鐵路隧道拱頂病害分析及整治措施

毛靜

摘 要 文首先對隧道拱頂襯砌的常見缺陷及其形成原因進(jìn)行了分析，然后在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的處理方法，最后提出了預(yù)防襯砌缺陷的措施，對隧道拱頂襯砌的施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 鐵路隧道；拱頂病害；整治措施

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，我國逐漸成為世界上隧道工程數(shù)量最多、建設(shè)速度最快的國家之一，但目前高速鐵路隧道大斷面開挖施工過程中由于自然地質(zhì)條件等的影響，多存在滲漏水、襯砌裂縫、襯砌坍塌和掉塊等病害。襯砌坍塌和掉塊現(xiàn)象對隧道施工帶來了極大地安全隱患，嚴(yán)重威脅著工程設(shè)備和人員安全。如果處理不當(dāng)，則會給工程質(zhì)量遺留后患，給后期維修養(yǎng)護(hù)工作帶來極大的困難。因此，防塌防掉、治塌治掉工作已經(jīng)成為隧道施工的首要問題。

1 隧道拱頂襯砌缺陷及形成原因

頂面滑坡、地震、雨雪冰凍災(zāi)害等外因引起的缺陷由于具有不確定性，所以難以進(jìn)行預(yù)防，而內(nèi)因大部分是因人為因素引起，可通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行處理，同時通過針對性地預(yù)防措施，可以有效避免缺陷的形成。襯砌厚度不足是最常見隧道缺陷，襯砌厚度不足具體可分為整體不足和局部不足。這種缺陷在圍巖較差的區(qū)段最為常見，襯砌厚度主要取決于開挖面，在開挖面確定后，基本不能調(diào)整襯砌澆筑的厚度，所以造成襯砌厚度不足的主要原因是因為施工單位技術(shù)水平不高，對隧道進(jìn)行超欠挖，或者是施工單位偷工減料、沒有嚴(yán)格按照設(shè)計要求施工造成的。另一種常見的缺陷是襯砌背后空洞，這種缺陷形成的原因一方面可能是由于襯砌厚度不足，造成實際厚度達(dá)不到設(shè)計厚度要求造成的，另一方面可能是施工中因為混凝土材料的收縮、澆筑施工進(jìn)度過快、混凝土自重壓迫等原因造成[1]。

2 工程概況

2.1 工程概述

某鐵路手爬巖隧道全長1685m，為雙線隧道，隧道采用兩端組織施工法，進(jìn)口為反坡施工，出口為順坡施工，其中進(jìn)口施工段長840m，出口施工段長845m。為低瓦斯隧道，隧道最大埋深120m，局部為淺埋隧道，20‰坡度下坡，出口邊坡仰坡位于松散塊石土中，巖質(zhì)陡坎，隧道整體地面高程330m～470m地面最大高差140m，手爬巖隧道D2K129+459～D2K129+437段洞身位于侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）砂巖夾泥巖弱風(fēng)化地層，Ⅲ級圍巖。

2.2 掉塊地質(zhì)描述

掌子面里程為D2K129+437。圍巖以砂巖為主，夾少量泥巖，其中砂巖為紫紅色，弱風(fēng)化，以薄層狀為主，巖層緩傾，節(jié)理中等發(fā)育，砂巖、泥巖層理面之間夾多層石膏。石膏厚度0.5～1cm，最厚達(dá)2cm。石膏層與基巖面黏結(jié)力很差，拱頂處有局部滲水。D2K129+437向大里程方向約24m范圍內(nèi)拱頂?shù)魤K嚴(yán)重，塊體以30～50cm寬為主。拱頂基巖面上糊著一層石膏，掉落的巖塊也是一面或多面貼著一層石膏，圍巖整體性較差。

2.3 掉塊原因分析

隧道塌塊主要由工程地質(zhì)原因、地下（表）水原因和施工方面原因三個原因組成。對本工程而言，塌塊主要由工程地質(zhì)原因?qū)е拢环€(wěn)定塊體主要是由不良地質(zhì)界面（不良地層面、節(jié)理面）和臨空面的相互組合形成的不穩(wěn)定滑塌體，當(dāng)不穩(wěn)定塊體的重力指向臨空面的分量臨界于阻止巖體向臨空面滑動的摩擦力時，巖體會在其他因素的誘導(dǎo)下垮落，嚴(yán)重時會由于垮落巖體處于咬合作用的關(guān)鍵部位而產(chǎn)生大的連鎖垮塌。特別是當(dāng)掘進(jìn)至巖石軟硬相間地段且有水發(fā)育時極易引起硬的圍巖掉塊和軟的圍巖垮落。隧道塌塊（掌子面里程D2K129+437）處圍巖為泥巖與砂巖組合，處于不同級圍巖的交界帶處，且砂巖、泥巖層理面之間夾多層石膏，石膏層與基巖面黏結(jié)力很差，圍巖整體性較差。因雙線鐵路隧道開挖跨度大，在開挖掘進(jìn)的擾動下和拱頂出現(xiàn)局部滲水情況下，石膏層與基巖滑動面強度大為降低而造成圍巖失穩(wěn)導(dǎo)致塌塊現(xiàn)象[2]。

