某鐵路雙線黃土隧道塌方綜合處理技術(shù)

郭 輝

(西安鐵路局，陜西 西安 710054)

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某鐵路雙線黃土隧道塌方綜合處理技術(shù)

郭 輝

(西安鐵路局，陜西 西安 710054)

以某鐵路雙線黃土隧道工程為例,在深入分析隧道塌方成因的基礎(chǔ)上,提出了以拱部帷幕注漿、大管棚剛性支護為主要措施的綜合處理技術(shù)方案，安全、快速完成了塌方整治處理工作，為類似隧道塌方處理積累了經(jīng)驗。

隧道，塌方，帷幕注漿，地質(zhì)條件

1 工程概況

某鐵路隧道為雙線隧道，隧道起訖里程：DK66+736～DK76+548，全長9 812 m，隧道內(nèi)為12.5‰單面下坡。洞身穿越地層主要為第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積粘質(zhì)黃土、上第三系粘土巖、二疊上統(tǒng)砂巖、泥巖。設(shè)4座斜井輔助施工，設(shè)計標準為120 km/h。

2 塌方情況

施工至掌子面里程DK71+211，掌子面后方DK71+200～DK71+205段冒頂，在地表DK71+204處形成塌坑，縱橫向長度約12 m×8 m，深度約20 m；大量軟土、流塑狀粘土坍塌體從拱頂上方涌出，伴隨著涌水，塌方體約2 600 m3(見圖1)。

3 地質(zhì)水文條件

3.1 地質(zhì)條件

隧道工程區(qū)上部黃土層地下水總體貧乏，黃土臺塬面村鎮(zhèn)居民靠深井和澇壩蓄水飲用、灌溉。區(qū)內(nèi)地下水主要富存于第四系

黃土層下、第三系及二疊系砂巖夾泥巖頂部的孔隙及節(jié)理、裂隙中，在巖土分界面處較為富集。

3.2 水文條件

基巖面上部普遍存在孔隙地下水，受村鎮(zhèn)分布、基巖面起伏變化及地表水庫等的影響，地下水含水不均勻，水量變化較大。根據(jù)隧道分段涌水量計算結(jié)果，DK71+200～DK71+900為中等富水區(qū)。

4 塌方原因分析

4.1 影響塌方的因素分析

1)水的影響。隧道塌方段施工時正處于附近水庫蓄水期，且圍巖孔隙及節(jié)理較發(fā)育，裂隙水較為富集，隧道開挖后，在裂隙水的影響下，黃土產(chǎn)生濕陷,粘聚力大幅降低,喪失圍巖自穩(wěn)性。

2)濕陷性黃土結(jié)構(gòu)特性。塌方段為第四系黃土,土質(zhì)較為松散,且洞身土體遇水濕陷后，極易發(fā)生大塌方事故。

3)開挖斷面大、跨度大。洞身最大處跨度為12.18 m,洞身開挖時對周圍土體擾動較大。

4)其他因素的影響。隧道冒頂塌方前，該段隧道拱頂開挖后因遇圍巖滲水較大造成拱頂局部坍塌，后期坍塌處理施工單位經(jīng)驗不足，處理緩慢，造成各裂隙水向塌腔匯集，拱部黃土層產(chǎn)生濕陷，粘聚力降低甚至消失。

4.2 分析結(jié)論

因塌方段斷面結(jié)構(gòu)尺寸大、跨度大,洞身開挖后極易擾動周圍土體，加之裂隙水匯集作用,黃土產(chǎn)生濕陷,受洞頂?shù)乇硗馏w的坍塌，形成沖擊荷載造成初期支護失去穩(wěn)定，發(fā)生垮塌引發(fā)洞頂冒頂塌方，是造成該段大塌方的主要原因。此外，施工單位鐵路雙線黃土隧道施工經(jīng)驗不足,缺乏黃土遇水濕陷，繼而失穩(wěn)、坍塌的風(fēng)險研判，是本次塌方的又一原因。

5 塌方綜合處理技術(shù)

5.1 基本原則

該隧道塌方段采取拱部帷幕注漿預(yù)加固，超前大管棚與小導(dǎo)管配合的方式，遵循“短進尺、強支護、早成環(huán)、快封閉、勤量測”的原則。

5.2 處理技術(shù)方案

5.2.1 地表處理

1)設(shè)置臨時防排水設(shè)施。

在地表塌腔周圍設(shè)置截水溝，嚴禁地表水匯入。

2)在地表塌腔周圍布置永久性的地表監(jiān)控量測點，實時進行地表的監(jiān)測，防止地表二次塌陷。

3)待塌方段二次襯砌施工完畢后，根據(jù)襯砌強度和地表監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，對地表進行后期處理，地表下2 m～5 m采用粘土隔水層分層夯實碾壓，地表以下2 m區(qū)域采用3∶7灰土進行夯填，防止地表水下滲。

