哈大鐵路客運專線雙線擴大斷面隧道坍塌分析與整治

李榮軍1   裴洪濤2 楊利民3

1.中鐵一局集團第二工程有限公司 710000 西安

2.西安市地下鐵道有限責任公司   710000 西安

3.陜西省建筑科學研究院  710082 西安

    一、工程概況

    哈爾濱～大連鐵路客運專線臺山隧道位于大連市金州區(qū)三十里堡，為丘陵地區(qū)，地勢較陡，隧道中心里程DK47+704, 臺山隧道全長332米，為雙線擴大斷面隧道。圍巖等級為Ⅳ級、Ⅴ級段采用CRD法施工。施工采用短進尺、弱爆破。 3部開挖每次進尺1.8米（兩榀鋼拱架，間距75cm，網(wǎng)片搭接20cm），支護里程至DK47+753，進尺80米; 1部開挖支護方法同3部，里程至DK47+744，進尺89米。尚未開挖2、4部。施工掌子面埋深為18~20米。

    二、坍塌經(jīng)過

    2008年6月30日23：42分，隧道出口3部開挖后，初噴砼封閉巖面、立好鋼拱架和鋼筋網(wǎng)片自檢合格后報監(jiān)理檢查合格。錨桿作業(yè)班進入洞內(nèi)，準備打設(shè)錨桿作業(yè)，發(fā)現(xiàn)3部掌子面拱頂處掉渣掉塊，作業(yè)人員感覺情況異常，立即組織人員及設(shè)備撤出洞內(nèi)。40分鐘后（7月1日0：30分左右），3部拱頂坍塌，立好的兩榀鋼拱架變形塌落，小導管被拉出巖面，坍塌體砸倒中隔壁鋼架，隨后1部拱頂發(fā)生坍塌。初步估算塌方體約200方。7月1日8：00，會同監(jiān)理對坍塌位置的地表進行查看，無塌陷現(xiàn)象。

    三、地質(zhì)描述

    原設(shè)計該段地質(zhì)為泥灰?guī)r、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，弱風化，巖溶裂隙極發(fā)育，呈塊石鑲嵌狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)坍塌后現(xiàn)場塌落體分析為泥灰?guī)r，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖溶裂隙極發(fā)育，應為強風化，呈碎石鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，有軟弱夾層和滑移面，且?guī)r面平整光滑，該段屬Ⅳ級圍巖，與設(shè)計基本相符。

    四、坍塌原因分析

    隧道掌子面位于偏壓、破碎構(gòu)造帶內(nèi)，且有軟弱夾層和滑移面，巖溶裂隙極發(fā)育，坍塌處巖體松散，粘結(jié)力和自穩(wěn)能力差。近期連續(xù)降雨，因地表植被茂密，地下水下滲后軟化破碎帶內(nèi)的填充物，破壞了地層的平衡狀態(tài)，土巖的自穩(wěn)能力急劇下降；由于斷裂面光滑，土巖間相互摩阻力顯然大大降低，拱部松散的土石全部滑坍使初期支護遭到破壞。

    五、 塌方基本情況

    施工時，1部已超前3部9米。坍方發(fā)生8小時后，施工人員到坍方位置進行觀察，情況如下所述：

    3部洞室掌子面架設(shè)的2榀Ⅰ20a鋼拱架已經(jīng)斷裂，約3米初期支護嚴重變形。坍方體為塊狀及碎塊狀泥巖、礫質(zhì)粘土，施工斷面尚未全部掩埋，頂部有約6平方左右通道。1部洞室施工斷面已被坍方體全部掩埋，拱部靠近隔墻處有一個小洞，但看不見里面的情況。從3部小通道進去察看，坍方后隧道拱部上面形成很大的空腔，1部、3部已經(jīng)連通，隔墻已經(jīng)倒塌。空腔高度約8米；1部、3部與隧道中線斜交約45度坍塌長度有18米左右。坍塌面呈垂直和傾斜，凹凸不平。3部前方存在一個明顯滑動面，左上方發(fā)現(xiàn)有地下水滲出；1部洞室全部被坍方體封死，估計支護全部垮塌或扭曲變形。坍方體滑動剝落后，拱部空腔自然形成三角形，目前基本穩(wěn)定，但仍有碎土滾落。DK47+756至洞口方向初期支護未發(fā)現(xiàn)異常，洞身趨于穩(wěn)定。

    六、坍塌處理方案

    1、待巖體穩(wěn)定后立即對塌方空腔巖面噴射C25纖維素砼進行封閉，根據(jù)噴射混凝土厚度可分層多次噴射，待噴射混凝土到一定強度后再噴射下次混凝土，最終噴射砼厚度不得小于10cm。

    2、1部和3部同步進行坍塌處理，坍塌處理起點里程DK47+758。DK47+758～+753段5m范圍內(nèi)沿徑向全斷面打設(shè)φ42小導管，對圍巖進行壓漿處理，讓松散圍巖粘結(jié)成整體，增加環(huán)向圍巖拱形穩(wěn)定性，防止在清除塌方體時因側(cè)壓力導致該段初期支護失穩(wěn)再次發(fā)生塌方。要求導管長度4m，間距0.75(縱)×1m（環(huán)），每環(huán)打設(shè)22根。

    3、為防止在塌方處理過程中，已塌方段孤石脫落傷人，1、3部DK47+75

    拱頂處塌方缺口用砂袋或木板進行封閉。然后噴射砼進行密封，通過埋設(shè)φ150mm鋼管對塌方空腔內(nèi)壓入C25砼封閉缺口，但侵入輪廓線內(nèi)段空腔用沙袋堆碼成成洞拱形,減少開挖工作量。空腔內(nèi)壓入的砼厚度約為1.5～2m，砼在空腔內(nèi)自流找平，形成整體保護層，保證施工人員安全。壓入的砼達到終凝時間12小時后，對塌方體進行注漿固結(jié)處理。

    4、對洞內(nèi)坍塌堆積體進行φ42小導管注漿固結(jié)處理，小導管長度3.5m，間距1m，梅花形布置。防止拱腳開挖和清除核心土時塌方.

