新松林堡隧道淺埋偏壓段坍塌原因分析及綜合處理措施

文小順

【摘 要】隨著鐵路、公路建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多的線路以隧道形式穿越地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，致使隧道坍塌事故日益增多。隧道坍塌事故往往處理難度大，如果采取的處理措施不當(dāng)，不但需要花費大量成本，拖延工期，而且容易留下安全及質(zhì)量隱患。文章基于遂渝鐵路增建二線工程新松林堡隧道淺埋偏壓段坍塌事故的成功處理實例，詳細闡述了塌方的處理方案及技術(shù)措施，以期對相類似的坍塌事故的處理起到借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道；淺埋偏壓；塌方；原因分析；處理措施

【中圖分類號】U455.4 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）01-0066-04

1 工程概況

遂渝鐵路增建第二線新松林堡隧道全長1 308 m，起止里程為YDK106+752～YDK108+060。新建隧道位于既有松林堡隧道右側(cè)，線間距約30 m，隧道沿線路前進方向均為5.1‰上坡，隧道位于直線上。隧道所經(jīng)處屬低山河谷地貌，隧道穿越瀝鼻峽背斜低山，地面高程為220～450 m，相對高差為100～230 m，自然橫坡為20°～40°，進口端為構(gòu)造坡，地形較為平緩，出口端為剝蝕坡，地形陡峻，地表多沖溝，沖溝多呈“V”形，坡面植被發(fā)育。隧頂最大埋深約190 m，其中YDK107+800～YDK108+060為淺埋段，拱頂以上埋深12～50 m，此段下伏基巖為三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖，頁巖夾煤層以紫褐色、灰黑色泥質(zhì)、炭質(zhì)頁巖為主，夾薄層狀砂巖及煤層巖質(zhì)軟，巖體較破碎。煤層一般厚0.3～4 m，夾有數(shù)層，穩(wěn)定性差。

2 塌方段地質(zhì)條件及塌方情況說明

隧道YDK108+035～+050段于2011年6月11日15：30左右發(fā)生塌方，因現(xiàn)場處于停工狀態(tài)，所以無人員傷亡和機械設(shè)備損失，現(xiàn)場緊急檢查發(fā)現(xiàn)隧頂塌空，且溜塌面還有繼續(xù)擴大的趨勢，對溜塌隧頂范圍采用警戒線隔離后遠距離監(jiān)控。當(dāng)晚出現(xiàn)暴雨，邊坡繼續(xù)溜塌，至13日雨停后，隧道塌方體趨于穩(wěn)定。隨即，項目部組織人員對塌方情況進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，塌方處共造成15榀格柵拱架完全扭曲破壞并侵入隧道限界，下塌土石方量約1 800 m3。該處圍巖類別屬Ⅴ類圍巖，巖體呈黃褐色，巖軟，節(jié)理發(fā)育，整體性差，夾粉黏土。隧道塌方體如圖1所示。

3 臨時應(yīng)急措施

為防止坍塌面繼續(xù)擴大，項目部實施的臨時應(yīng)急措施如下。

在坍塌四周設(shè)置截水溝，上方覆蓋彩條布，防止雨水沖刷使坍塌范圍擴大；設(shè)置警戒線，設(shè)置監(jiān)控量測點，加強對隧道監(jiān)控量測和地表沉降觀測，安排專人盯控。處理坍方的人員、機具繞行。對山體進行順坡，清除坡面松散體，采取挖填結(jié)合的方式修坡及設(shè)置截水溝，使地表排水順暢。對塌方體周圍已開挖圍巖采用“工”字鋼橫撐加固（如圖2所示），防止塌體面積進一步擴大。

4 塌方原因分析及調(diào)查

塌方發(fā)生后，項目部立即通報相關(guān)單位，2011年6月16日會同設(shè)計、勘察、業(yè)主、監(jiān)理等相關(guān)單位對塌方現(xiàn)狀進行了調(diào)查、評估，對事故原因進行分析，以便采取針對性的施工處理措施。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，查閱設(shè)計圖紙及施工記錄，揭示塌方產(chǎn)生的原因主要有以下3個方面。

4.1 較差的圍巖地質(zhì)條件及雨季施工的影響

設(shè)計圖紙標(biāo)示塌方處隧道段埋深約9.6～12.6 m，為淺埋偏壓地段。從塌方體揭示的地質(zhì)情況表明，圍巖破碎，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化嚴重。

塌方段地處低洼的沖溝地帶，通常無流水，但隧道坍塌前連日大雨，大量雨水沿地表匯入沖溝，形成季節(jié)性溪流。地表水滲入裂隙發(fā)育的圍巖，降低了圍巖的穩(wěn)定性，破壞了圍巖的自穩(wěn)，大幅增加的圍巖荷載，超過了支護的承受能力，這是造成隧道坍塌的關(guān)鍵原因。

4.2 超前支護措施不當(dāng)

