上村隧道不良地質(zhì)地段沉降控制措施

王懷昱

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110036）

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上村隧道不良地質(zhì)地段沉降控制措施

王懷昱

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110036）

摘要：云桂鐵路上村隧道出口工區(qū)的淺埋、順層偏壓段施工過(guò)程中，由于處置不當(dāng)，發(fā)生了沉降超限的事故。本文將事故發(fā)生的情況、發(fā)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(guān)鍵詞：隧道施工 順層偏壓段施工 沉降控制

隧道不良地質(zhì)地段施工存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)，若不給予足夠的重視和完善的處置措施，很可能會(huì)發(fā)生塌方、沉降等事故，造成嚴(yán)重的后果。云桂鐵路上村隧道在淺埋、順層偏壓段施工過(guò)程中，由于施工經(jīng)驗(yàn)不足、關(guān)鍵部位和關(guān)鍵時(shí)間措施不到位，以及設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控量測(cè)等多方面存在著缺陷，致使圍巖發(fā)生較大的沉降而侵限。今將事故發(fā)生的經(jīng)過(guò)、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(yáng)宗區(qū)間，全長(zhǎng)6 645 m，進(jìn)口里程D2K691+705，出口里程D2K698+350，是一座單洞雙線隧道，洞內(nèi)兩線線間距為4.6 m，隧道平面設(shè)計(jì)為中間直線，進(jìn)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(shè)計(jì)為單面下坡，坡度為-13.5 ‰。在隧道D2K697+550處線路前進(jìn)方向的左側(cè)設(shè)有一處斜井，長(zhǎng)度為364 m，采用無(wú)軌道運(yùn)輸方式，斜井內(nèi)凈空尺寸為5.0 m（寬）×6.0 m（高）。隧道進(jìn)口緊鄰小團(tuán)山二號(hào)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(jìn)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(cè)順層偏壓。

隧道穿越區(qū)域上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl）粉質(zhì)黏土，第三系（N2）黏土（弱～中膨脹土），下伏基巖為志留系中統(tǒng)馬龍群組中段（S2mb）頁(yè)巖、砂巖夾泥灰?guī)r；寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組（∈1c）砂巖頁(yè)巖互層；筇竹寺組（∈1p）頁(yè)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(qū)的地表水為受季節(jié)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(fā)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(fā)生情況、原因分析及處理措施

2.1 事故發(fā)生情況

當(dāng)隧道出口工區(qū)施工到D2K697+980時(shí)，發(fā)現(xiàn)D2K698+050～D2K697+995段圍巖發(fā)生了持續(xù)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(dá)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(fā)生后，我們立即采取了架設(shè)滿樘工字鋼支架的方法加以支頂，對(duì)拱、墻背后進(jìn)行大面積超深度注漿等措施，避免了沉降繼續(xù)擴(kuò)大和發(fā)生塌方的可能。隨后又采取了施做中管棚、換拱等措施，對(duì)沉降發(fā)生地段進(jìn)行治理，前后耗時(shí)3個(gè)多月才將事故處理完畢。

2.2原因分析

沉降段地質(zhì)為寒武系下統(tǒng)漁戶村組（∈1y）砂巖白云巖，巖性為砂巖、泥、頁(yè)巖互層，深灰～灰色，薄層狀，巖體破碎～極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，層理平緩，結(jié)合力差，支護(hù)不及時(shí)易下沉變形或掉塊塌方。

原設(shè)計(jì)為IV級(jí)圍巖，支護(hù)參數(shù)：拱墻格柵鋼架間距1.0 m/榀，拱部超前支護(hù)采用Φ42無(wú)縫鋼管，3.0 m/環(huán)，每環(huán)38根，每根長(zhǎng)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(zhǎng)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(yán)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(hù)完成后，初支滲水嚴(yán)重，監(jiān)控量測(cè)參數(shù)顯示拱部沉降較大，有一定收斂，尤其現(xiàn)場(chǎng)開挖下臺(tái)階或仰拱時(shí)最為嚴(yán)重，最大時(shí)單日下沉8 cm，推測(cè)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(tài)，導(dǎo)致拱圈外圍巖流動(dòng)或松動(dòng)，作用在初期支護(hù)形成較大壓力，加之下臺(tái)階和仰拱爆破產(chǎn)生較大震動(dòng)，導(dǎo)致沉降量增大。上層圍巖偏壓應(yīng)力釋放也是主要因素。

