铁路隧道浅埋软弱围岩塌方处理方案

摘要：本文针对隧道出口浅埋软弱围岩段的塌方事故，通过现场人员对冒顶全过程的记录，分析塌方的原因和经过，采用的施工方法和加固方案，探讨了隧道塌方的施工处理方案。根据现场实际情况分析，明确了施工方案实施的安全、高效和可操作性，以及相关问题的局限性，为其他隧道的施工人员对塌方事故的预判断及相关处理措施提供可靠依据，可供类似工程参考。

关键词：隧道 塌方 处理方案

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

龙岭隧道全长3469m，位于九龙江冲积平原的呈北东走向的龙岭~白云山带状山脉的西南端，其南为九龙江南溪，北为九龙江西溪，属侵蚀剥蚀低丘地貌，地面高程30~300m，最大埋深约160m，地形西高东低，自然坡度一般10-40度，局部较陡。隧道地表覆盖第四季全新统冲洪积层、坡洪积层、坡残积层松软土、粉质黏土等，下伏基岩为燕山早期侵入黑云母花岗岩；隧道区内发育一近南北向沟谷，G324国道沿该沟谷行进，漳州市无害垃圾处理站沿国道修建，隧道下穿G324国道，下穿站内污水沉淀池，站内构筑物修建已达10年，沉淀池经污水长期侵泡，且原地面未经任何处理，易形成裂隙水通道。隧道右侧修建有虎坑水库，对隧道产生一定影响。因此，该隧道定为高风险隧道，施工难度较大。

二、隧道塌方的原因及经过

1、塌方情况

龙岭隧道出口出现塌方里程桩号为DK53+237~DK53+280段，施工方向为从大里程往小里程方向开挖前进。其中DK53+280~DK53+270堆积体厚度为30~100cm，DK53+270~DK53+239堆积体厚度为100~300cm；DK53+239~DK53+237为堆积体锥坡至拱顶；堆积体面层为淤泥物质，DK53+280处为块石状堆积物，掌子面无法到达。

地表坍坑纵向宽度10m，横向宽度15m，坑深15m。沿纵向靠大里程侧坍坑壁为直立，见岩面出露，上覆5~8m土层，下伏岩性为强~弱风化花岗岩，块状结构，质较硬，稳定性好；小里程一侧陷坑壁也近似直立，上覆3~5m土质，下伏岩性为强风化花岗岩，块状结构，节理发育，岩体破碎。

2、原因分析

根据坍塌体物质及陷坑性质判定，在掌子面前方5~8m范围内发育由差异性风化形成的软弱夹层，软弱夹层岩性为全~强风化花岗岩，全风化呈砂粒状，强风化为碎块状结构，节理发育，节理裂隙充填泥状物质，稳定性差；掌子面开挖至软弱夹层时，由于产生临空面，围岩应力失去平衡产生失稳坍塌，同时本段处于地表水沟交汇处，地表水较发育，且地表水和地下水联系密切，加之此段隧道埋深仅有20m，故掌子面在发生坍塌形成空腔后，空腔逐步扩大导致坍塌至地表形成陷坑。

三、施工方法探究

前期应以地表应急处理措施及洞内观测为主、逐步清理的处理方案。

1、地表应急处理措施：

（1）对坍塌坑周边设置截排水沟及引水管减少地表水在坍塌坑周围的汇集；

（2）铺设彩条布置覆盖坍塌坑及周边区域，减少降水对坍坑的影响；

（3）加强地表监控量测及警戒。

2、洞内应急处理措施：

洞内的处理前期为观测与清理相结合的方式，主要以观测为主，待观测堆积体较稳定后，方可逐步清理。

（1）鉴于坍塌时处于雨季，降雨较频繁，对当前的堆积体椎坡DK53+237~DK53+240段采用洞碴反压回填，纵向回填2~3m，并对回填体下方设置5~10根排水管，对堆填面采用20cm喷砼封闭。

（2）清理过程中设置专门的安全员，随时观察堆积体变化情况，并结合降雨、地表检测的资料综合分析稳定情况，若有异常，立即撤离工作人员。

（3）清理接近掌子面10m位置，具备管棚施工条件时停止，并对5m范围内进行临时钢架加固（若围岩变形不稳定，拱架不予拆除，可直接浇筑于衬砌内）并核实已开挖的变形及净空情况，并形成资料，以备下一步研究处理通过该段的方案。

（4）洞内监控量测加密为5m一环，监测频率为一天2次。

（5）施工过程中应进一步核实已开挖的上导坑的稳定性，检查钢架及喷混凝土的完整性，核实上导坑是否有受影响地段。

四、塌方处理方案

1、地表处理

（1）对塌坑周边50m范围内设置警戒标识，并安排专人24小时值守，禁止所有与施工不相干的人员靠近，并迁离坍塌坑旁的居民；现场排水系统施工人员进入塌坑周边应佩戴安全绳索；建立准入制度，对进出人员严格登记。