施工人員經(jīng)驗不足，沒有全面掌握地質(zhì)情況，僅憑經(jīng)驗就將隧道超前防護方案由大管棚變更為雙排小導(dǎo)管，超前預(yù)注漿效果不佳。前期監(jiān)控此段初期支護，即發(fā)現(xiàn)圍巖有較嚴重的收斂變形。在此情況下，技術(shù)人員對收斂的異常增大認識不足，僅對變形較大圍巖部分進行了換拱處理，未采取其他加強和保護措施，這是造成隧道塌方的重要原因。

4.3 停工影響

該段隧道處于煤層采空區(qū)，因隧底為采煤巷道、溶洞及采空區(qū)等位置未探明，所以處理方案一直未確定，項目于2011年4月最后10 m上臺階開挖后即處于停工狀態(tài)。隧道長時間停工，仰拱無法施做，二次襯砌未能及時跟進成環(huán)，對圍巖未能形成有效保護，這是造成半脫產(chǎn)坍塌的次要原因。

5 制定隧道塌方處治技術(shù)措施

經(jīng)與施工各方進行塌方原因分析及研究后，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況和塌方體狀態(tài)，參考類似坍塌項目采取過的成功技術(shù)措施，并結(jié)合既有機械、設(shè)備及材料情況，項目組提出了處理方案。

5.1 塌方處地表水截排

繼續(xù)加強地表水的截排，阻止地表水滲入圍巖。在隧道上方地表塌方影響范圍外約5 m處施做截水溝，溝底寬50 cm，深50 cm，溝壁采用砂漿抹面，保證排水通暢；對地表已出現(xiàn)的裂縫，采用黏土夯填密實，坍塌坑洞上部采用鋼管架搭設(shè)雨棚，防止雨水流入塌體。

5.2 塌方坑洞邊坡防治

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧頂溜塌形成坑洞，局部邊坡裸露，坡度陡、高差大，邊坡極不穩(wěn)定，有可能造成大面積的邊坡溜塌，從而影響隧道和既有線路的安全（如圖3所示）。在采取必要的防護措施后，對塌方坑洞邊坡進行修坡，修坡坡比為1∶0.75，高邊坡修成臺階狀，將周圍邊坡刷緩、修順。隨后對邊坡進行錨網(wǎng)噴防護處理，錨桿長3.5 m，間距為1.2 m×1.2 m，呈梅花形布置，垂直于坡面施作，掛φ8 mm鋼筋網(wǎng)片，噴射砼厚度為10 cm。

5.3 塌方坑洞處理

因塌方體處理工期較長，為了確保施工人員的安全，在塌坑內(nèi)施作厚1.5 m的C20砼護拱，將整個坑洞封閉，使隧道與坑洞上部形成隔離，防止邊坡巖體繼續(xù)塌陷至隧道內(nèi)而危及施工人員的安全。護拱距隧道拱頂約3 m。護拱內(nèi)設(shè)2層間距為30 cm×30 cm的φ20 mm鋼筋網(wǎng)，護拱四周伸入巖壁20～30 cm，護拱拱腳處設(shè)置一層排距為0.5 m的錨桿，錨桿尾端與護拱鋼筋焊接。鋼筋砼護拱如圖4所示。

人工將坑洞底部坍渣修整成護拱的底部弧狀，抹10 cm厚砂漿，形成護拱底模，預(yù)埋間距為3 m×3 m的φ42 mm注漿管，呈梅花形布置。待護拱砼強度達到要求后，對拱下塌方體進行固結(jié)注漿。注水泥漿（1∶1），注漿壓力控制在0.7～0.8 MPa。

5.4 隧道內(nèi)塌方體處理

對隧內(nèi)塌方體進行注漿固結(jié)，噴C25砼厚8 cm封閉掌子面，采用長6 m的φ42 mm小導(dǎo)管注漿固結(jié)，間距為0.8 m×0.8 m，呈梅花形布置，對塌方地段15 m范圍內(nèi)，分3次進行固結(jié)處理。

塌方體開挖的超前支護采用φ42 mm雙排注漿小導(dǎo)管，夾角為10°～15°，每環(huán)24根，長3.5 m，環(huán)向間距為0.4 m，縱向間距為1.5 m，注水泥漿（1∶1），注漿壓力控制在0.7～0.8 MPa。

開挖采用三臺階七步法，并施作臨時仰拱，預(yù)留沉降量為20 cm。采用間距為0.5 m的I18型鋼支護，鋼架落地處施做4根鎖腳錨管，錨管長3.5 m，鎖腳錨管角度分別為斜向下45°和60°，將原設(shè)計的系統(tǒng)錨桿更換為注漿錨管，錨管長5 m，每環(huán)13根，間距為1 m×0.6 m（環(huán)×縱），初期支護掛φ8@12 cm×12 cm鋼筋網(wǎng)，噴射厚度為25 cm的C25砼。

