護和初期支護都得到加強；

變更前后支護參數

（3）修改順層偏壓段洞身系統錨桿的布置。根據圍巖地層的層理走向，錨桿采用不對稱的方式布置，將圍巖順層一側的錨桿間距縮小，根數增加，非順層一側錨桿的間距適當加大，根數減少。

3.2施工方法的改進

（1）做好超前地質預報工作。一般地段采用TSP-203超前地質預報探測技術對前方的圍巖進行探測，對不適合使用TSP-203超前地質預報探測技術的地段采用洞內地質素描、地質雷達、超前地質水平鉆孔等手段進行圍巖探測。通過分析超前地質預報工作資料，切實掌握前方圍巖的基本情況，為完善設計方案和指導隧道施工提供依據；

（2）采用大拱腳臺階法（外擴大）開挖，斷面分為三層臺階和隧底進行開挖、支護，圍巖條件較差時留核心土。開挖作業進尺要短，每循環嚴格控制在0.6m。大拱腳設置在中、下層臺階上，每處增設2根鎖腳錨管，并設置臨時橫撐和臨時仰拱。

通過實際觀測和測量，適當加大預留沉降量，避免初期支護侵限；

超前支護采用L=450 cm、?42注漿小導管，數量、質量、搭接長度均要滿足設計要求，圍巖薄弱段適當增加注漿小導管的數量，并要提高注漿質量；

盡量采用人工配合小型機械進行開挖，必需時可以在局部采用控制每段起爆藥量的毫秒爆破進行開挖；

開挖作業完成后馬上對掌子面和拱、墻圍巖噴射厚度≥5 cm的混凝土進行封閉，并立即施做初期支護。初期支護的做法與前面第2.3節、第（3）部分的做法相同；

合理控制施工步距，及時進行仰拱和二襯的施工，仰拱距掌子面的距離≯35 m，二襯距掌子面的距離≯70 m；

加強監控量測工作。加密洞內沉降觀測斷面，由原來的10 m一個加密到5 m一個監測面，增加監控量測頻次。沉降嚴重地段和初支開裂地段要單獨設置監控量測斷面，進行不定時的連續監測。及時分析、反饋監控量測成果，對變形發展速率較快的部位，提前加設副拱或加設臨時支撐。

（3）加強支護措施。

①超前支護采用Φ42超前注漿小導管，L=450cm，環向每米布置3根，每環38根，搭接長度150cm，按常規方法注純水泥漿。

②采用全環I22b工字鋼鋼架進行支撐

全環鋼架在洞外加工廠內用I22b工字鋼精確加工，安裝時節段之間先用節點鈑、螺栓將腹板連接，隨后再用電焊將兩側的翼板焊死。設置I22b工字鋼臨時鋼橫撐和臨時仰拱，使鋼架盡早成環。

③增加鎖腳錨桿的數量

將每層臺階左右兩側拱腳處的鎖腳錨桿數量由原來的每側2根，變更為每側4根，全環鋼架鎖腳錨桿的總數為3×2×4=24根。

④加強系統錨桿

系統錨桿采用L=400 cm的Φ25中空注漿錨桿，縱向間距×環向間距=0.6 m×1.0 m。圍巖局部破碎時，將Φ25中空錨桿改變成長度相同的Φ42注漿錨管。

⑤增加噴射混凝土的厚度

噴射混凝土用C25混凝土，初噴5 cm后支立鋼拱架，隨后再多次復噴至總厚30 cm。

4　結語

云桂鐵路上村隧道出口的淺埋段，不但埋設不深，還有一段是順層偏壓。施工中由于處置不當，圍巖發生了持續沉降，致使初支噴混凝土開裂掉塊、鋼拱架發生斷裂、扭曲變形、整體下沉。我們采取了立即支撐、對拱墻背后大面積超深度注漿、施做中管棚并在管棚下換拱等處置措施，成功地處理了大沉降段，并在接下來的順層偏壓段對設計進行了局部變更，對施工方法進行了改進，使順層偏壓段施工沒有再發生大的沉降和塌方，順利地通過了順層偏壓地段。一些經驗可供同類工程參考。

參考文獻：

［1］Tz204-2008. 鐵路隧道工程施工指南［s］.北京：中國鐵道出版社,2008

［2］鐵建設［2010］120號.關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工有關技術規定的通知［s］.北京：中國鐵道出版社,2010

construction of unevenly-pressured section embedded in layered rock mass control of subsidence

Control Measures for Ground Subsidence in Poor Geological Section of Shangcun Tunnel

WANG Huai-yu
（No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 19th Bureau Group Co. Ltd Shenyang Liaoning 110036 China）

Abstract：In the process of shallow buried construction of unevenly-pressured section embedded in layered rock mass in the exit of Shangcun Tunnel in Yungui Railway （from Nanning to Kunming）, an accident of over-loading and subsidence happened due to an improper handling. This paper introduces the process, reasons, countermeasures of this accident, and a correct construction method for the unevenly-pressured section embedded in layered rock mass.

Key words：tunnel construction

文獻標識碼：中國分類號：P642.26A

文章編號：1673-1816（2016）01-0020-05

收稿日期：2015-11-14

作者簡介：王懷昱（1972-），男，工程師，研究方向道路橋梁與渡河工程現場、施工管理。