2.3沉降超標(biāo)侵限段的處理措施

遵照參考文獻(xiàn)［2］的要求，我們采取了以下的綜合措施對(duì)沉降超標(biāo)侵限段進(jìn)行處理，見圖1。

圖1　沉降超標(biāo)侵限段處理措施

說(shuō)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(hù)沉降輪廓線。

4初期支護(hù)隆起輪廓線?？赡苁且?yàn)榇颂幊踔П澈髧鷰r軟弱或脫空，拱部下沉與邊墻向內(nèi)收斂共同作用使其隆起，經(jīng)實(shí)際測(cè)量最大數(shù)值為12.5cm。

5為中管棚，中管棚采用Φ89×6mm鋼管按常規(guī)方法制造，每根長(zhǎng)度10m，環(huán)向每米布置3根，每環(huán)38根，搭接長(zhǎng)度2.0m，外插角1°～3°。

6為深孔注漿錨管，使用L=500cm的Φ42無(wú)縫鋼管作為注漿管，按縱向間距×環(huán)向間距=100cm×100cm布置，采用國(guó)產(chǎn)導(dǎo)軌式氣動(dòng)鑿巖機(jī)（YGZ70）鉆孔。施作時(shí)與原有系統(tǒng)錨桿交錯(cuò)布置。

（1）立即對(duì)沉降超標(biāo)侵限段進(jìn)行支頂，制止沉降的繼續(xù)發(fā)展。用于支頂?shù)墓ぷ咒撝Ъ苡赏辛?、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(gè)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(duì)發(fā)生沉降超標(biāo)侵限段的拱、墻背后進(jìn)行大面積超深度注漿。具體做法是：使用L=500cm的Φ42無(wú)縫鋼管作為注漿管，按縱向間距×環(huán)向間距=100 cm×100 cm布置，采用國(guó)產(chǎn)導(dǎo)軌式氣動(dòng)鑿巖機(jī)（YGZ700）鉆孔。注漿用純水泥漿，純水泥漿的水灰比為1︰1。滲水嚴(yán)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(dǎo)軌式氣動(dòng)鑿巖機(jī)（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(yè)。因是從掌子面向洞口方向施工，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，由專職安全員負(fù)責(zé)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(jìn)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(hù)。

中管棚采用Φ89×6 mm鋼管按常規(guī)方法制造，每根長(zhǎng)度10 m，環(huán)向每m布置3根，每環(huán)38根，搭接長(zhǎng)度2.0 m，外插角1°～3°，用常規(guī)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(hù)用鋼拱架、網(wǎng)、錨、噴結(jié)構(gòu)。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(shí)，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(wǎng)。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(fù)噴至總厚30 cm。

3　淺埋偏壓段隧道掘進(jìn)施工方法

為了避免隧道再次發(fā)生拱部沉降、甚至發(fā)生塌方，遵照參考文獻(xiàn)［2］的要求，在淺埋偏壓段隧道施工中遵循 “短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則組織施工。并對(duì)設(shè)計(jì)、施工進(jìn)行了如下的變更和改進(jìn)。

3.1與設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行局部變更：

（1）對(duì)順層偏壓淺埋段隧道圍巖的工程地質(zhì)狀況進(jìn)行加密勘探，徹底掌握圍巖巖性，根據(jù)圍巖的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)變更；

（2）根據(jù)實(shí)際情況修改圍巖等級(jí)，將圍巖的級(jí)別由原設(shè)計(jì)的Ⅳ級(jí)變更為Ⅴ級(jí)，超前支護(hù)和初期支護(hù)都得到加強(qiáng)；

變更前后支護(hù)參數(shù)

（3）修改順層偏壓段洞身系統(tǒng)錨桿的布置。根據(jù)圍巖地層的層理走向，錨桿采用不對(duì)稱的方式布置，將圍巖順層一側(cè)的錨桿間距縮小，根數(shù)增加，非順層一側(cè)錨桿的間距適當(dāng)加大，根數(shù)減少。

3.2施工方法的改進(jìn)

（1）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。一般地段采用TSP-203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)技術(shù)對(duì)前方的圍巖進(jìn)行探測(cè)，對(duì)不適合使用TSP-203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)技術(shù)的地段采用洞內(nèi)地質(zhì)素描、地質(zhì)雷達(dá)、超前地質(zhì)水平鉆孔等手段進(jìn)行圍巖探測(cè)。通過(guò)分析超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作資料，切實(shí)掌握前方圍巖的基本情況，為完善設(shè)計(jì)方案和指導(dǎo)隧道施工提供依據(jù)；