5.2.2 洞內(nèi)處理

1)加強洞內(nèi)抽排水措施。

對掌子面流水進行有組織的引排，避免浸泡墻基。

2)加強圍巖監(jiān)控量測。

對DK71+157～DK71+177段二襯進行監(jiān)測，DK71+177前方按5 m一個斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為1次/3 h，同時對監(jiān)測結(jié)果及時分析，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即采取架設(shè)豎撐、橫撐措施進行臨時加固，確保施工安全。

3)坍塌體三角區(qū)域加固處理。

對坍塌體進行噴混凝土防護，噴混凝土厚度15 cm，掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)@20 cm×20 cm，坡面采用φ42鋼花管注水泥水玻璃雙液漿固結(jié)，配合沙袋進行反壓。

4)徑向注漿預(yù)加固。

對DK71+191～DK71+200段縱向9 m范圍內(nèi)拱部、邊墻采用φ42鋼管、水泥水玻璃雙液漿進行徑向注漿加固。注漿管0.8 m×0.8 m梅花形布置，徑向加固范圍5 m。

5)清理施工平臺，進行止?jié){墻施工。

在DK71+179～DK71+191段，初期支護拱頂下方5 m平整施工臺，平臺上澆筑50 cm厚C30混凝土。

6)帷幕注漿預(yù)加固。

DK71+196～DK71+216段采用分段前進式注漿施工工藝進行加固，注漿段長度20 m。采用水平地質(zhì)鉆機對塌方段注水泥水玻璃雙液漿加固，終孔位置在開挖輪廓線外5 m，漿液擴散距離1.5 m，注漿壓力1.5 MPa～2 MPa，共計布設(shè)注漿孔63個。

7)大管棚剛性支護。

開挖塌方體。在DK71+196處拱部140°設(shè)φ108大管棚剛性支護，管棚縱向長度25 m，環(huán)向間距40 cm。

8)開挖塌方體。

拱部140°設(shè)φ42超前小導(dǎo)管，長度3 m,環(huán)向間距40 cm施工完畢后,開始進行塌方段土體的開挖和支護。

5.3 主要施工技術(shù)

5.3.1 帷幕注漿施工

1)主要設(shè)備：ZDY4000S水平地質(zhì)鉆機、KBY系列雙液注漿泵。

2)注漿工藝:針對黃土土體松散，裂隙水發(fā)育等特殊地質(zhì)，采取分段前進式注漿，遇水即注漿,再次清孔,再次注漿,直至孔深達到設(shè)計要求。

3)管內(nèi)填充注漿:注漿采用水泥水玻璃雙液漿,注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達到1.5 MPa～2 MPa并穩(wěn)壓10 min后，即可結(jié)束該孔注漿。

5.3.2 塌方體開挖

塌方體開挖時做到短挖快支，盡早封閉成環(huán)。DK71+196～DK71+216段均采用三臺階法進行施工(上臺階設(shè)臨時仰拱+豎撐)，各分部開挖進尺均為1榀鋼架間距，同時做到仰拱及二次襯砌緊跟，保證工程安全。該段拱部140°設(shè)大管棚剛性支護，管棚縱向長度25 m，環(huán)向間距40 cm，斷面參數(shù)為全斷面設(shè)Ⅰ25a型鋼鋼架，間距1榀/0.5 m，全斷面噴射C25混凝土，厚度32 cm，拱墻設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)@20×20 cm，二襯采用C35鋼筋混凝土，厚度70 cm。

6 處理效果

采取以上塌方處理技術(shù)方案，在參建各方的努力下，安全、快速完成了塌方處理，圍巖拱頂下沉、周邊收斂等變形結(jié)果滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語

1)鑒于黃土隧道發(fā)生塌方后，塌體已不具備自穩(wěn)能力，增強圍巖的穩(wěn)定性尤為重要，帷幕注漿加固可以有效止水、固結(jié)松散塌體，是黃土隧道塌方整治的有效手段。

2)塌方段開挖時要做到短挖快支，盡早封閉成環(huán)，避免塌體發(fā)生二次坍塌，造成安全、質(zhì)量、工期風(fēng)險。

3)綜合應(yīng)用拱部帷幕注漿、大管棚配合小導(dǎo)管超前剛性支護、三臺階臨時仰拱法開挖技術(shù)，能夠成功處理雙線大斷面濕陷性黃土隧道塌方，值得類似工程借鑒。

[1] 于書翰,杜謨遠.隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2] 張春光.大斷面黃土隧道塌方處理[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4(5)：118-119.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社，2003.

Comprehensive collapse processing technology of the railway double-line loose tunnel

Guo Hui

(Xi’anBureauofRailway,Xi’an710054,China)

With the collapse of loess tunnel of a railway line as an example, based on in-depth analysis of the causes of tunnel collapse, propose the arch of curtain grouting, the rigid supporting pipe shed for the main measures of comprehensive treatment scheme, safety, rapid completion of the collapse treatment, which can accumulate experience for similar tunnel collapse treatment.

tunnel， collapse， curtain grouting, geological conditions

1009-6825(2017)07-0170-02

2016-12-28

郭 輝(1981- )，男，工程師

U457.5

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