5.5 格柵拱架變形超限段

將格柵拱架變形超限段的拱架及噴砼逐榀鑿除至設(shè)計開挖輪廓線，安設(shè)新的I20b“工”字鋼拱架，其間距為0.5 m。拱架間每1 m設(shè)連接鋼筋1根。初期支護掛φ8@15 cm×15 cm鋼筋網(wǎng)，噴射厚度為20 cm的C25砼。中上臺階鋼拱架落地處每邊各設(shè)2根長3.5 m鎖腳錨管，錨管角度分別為斜向下45°和60°，下臺階鋼拱架落地處每邊各設(shè)2根長4 m、φ28 mm的鎖腳錨桿。換拱按“鑿除一榀，立即安裝一榀”的原則進行施工，以確保施工安全。

并對周邊圍巖進行小導(dǎo)管注漿加固，導(dǎo)管長3.5 m，間距為1 m×1 m，呈梅花形布置。

5.6 塌方段防排水及二次襯砌措施

對于YDK108+035～+050段在初期支護完成后，根據(jù)采煤巷道探測情況及時施做二襯，項目部采取每掘進5 m，施做一次二襯，二襯施工時需對塌方地段及前后加強防排水處理，環(huán)向盲管間距由原設(shè)計的8 m更改為5 m，采用Ⅴ級偏壓復(fù)合襯砌。

5.7 塌方坑洞回填

在二襯施作完成后，利用周圍潔凈黏土對坑洞進行分層回填夯實，回填時預(yù)埋注漿管，分層回填至高于原地面高度30～50 cm后，對坑洞及周圍分散土體進行注漿固結(jié)，注水泥漿（1∶1），注漿壓力控制在0.5～0.7 MPa，使其形成一個不易溜塌整體。塌方坑洞回填示意圖如圖5所示。

6 監(jiān)控量測

在塌方處理過程中按照規(guī)范和設(shè)計要求，加強對隧道圍巖的監(jiān)控量測，對隧道處理施工全過程實施跟蹤，隨時掌握施工中圍巖、支護結(jié)構(gòu)的受力變形情況，及時分析可能發(fā)生的危險情況，判斷采用的處理措施效果及安全狀況，及時調(diào)整施工步驟和支護參數(shù)，改進施工工藝，確保設(shè)計更切合實際，避免事故的發(fā)生。

6.1 水平收斂位移監(jiān)測結(jié)果及分析

圖6為水平收斂位移曲線—時間圖，其曲線走向與指數(shù)函數(shù)曲線最為擬合，故采用指數(shù)函數(shù)對水平收斂位移數(shù)據(jù)進行回歸分析，得該斷面拱頂下沉擬合指數(shù)函數(shù)。

指數(shù)函數(shù)：

u=17.220 5e（-1.963 1/t ）

對回歸函數(shù)取值t=∞，得到水平收斂位移預(yù)估最大值為24.0 mm。

通過對指數(shù)函數(shù)進行數(shù)學(xué)分析，收斂實態(tài)曲線始終保持著d2u/dt2<0，說明收斂速率不斷下降；第15 d時，收斂速率du/dt=0.197 mm/d，小于0.2 mm/d，由此可判定收斂在開挖第15 d后已達到穩(wěn)定狀態(tài)。

6.2 拱頂下沉位移監(jiān)測結(jié)果及分析

拱頂下沉擬合指數(shù)函數(shù)：

u=23.953 2e（-1.912 5/t ）

由回歸函數(shù)可得拱頂下沉位移預(yù)估最大值為17.2 mm。

圖7為YDK108+045拱頂下沉位移—時間圖，從圖7中可以看到，沉降實態(tài)曲線始終保持著d2u/dt2<0，說明沉降速率不斷下降；第14 d時，沉降速率du/dt=0.17 mm/d<0.2 mm/d，說明隧道拱頂沉降此時已達到穩(wěn)定狀態(tài)。

6.3 綜合分析

由以上隧道收斂及拱頂下沉曲線圖所知，在施工初期變形值增幅較大，在施工完成約8 d后其增長速率逐漸變緩，至15 d后，水平及拱頂變形速率均小于0.2 mm/d，其累計變形最大值預(yù)估分別為24.0 mm、17.2 mm，處于《鐵路隧道施工技術(shù)指南》（TZ204—2008）規(guī)定的合理范圍內(nèi)，說明該段圍巖在支護15 d后趨于穩(wěn)定，采取的支護措施是合理可行的。

7 結(jié)束語

本項目采用的淺埋偏壓隧道塌方處理技術(shù)及措施簡便有效，比預(yù)計時間提前10 d完成施工處理。施工期間，施工機械及人員施工全程均處于砼拱護等穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的防護下，確保了人員及機具的安全?？梢姶舜嗡街卫硭捎玫姆桨甘呛侠砜尚械模_到了預(yù)期的效果，以期能夠?qū)ζ渌愃扑淼浪教幚砥鸬浇梃b作用。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]