（2）对坍塌坑周边设置截排水沟及引水管减少地表水在坍坑周围的汇集，并根据实际地形调整；采用倒梯形截水沟（b=60cm，h=80cm）施作。

（3）对塌坑及塌坑周边的平缓地段采用彩条布覆盖减少降雨影响。

（4）对坍塌坑周边加强地表监控：设置两环，每环设置4~8个点，第一环为塌坑周边10m，第二环为塌坑周边20m，监测频率为每天3次，并将监测资料及时汇总分析，若发现有变形加剧的情况时，立即撤离一切工作人员。

（5）制定相应的应急预案，以保障施工的安全。

2、堆积体注浆

在临时拱架的保护下，清理至堆积锥脚DK53+239时，于该处拱部钻设5个Ф150mm钻孔，钻孔倾角约20~30°，利用钻孔首先压注水泥浆液固结松散块石堆积体，注浆压力0.5MPa，并与堆积体网喷混凝土表面上拱部设置2~3个浆液检查孔，注浆加固至浆液检查孔满孔流出浆液时则停止注浆，通过观测地表陷坑，分析注浆效果，可循环注浆以确保堆积体稳定。

3、管棚超前施工

设计要求：DK53+239位置灌注1m厚C25混凝土导向墙，拱部160°范围内施作Ф108超前大管棚加强支护，25m/根，环向间距30cm。

（1）逐步清理至导向墙，设计里程DK53+239时，按试验确定的管棚外插角计算套拱内需要架设的四榀工字钢拱架的高程，安装钢拱架并调整其高程，使之符合外插角度，用连接筋把这四榀钢拱架连接牢固。然后按设计间距30cm调整150孔口管的位置，并修正其外插角和试验确定外插角相符合，然后和钢拱架焊接牢固。安装模板，浇筑套拱混凝土。

（2）使用水平地质钻机施钻深孔，钻杆每节0.2m。钻孔时随着孔深的增加，需要对回转扭矩、冲击力及推力进行控制和协调，尤其是推力要严格控制，不能过大。

（3）采用大孔引导和管棚钻进相结合的顶管工艺（跟管工艺），即先钻大于棚管直径的引导孔，然后利用冲击器的冲力和推力将安有管靴的棚管沿引导孔钻进，接长棚管，直至孔底。

（4）管棚钢管内岩屑清扫干净之后，进行加强钢筋安装。

（5）采用注浆压力和注浆量双指标控制，以压力控制为主，注浆压力不小于2.0Mpa。考虑扩散半径为60cm，围岩空隙率为10％，则25m大管棚单根注浆量为2.83立方米，达到注浆压力后或者注浆量远远超过设计量之后，停止注浆，用水泥砂浆充填管棚，以加强管棚刚度。

4、强支护施工

施做完超前管棚后，对堆积体进行开挖，开挖应按照“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的原则进行。

（1）、考虑到掌子面空隙持续涌水，松散体于环向厚度无法估量，针对环向松散体采用长8mφ25中空注浆锚杆，环向间距40cm，锚杆需钻入岩层，并注入双浆液，注浆前应根据现场水量进行配比调配试验，确定配比后方可进行注浆，注浆压力不小于0.1Mpa。

（2）、DK53+239～DK53+214段按照设计V级围岩抗震设防衬砌施做，并设置全换I20b钢架加强支护，钢架纵向间距0.6m一榀，开挖工法采用分节开挖，分节支护，并设置临时支撑的方式，严格控制进尺，加强洞内监控量测及地表观测。

（3）、施工过程中应逐段核实围岩级别及地下水情况，如与设计不符，应及时上报，如有围岩突然变差的情况时，应及时加强支护，增设临时钢架或增加锚杆及喷砼加护。

5、地表陷坑回填

为确保施工安全及结构安全，待地表塌坑段衬砌通过后，再行对塌坑进行回填处理。

五、结语

此次塌方地表影响范围达20m，洞内影响长度40余米，经过地表应急处理，掌子面堆积体回填注浆，管棚超前护顶等措施，减少了地下水对软弱夹层的持续影响，增加了洞内施工的安全系数，高效的完成了塌方段的安全通过。局限性：此方案只适用于隧道浅埋段处理，若埋深较深，还应考虑护拱的受力能力，根据分析确定是否采取地表加固处理措施。

参考文献：

[1]. 中国中铁二院工程集团有限责任公司，新建厦深铁路（福建段）XSFJ―II标段龙岭隧道设计图，2008

[2]. 中国中铁二院工程集团有限责任公司，新建厦深铁路（福建段）XSFJ―II标段双线隧道复合式衬砌v级抗震设防支护措施及衬砌施工设计图,2008

[3].TGP超前地质预报报告，2009

[4].岩土注浆理论与工程实例[M]，北京；科学出版社，2001

[5].邸玉环，水平定向钻进管棚施工技术，科技情报开发与经济，2006