運營鐵路隧道洞身破壞應急搶修技術探討

劉均紅

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

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運營鐵路隧道洞身破壞應急搶修技術探討

劉均紅

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

摘要：根據(jù)災害情況下的破壞程度，將運營鐵路隧道洞身破壞分為局部破損和洞內坍塌兩種形式。針對局部破損情況，提出拱圈補強和邊墻加固的應急搶修對策；針對洞內坍塌情況，分別針對以隧道形式和以路塹、明洞或棚洞形式通過的快速搶通方案，提出了相應的保障措施，以期為鐵路隧道應急搶修技術研究提供參考。

關鍵詞：鐵路隧道；局部破損；洞內坍塌；應急搶修

作為控制性節(jié)點工程，鐵路隧道的破壞將直接影響到整條鐵路乃至整個鐵路網的運營安全。洞身破壞尤其坍塌是鐵路隧道應急搶修的重點，也是難點。造成運營鐵路隧道洞身破壞的原因很多，如恐怖襲擊、地震、泥石流、山體變形、涌水突泥等等。不管破壞范圍如何，都將意味著隧道喪失使用功能，阻礙正常交通運營，給人民生命安全和國家經濟帶來巨大挑戰(zhàn)和損失[1]。當前，我國關于鐵路隧道應急搶修技術的研究尚處空白，依托相關科研計劃項目，對運營鐵路隧道洞身局部坍塌應急搶修技術予以分析探討。

1 洞身破壞分類

一般情況下，鐵路隧道洞身埋深大，遭受襲擊可能性小，即便遇到攻擊，破壞程度也不會太嚴重。相關研究表明，洞身埋深H>50 m時，由于圍巖土體約束作用的顯著增強，自然災害對隧道的破壞程度明顯偏小[2-3]。因此，文中認為，災害發(fā)生時，若H>50 m，隧道洞身破壞通常表現(xiàn)為拱頂或邊墻的局部破損；若H≤50 m，則往往表現(xiàn)為洞內坍塌。

1.1 局部破損

隧道洞身襯砌錯臺、脫落、掉塊，致使結構承載能力明顯減弱，或變形過大直至侵限，影響行車安全甚至阻礙行車；或隧道雖未坍塌，但若不及時處理，隨時都有發(fā)生坍塌的可能，此種情況認定為隧道洞身局部破損。

1.2 洞內坍塌

洞內坍塌是隧道所遭受的最為嚴重的一種破壞，也是應急搶修的重難點。洞內坍塌一般分為拱形塌方和塌穿型塌方兩種[4]，分別如圖1和圖2所示。其中，當塌方高度Hc≤10 m時，視為拱形塌方，該種塌方情況下，隧道襯砌結構尚未完全破壞，僅拱部坍塌，邊墻局部完好；當Hc>10 m時，一般可認為洞身大面積塌陷或坍塌直至地表，襯砌結構完全破壞，該段隧道完全喪失使用功能，視為塌穿型塌方，該種塌方情況無疑是致命的。

圖1 拱形塌方示意

圖2 塌穿型塌方示意

2 洞身局部破損搶修技術

2.1 噴錨支護

2.1.1 適用條件

噴錨支護在隧道洞內局部破損且破壞程度相對較輕的應急搶修中具有較強的可行性。該方法主要適用于Ⅱ級圍巖、Ⅲ級圍巖及Ⅳ級圍巖普通地段。

2.1.2 加固措施

(1)針對拱部局部破損情況，在對舊拱進行表面鑿毛處理的基礎上，破壞拱圈周圍打設錨桿，噴錨支護參數(shù)如表1所示。其中，Ⅲ級圍巖、Ⅳ級普通地段需在二襯錯臺或脫落部位鑿槽(鑿毛時順便將寬大的裂縫和錯臺擴成“V”形槽道)，槽道內布設?6 mm(或?8 mm)的拉結鋼筋網之后噴射混凝土作為初期支護。