3 塌塊處理措施

一般的塌塊處理原則是先加固，防擴(kuò)展，后處理的原則。塌方處理范圍總體上可分為三段：①輕微掉塊段，即距離塌腔較遠(yuǎn)，圍巖基本穩(wěn)定位置；②較明顯掉塊段，即距離塌腔較近段；③塌腔段，即延伸加強段，約22m。針對拱頂?shù)魤K不同程度，將D2K129+485～D2K129+437分為三段并采取不同支護(hù)方式進(jìn)行處理。

3.1 輕微掉塊段

D2K129+485～D2K129+472段距離塌腔較遠(yuǎn)，圍巖基本穩(wěn)定。采取鋼筋混凝土結(jié)合藥卷錨桿進(jìn)行支護(hù)，具體支護(hù)措施如下：①采用Ф25藥卷錨桿將圍巖串聯(lián)成一個整體。錨桿長3.5 m，間距1m×1m（環(huán)向×縱向），為減小對拱頂圍巖擾動，可適當(dāng)加大拱頂錨桿間距；②采用單層Ф25鋼筋網(wǎng)作為骨架。鋼筋間距1m×0.2m（環(huán)向×縱向）。主筋底部與地面結(jié)合部位用鋼板進(jìn)行支墊，防止鋼架下沉；③鋼架安裝結(jié)束后，采用C25噴射混凝土，對圍巖進(jìn)行封閉，混凝土厚度10 cm。

3.2 較明顯掉塊段

D2K129+472～D2K129+459段，拱頂局部出現(xiàn)剝落，且距離塌腔較近。本段采取20b工字鋼外加錨噴支護(hù)的方式。鋼架間距0.6m/榀?？v向連接鋼筋間距1 m，拱頂處適當(dāng)加密。采用Ф25藥卷錨桿代替組合中空錨桿，錨桿長3.5 m，間距1m×1.2 m（環(huán)向×縱向）。鋼架底部與地面結(jié)合部位采用500×240 mm鋼墊板進(jìn)行支墊，以減小拱頂下層。每當(dāng)安裝完一榀拱架，待噴射混凝土封閉后，才能安裝下一榀拱架。

3.3 塌腔段

D2K129+459～D2K129+437段，掉塊較嚴(yán)重，拱頂經(jīng)過長時間掉塊，已逐漸形成0～5m深塌腔。為確保施工安全，采取以下措施進(jìn)行加強支護(hù)：對已支護(hù)段（D2K129+459～D2K129+449）采取臨時豎撐進(jìn)行加固：對未支護(hù)段（D2K129+449～D2K129+437）在塌腔處設(shè)置大管棚與混凝土形成整體護(hù)拱作為緩沖層，下方按照Vc圍巖支護(hù)方式進(jìn)行加固。

（1）已支護(hù)段加強支護(hù)

D2K129+459～D2K129+449段，目前已按照Vc襯砌類型，采用I20b工字鋼外加錨噴支護(hù)的方式進(jìn)行了處理，鋼架間距0.4m。由于該段處于塌腔地段，拱部掉塊落差較大（0～5m），已經(jīng)施作的初始支護(hù)有被拱頂?shù)魤K砸壞的可能。為了確保安全，現(xiàn)對該段采取I20b豎向支撐并在塌腔內(nèi)泵送2m厚混凝土作為護(hù)拱的方式進(jìn)行加固，回填混凝土與圍巖之間設(shè)0.5m厚河沙，作為緩沖層。

（2）未支護(hù)段加強支護(hù)

待D2K129+459～D2K129+449段加強施工完成并確認(rèn)安全后，方可進(jìn)行D2K129+449～D2K129+437段加固。對該段采取以下加固措施：①對D2K129+449～D2K129+437段采用棄渣或砂土進(jìn)行回填，回填高度至隧道拱頂；②在該段拱部120°范圍內(nèi)增設(shè)Ф108大管棚；③在該段拱頂泵送2m厚C25混凝土與管棚形成整體護(hù)拱；④立鋼拱架及噴錨支護(hù)；⑤封閉掌子面，進(jìn)行地質(zhì)確認(rèn)[3]。

4 結(jié)束語

總而言之，坍塌掉塊現(xiàn)象并非是不可避免的，將其經(jīng)濟(jì)損失降至最低也并非不可能。通過對坍塌掉塊原因進(jìn)行初步分析及對坍塌掉塊段進(jìn)行支護(hù)處理，可以使圍巖的自穩(wěn)能力和自身承載能力達(dá)到安全可靠的目的，從而達(dá)到降低經(jīng)濟(jì)損失的目的，并為相似工程處理方案的編寫提供一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鐘林.某隧道拱頂裂紋及剝落病害的分析[J].北方交通，2012，（03）：34.

[2] 陳俊.隧道拱頂空洞計算分析[J].科技與企業(yè)，2015，（06）：111-112.

[3] 關(guān)淑萍，李江林.隧道拱頂存在脫空的數(shù)值分析[J].華東公路，2008，（04）：35.