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三十里堡，為丘陵地區，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片自檢合格后報監理檢查合格。錨桿作業班進入洞內，準備打設錨桿作業，發現3部掌子面拱頂處掉渣掉塊，作業人員感覺情況異常，立即組織人員及設備撤出洞內。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部拱頂發生坍塌。初步估算塌方體約200方。7月1日8：00，會同監理對坍塌位置的地表進行查看，無塌陷現象。

    三、地質描述

    原設計該段地質為泥灰巖、隱晶質結構，弱風化，巖溶裂隙極發育，呈塊石鑲嵌狀結構。根據坍塌后現場塌落體分析為泥灰巖，泥質結構，巖溶裂隙極發育，應為強風化，呈碎石鑲嵌狀結構，有軟弱夾層和滑移面，且巖面平整光滑，該段屬Ⅳ級圍巖，與設計基本相符。

    四、坍塌原因分析

    隧道掌子面位于偏壓、破碎構造帶內，且有軟弱夾層和滑移面，巖溶裂隙極發育，坍塌處巖體松散，粘結力和自穩能力差。近期連續降雨，因地表植被茂密，地下水下滲后軟化破碎帶內的填充物，破壞了地層的平衡狀態，土巖的自穩能力急劇下降；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部洞室掌子面架設的2榀Ⅰ20a鋼拱架已經斷裂，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部已經連通，隔墻已經倒塌。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，左上方發現有地下水滲出；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，目前基本穩定，但仍有碎土滾落。DK47+756至洞口方向初期支護未發現異常，洞身趨于穩定。

    六、坍塌處理方案

    1、待巖體穩定后立即對塌方空腔巖面噴射C25纖維素砼進行封閉，根據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范圍內沿徑向全斷面打設φ42小導管，對圍巖進行壓漿處理，讓松散圍巖粘結成整體，增加環向圍巖拱形穩定性，防止在清除塌方體時因側壓力導致該段初期支護失穩再次發生塌方。要求導管長度4m，間距0.75(縱)×1m（環），每環打設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φ150mm鋼管對塌方空腔內壓入C25砼封閉缺口，但侵入輪廓線內段空腔用沙袋堆碼成成洞拱形,減少開挖工作量。空腔內壓入的砼厚度約為1.5～2m，砼在空腔內自流找平，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處理。

    4、對洞內坍塌堆積體進行φ42小導管注漿固結處理，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.

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

    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，形成整體拱形結構。鋼拱架背后與初期支護之間噴射砼。并在鋼拱架處打設徑向φ22砂漿錨桿，對鋼拱架進行固定，長度4m。間距0.75m（縱）x1m（環），每環打設22根。

    6、1、3部開挖及支護：

    a、從DK47+754.5鋼拱架腹部打設φ42超前小導管，長度3.5米，小導管環向間距30cm，外插角3～5°，注水泥水玻璃雙液漿。每一循環1、3部共打設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的塌方體，鑿除50cm，安裝1榀鋼拱架，打錨桿掛網噴砼。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，采用人工風鎬環向開挖預留核心土法施工。環向開挖時，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2根φ42鎖腳錨管，長度3.5m。鋼拱架縱向連接采用φ22鋼筋，環向間距1m，與鋼拱架焊接。采用Φ8雙層鋼筋網片，網格間距20×20cm。

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

    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3根φ150mm鋼管，深入坍塌空腔內部，在二襯施工前對坍塌空腔內填充砂子，并對其注漿固結。

    七、施工質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、出現小的坍塌后，及時對裸露巖面噴射C25砼進行封閉。

    3、加強監控量測。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。洞內監控量測及地表觀測如有異常，值班人員鳴哨，洞內施工人員迅速撤離。

    八、結語

    臺山隧道坍塌處理是等坍塌處基本穩定后，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；對坍塌空腔內壓入砼。最后再按照管超前，人工風鎬環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.《鐵路隧道施工技術規范》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     文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯  劉真 文徑 審核)