表1 噴錨支護參數(shù)表

(2)針對邊墻局部破損情況，首先鑿除邊墻破損處部分襯砌混凝土，并對襯砌混凝土表面進行清洗；按照間距1.0～1.5 m打設錨桿，梅花形布置(危險地方可增加1根)；錨桿端頭掛雙層鋼筋網，第1層采用?6 mm@20 cm，第2層采用?8 mm@25 cm，噴射混凝土15 cm進行加固。

2.2 鋼拱架加固

2.2.1 適用條件

鋼拱架通常采用型鋼或鋼軌現(xiàn)場加工而成，多用于Ⅳ級圍巖加強及以上地段。該方法實質上相當于在原隧道形成了套拱，減少了原隧道凈空，因此，鋼拱架加固方法必須保證在隧道凈空容許的情況下進行，且不影響應急運輸車輛的正常行駛。

2.2.2 加固措施

鋼拱架加固間距通常視地層情況而定，一般Ⅳ級圍巖加強地段間距1.0 m，Ⅴ級圍巖普通地段間距0.8 m，Ⅴ級圍巖加強地段間距0.6 m。

3 洞內坍塌搶修技術

隧道洞內坍塌的應急搶修按照“穩(wěn)固塌體、填充空洞、注漿加固、謹慎通過”的思路[5]，根據(jù)現(xiàn)場情況考慮以隧道形式或以路塹、明洞或棚洞形式通過。

3.1 處理原則[6]

(1)在塌方范圍內頂部與側壁的危石及大裂縫，應先行清除或錨固。

(2)加強原有支護襯砌，對塌方范圍前后原有的支護進行加固，防止塌方擴大。

(3)在塌方范圍內架設支撐或者噴射混凝土，必要時加設錨桿支護。

(4)加快襯砌，對塌方兩端應盡快做好局部襯砌，以保證隧道臨時通車。

3.2 以隧道形式通過

3.2.1 適用條件

隧道洞身埋深較大或塌方直至地表且坍落的土石方數(shù)量巨大致使隧道嚴重堵塞，坍體很不穩(wěn)定，或即使隧道埋深較淺但卻不具備以路塹、明洞及棚洞通過的條件時，考慮以隧道形式通過。

3.2.2 搶修方案

首先考慮對臨近塌方地段(塌方后方)懸而未塌襯砌結構的注漿加固，對于阻擋施工的懸掛已破壞襯砌結構進行切割清理。拱形塌方情況下，根據(jù)Hc不同，針對塌穴采用不同的臨時支護措施，保障坍渣清理后應急通車；塌穿型塌方情況下，要做好超前預支護，以初期支護作為主要承載結構[7]。

(1)當塌方高度Hc<5 m時，采取從地表自上而下清理坍渣，在露出拱頂缺口后，進行臨時蓋頂：①當B′≤2 m時，采用普通枕木密鋪直接蓋頂。②當2 m≤B′

(2)當5 m≤Hc<10 m時：①由地面向下逐步清除坍渣，隨即架設箍架支撐。箍架的形式可為多邊形、矩形或方形，視坍穴的形狀而定，架距不大于1 m，如圖3所示。②若坍穴成斜孔，處理方法根據(jù)斜度而定，傾角≤30°時，可按斜井的施工方法進行出渣及支撐；傾角≥35°時，運用井箍支撐及由上而下清渣。

(3)當Hc≥10 m時，針對該種嚴重坍塌情況，應急搶修施工步序為：搶修準備→坍塌后方襯砌結構臨時支撐、加固→坍塌掌子面噴混封閉→坍塌體超前支護→坍腔回填→監(jiān)控量測→坍體開挖、運輸→開挖掌子面噴混找平→架設鋼架、施作初期支護→臨時通車。具體工序如下：①結合塌方現(xiàn)狀及工程地質環(huán)境，做好塌方后方支護加固工作。②坍塌掌子面設置止?jié){墻，通常與軌面形成45～60°斜坡，噴射20 cm厚C25混凝土封閉，封閉掌子面之前，預埋2根輸送泵管，1根作為泵送管，1根作為觀察管，管口高于隧道拱頂2～3 m。③坍渣周圍巖土體預加固。④注漿固結完成后，泵送C20砼回填做保護殼，泵送至觀察管流漿為止，保證砼厚度不小于1 m。⑤加強監(jiān)控量測。⑥采用短臺階法開挖，通過搶修機械進行破碎、扒渣和運輸。⑦施作初期支護，架設臨時鋼拱架。鋼拱架采用HW150×150型鋼，間距0.5 m/榀，根據(jù)鐵路隧道搶修建筑限界預制，做好與未破壞墻體襯砌結構的搭接。