    體繼續(xù)垮塌，以便安裝鋼拱架作業(yè)順利進行，防止核心土坍塌引起掌子面繼續(xù)坍塌。要求注漿孔深度不小于3m，壓水泥漿液固結(jié)松散體，注漿施工前塌方體表面先噴射C25砼封閉穩(wěn)定。

    5、DK47+758～+753段鋼拱架進行加密，在原有初期支護噴射混凝土表面兩榀鋼拱架之間再增加一榀鋼拱架，新增加鋼拱架和初期支護噴射混凝土之間采用噴射混凝土進行固結(jié)處理，共增加7榀Ⅰ20a鋼拱架，鋼拱架間距75cm，鋼拱架必須密貼初期支護。  

1、3部支撐加固鋼拱架穿過中隔墻直接連接，形成整體拱形結(jié)構(gòu)。鋼拱架背后與初期支護之間噴射砼。并在鋼拱架處打設(shè)徑向φ22砂漿錨桿，對鋼拱架進行固定，長度4m。間距0.75m（縱）x1m（環(huán)），每環(huán)打設(shè)22根。

    6、1、3部開挖及支護：

    a、從DK47+754.5鋼拱架腹部打設(shè)φ42超前小導管，長度3.5米，小導管環(huán)向間距30cm，外插角3～5°，注水泥水玻璃雙液漿。每一循環(huán)1、3部共打設(shè)73根超前小導管，每架立3榀鋼拱架（鋼拱架間距50cm）施工一循環(huán)超前小導管。

    b、開挖過程中先處理斷裂破壞但未倒塌的初期支護鋼拱架。從DK47+754處用風鎬將噴射砼和壓漿固結(jié)的塌方體，鑿除50cm，安裝1榀鋼拱架，打錨桿掛網(wǎng)噴砼。以此類推將損壞的鋼拱架逐步替換，并及時噴射砼。

    c、開始處理塌方體，采用人工風鎬環(huán)向開挖預留核心土法施工。環(huán)向開挖時，要邊清渣邊噴射砼封閉，防止虛渣滲漏造成小的坍塌。

    d、架立鋼拱架（每循環(huán)進尺不大于50cm，開挖面盡量小，能支立鋼拱架即可）。1、3部及中隔墻鋼拱架縱向間距50cm。1、3部鋼拱架拱腳處各打設(shè)2根φ42鎖腳錨管，長度3.5m。鋼拱架縱向連接采用φ22鋼筋，環(huán)向間距1m，與鋼拱架焊接。采用Φ8雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20×20cm。

    7、1部、3部每榀鋼拱架拱腳以上能施工的范圍內(nèi)梅花形布置打設(shè)φ25中空注漿錨桿，長度4m，間距0.5(縱)×1m（環(huán)），垂直巖面鉆設(shè)。

    8、塌方段初期支護采用掛模噴射C25砼，噴射厚度不小于30cm。初期支護凈空尺寸加大15cm，防止坍塌段初期支護沉降量過大侵入隧道二次襯砌凈空。

    9、坍塌段每榀鋼拱架在拱腳處加設(shè)橫向支撐，采用Ⅰ25a工字鋼。在適當位置對初期支護鋼拱架進行豎向支撐。

    10、按照上述工序開挖支護通過坍塌段。

    11、DK47+753拱頂埋設(shè)3根φ150mm鋼管，深入坍塌空腔內(nèi)部，在二襯施工前對坍塌空腔內(nèi)填充砂子，并對其注漿固結(jié)。

    七、施工質(zhì)量控制措施及預防措施

    1、每次開挖進尺能支立1榀鋼拱架即可。

    2、出現(xiàn)小的坍塌后，及時對裸露巖面噴射C25砼進行封閉。

    3、加強監(jiān)控量測。隧道埋深18.4米，坍塌頂面距原地面只有12~14米，在處理坍塌期間，每 1次/2小時 的頻率觀測地表沉降。隧道內(nèi)洞頂沉降觀測點及收斂點在塌方地段加密，每1次/2小時  的頻率觀測洞頂沉降和收斂。洞內(nèi)監(jiān)控量測及地表觀測如有異常，值班人員鳴哨，洞內(nèi)施工人員迅速撤離。

    八、結(jié)語

    臺山隧道坍塌處理是等坍塌處基本穩(wěn)定后，對坍塌空腔進行噴射砼封閉，及注漿封閉；然后對未坍塌段進行加固；對坍塌空腔內(nèi)壓入砼。最后再按照管超前，人工風鎬環(huán)向預留核心土法開挖，短進尺，強支護，勤量測的原則通過坍塌段。為以后大斷面隧道坍塌處理提供了經(jīng)驗。

    參考文獻：

    ［1］哈爾濱至大連鐵路客運專線臺山隧道施工圖（圖號：哈大客專沈大施隧02-01～05A）

    ［2］中華人民共和國鐵道部.《鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)范》TB 10204-2002.北京.中國鐵道出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核)