（2）采用大拱腳臺(tái)階法（外擴(kuò)大）開挖，斷面分為三層臺(tái)階和隧底進(jìn)行開挖、支護(hù)，圍巖條件較差時(shí)留核心土。開挖作業(yè)進(jìn)尺要短，每循環(huán)嚴(yán)格控制在0.6m。大拱腳設(shè)置在中、下層臺(tái)階上，每處增設(shè)2根鎖腳錨管，并設(shè)置臨時(shí)橫撐和臨時(shí)仰拱。

通過(guò)實(shí)際觀測(cè)和測(cè)量，適當(dāng)加大預(yù)留沉降量，避免初期支護(hù)侵限；

超前支護(hù)采用L=450 cm、?42注漿小導(dǎo)管，數(shù)量、質(zhì)量、搭接長(zhǎng)度均要滿足設(shè)計(jì)要求，圍巖薄弱段適當(dāng)增加注漿小導(dǎo)管的數(shù)量，并要提高注漿質(zhì)量；

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

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

合理控制施工步距，及時(shí)進(jìn)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(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。加密洞內(nèi)沉降觀測(cè)斷面，由原來(lái)的10 m一個(gè)加密到5 m一個(gè)監(jiān)測(cè)面，增加監(jiān)控量測(cè)頻次。沉降嚴(yán)重地段和初支開裂地段要單獨(dú)設(shè)置監(jiān)控量測(cè)斷面，進(jìn)行不定時(shí)的連續(xù)監(jiān)測(cè)。及時(shí)分析、反饋監(jiān)控量測(cè)成果，對(duì)變形發(fā)展速率較快的部位，提前加設(shè)副拱或加設(shè)臨時(shí)支撐。

（3）加強(qiáng)支護(hù)措施。

①超前支護(hù)采用Φ42超前注漿小導(dǎo)管，L=450cm，環(huán)向每米布置3根，每環(huán)38根，搭接長(zhǎng)度150cm，按常規(guī)方法注純水泥漿。

②采用全環(huán)I22b工字鋼鋼架進(jìn)行支撐

全環(huán)鋼架在洞外加工廠內(nèi)用I22b工字鋼精確加工，安裝時(shí)節(jié)段之間先用節(jié)點(diǎn)鈑、螺栓將腹板連接，隨后再用電焊將兩側(cè)的翼板焊死。設(shè)置I22b工字鋼臨時(shí)鋼橫撐和臨時(shí)仰拱，使鋼架盡早成環(huán)。

③增加鎖腳錨桿的數(shù)量

將每層臺(tái)階左右兩側(cè)拱腳處的鎖腳錨桿數(shù)量由原來(lái)的每側(cè)2根，變更為每側(cè)4根，全環(huán)鋼架鎖腳錨桿的總數(shù)為3×2×4=24根。

④加強(qiáng)系統(tǒng)錨桿

系統(tǒng)錨桿采用L=400 cm的Φ25中空注漿錨桿，縱向間距×環(huán)向間距=0.6 m×1.0 m。圍巖局部破碎時(shí)，將Φ25中空錨桿改變成長(zhǎng)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(fù)噴至總厚30 cm。

4　結(jié)語(yǔ)

云桂鐵路上村隧道出口的淺埋段，不但埋設(shè)不深，還有一段是順層偏壓。施工中由于處置不當(dāng)，圍巖發(fā)生了持續(xù)沉降，致使初支噴混凝土開裂掉塊、鋼拱架發(fā)生斷裂、扭曲變形、整體下沉。我們采取了立即支撐、對(duì)拱墻背后大面積超深度注漿、施做中管棚并在管棚下?lián)Q拱等處置措施，成功地處理了大沉降段，并在接下來(lái)的順層偏壓段對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了局部變更，對(duì)施工方法進(jìn)行了改進(jìn)，使順層偏壓段施工沒(méi)有再發(fā)生大的沉降和塌方，順利地通過(guò)了順層偏壓地段。一些經(jīng)驗(yàn)可供同類工程參考。

參考文獻(xiàn)：

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

［2］鐵建設(shè)［2010］120號(hào).關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知［s］.北京：中國(guó)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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：中國(guó)分類號(hào)：P642.26A

文章編號(hào)：1673-1816（2016）01-0020-05

收稿日期：2015-11-14

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