圖3 井箍支撐示意圖

3.3 以路塹、明洞或棚洞形式通過

3.3.1 適用條件

隧道洞身淺埋、局部傍山、地面自然橫坡較陡以及原設計明洞或棚洞的塌方地段，在拱部施作臨時蓋板不能滿足應急通行的情況下，選擇以路塹、明洞或棚洞形式通過。

3.3.2 搶修方案

采用明挖法清方，將洞內坍塌地段改成路塹或者棚洞、明洞形式，做好邊仰坡防護。邊仰坡防護可采用噴射混凝土、打設錨桿、掛鋼筋網及支擋等措施。另外，為提高搶通效率，確保應急通車，棚洞結構可根據(jù)搶修建筑限界預制加工。

4 保障措施

(1)洞身坍塌范圍較廣、搶修困難時，需要調整線路平面或雙線改單線運行。

(2)洞內軌道破壞嚴重時，調整線路縱斷面，局部降低軌面或隧底。

(3)緊急情況下應急通車采用電力牽引改用內燃、蒸汽牽引過渡。

(4)做好塌陷范圍內的地表截、排水工作，若遇雨天，可用塑料布將塌陷范圍全面覆蓋，避免雨水侵入隧道。

5 結論與建議

(1)由于地下工程的復雜性和不可預見性，鐵路隧道應急搶修方法不能千篇一律，必須結合破壞情況和工程地質環(huán)境，采用快速合理的搶修手段。

(2)勘察、設計和施工過程中，做好隧道超前地質預報和風險事件處理工作，規(guī)避殘余風險，減少自然災害發(fā)生概率。

參考文獻

[1]劉均紅.戰(zhàn)時鐵路隧道快速搶修技術初探[J].國防交通工程與技術，2014(6):21-24

[2]Sunil Sharma,willian R Judd.地震對地下工程的破壞[J].雷謙榮，譯.地下空間,1992(4):335-344

[3]皇民,劉馬群,王安華，等.隧道地震破壞的主要形式及影響分析[J].交通科技與經濟，2010(1):60-62

[4]汪成兵.軟弱破碎隧道圍巖漸進性破壞機理研究[D].上海:同濟大學,2007：23-34

[5]陳仁東,吳金剛.某隧道塌方原因分析及處理方案[J].現(xiàn)代隧道技術,2010,47(6)：101-106

[6]鐵道部第二工程局.鐵路工程施工技術手冊：隧道(下)[M].北京:中國鐵道出版社,2010：338-343

[7]羅章波.以初期支護為主要承載結構的復合式襯砌設計研究[J].隧道建設,2012,32(5):658-664

An Exploration into the Rush-Repairing Techniques for the Damaged Tunnel Body of a Railway Tunnel in Operation

Liu Junhong

(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co., Ltd.，Beijing 102600，China)

Abstract:The damage to the body of a railway tunnel in operation may be divided into two types according to the degree of the damage caused by disasters:local damage and serious collapse.For the local damage,the countermeasures of reinforcing the arch ring and consolidating the side wall are put forward as rush-repairing measures.For the damage of severe collapse,suggestedinthepaperarethecorrespondingrush-repairschemesofbuildingatemporarytunnel,formingacutorbuildinganopen-cuttunnelorashedholetoensurethequickpassageoftrains.Thepapermayserveasausefulreferencefortheresearchintotherush-repairtechniquesforrailwaytunnels.

Key words:railway tunnel；local damage；severe collapse；rush-repair

中圖分類號：U457

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3953(2016)02-0023-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.006

作者簡介：劉均紅(1981—)，男，工程師，主要從事隧道與地下工程研究設計工作765082073@qq.com

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目(2013G012)

收稿日期：2015-12-08