有关铁路隧道塌方段治理方法及原则分析

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摘要：在铁路隧道的建设过程中，塌方是最为常见的安全事故之一，不仅会大幅度的提高工程费用、延误工期、损害施工器械，而且对施工人员的生命安全也会造成严重的威胁。本文以近年来我国铁路隧道典型塌方事故为研究对象，从引发隧道塌方事故的主要因素出发，并就塌方段治理原则及治理方法进行了重点的分析与探讨。

关键词：铁路隧道；塌方段；治理方法；治理原则

铁路隧道工程具有缩短行车里程、保证运营安全和保护当地生态环境等方面优点，因此在我国铁路建设中，得到了广泛的应用和普及。截止2012年，我国已成功修建了9500多座，总延长6000多公里的铁路隧道，隧道的数量与总长度均居于世界首位。然而我国铁路隧道的建设起步相对较晚，技术积累仍处于初步阶段，加上隧道工程施工技术复杂、施工周期长、不可预见风险因素多以及受环境因素影响大等特点，都极易引发隧道塌方、涌水、岩溶塌陷等地质灾害，在下表1中，即为近年来我国铁路隧道施工中的典型塌方事故。从表1中可看出，铁路隧道塌方事故的发生，给施工正常建设和施工人员的生命安全都带来了极大的危害。为此，必须采取有效的治理方法与治理措施，以保障铁路施工建设的安全。

表1 2007～2012年典型铁路隧道塌方事故

一、引发铁路隧道塌方的主要因素

1、直接因素

图1 大管棚施工工艺示意图

（1）地质因素。当铁路隧道需穿越风化严重的堆积层、破碎带，或者需要穿越断裂褶皱带时，都极易出现塌方事故；若隧道洞口处地形陡峭、洞口处有不利的地形、地貌或地质，都容易导致隧道洞口端岩体出现变形或塌方；若隧道洞身端的岩体为溶洞发育或不稳定的危岩体，当出现地层应力超过岩体的长期强度时，则会导致岩体的变形或塌方。

（2）水文气候因素。大量铁路隧道塌方案例表明，自然界中的大气降水、裂隙水、溶洞水等对隧道岩体的风化与侵蚀是导致隧道塌方的重要因素之一。尤其是地下水位的改变或者地表的大量降水，往往会导致隧道围岩结构的改变，使岩体的承载力和强度都受到大幅度降低，从而引发塌方事故。

2、间接因素

（1）勘查设计因素。铁路隧道的勘查设计作为隧道施工建设的一个重要环节，若地质勘查设计不详，则不能真实反映铁路隧道的实际地质情况与地质构造，也会影响到后续施工方法与施工方案的确定，从而给后面的施工建设带来严重的安全隐患。

（2）施工因素和管理因素。一方面是隧道施工人员和管理人员素质偏低，在施工过程中心存侥幸心理，没有严格按照相应安全管理章程进行管理，施工单位也没有严格遵循施工技术、施工方案进行规范化、标准化施工；另一方面则是现场施工人员的施工经验不足，对于易塌方段的防塌意识不强，或者对于突然出现的不良地质现象没有充分估计，导致安全准备不充分或没有采取适宜的补救措施，而引发塌方事故或更严重的塌方。

二、铁路隧道塌方段的总体治理原则

对铁路隧道塌方段的综合治理，应严格遵循“安全、高质、高效和适用”原则。

1、安全原则

为保障施工设备与施工人员的安全，避免塌方事故的再次发生，应遵循“确保安全，宁强勿弱”的安全原则，以制定出切实可行与安全可靠的施工方案与工艺措施。

2、高质原则

为保障铁路隧道近期施工的安全通过，以及在交付运营后隧道衬砌结构在长期使用过程中的安全性与可靠性，因此要切实保证塌方段治理后的工程质量，做到“一次实施，不留后患”。

3、高效原则

为尽量降低塌方事故对铁路建设的不良影响，确保工期的顺利实现，在铁路隧道塌方段的治理，应采用高效、先进的治理方法与治理措施，并做好总体性的协调工作，使塌方段得到尽快的治理。

4、适用原则

应细化与落实设备、机械、人员、管理等各项实施方案，以确保治理方案的可操作性与适用性，

三、铁路隧道塌方段的主要治理方法

1、塌方段情况及原因分析

（1）塌方段情况

某隧道工程起止里程为DK3+430―DK6+655，全长3225米，共设置有5座斜井施工。3#斜井位于线路左侧，线路交与正线DK5+268。2012年12月，该隧道3号斜井掌子面发生流沙坍塌事故，塌方段局部还伴有初期支护开裂和变形现象，共有5名施工人员受伤。

（2）塌方原因分析

地质因素：该隧道洞身段原设计为第三系砂岩，Ⅴ级围岩，采用Ⅴ级加强支护结构。开挖显示岩体的成岩性差，掌子面普遍渗水，扰动后呈砂状。且围岩结构的稳定性差，掌子面及拱部易坍塌，为高风险铁路隧道。

人为因素：一方面是施工方法没有严格遵循设计方法进行，导致开挖与支护方案与实际围岩不符；另一方面则是现场工人施工经验不足，对于隧道施工时的安全意识和防塌意识不强，没有重视监控量的预警作用，对已出现的一些岩裂、支护变形等信息没有及时的重视与反馈。

2、具体治理方法的应用

（1）施工方案的确定

对该隧道塌方段现场实际调查分析，该塌方段为大塌方，塌方影响区域约为40m，拱顶埋深约为60m。由于该塌方段围岩结构稳定性差，在塌方后围岩的平衡力极弱，容易再次发生塌方，因此其施工方案主要确定为：地表坍穴的排水处理临时支撑加固措施大管棚施工工艺措施监控测量。

（2）地表坍穴的处理

对地表坍穴的处理是进行隧道塌方段治理的首要步骤，其目的是防止地表降水或径流进入到地表坍穴当中，而导致围岩结构承载力与强度的进一步降低，并对后续的治理工作带来不便。

首先，应当在坍塌区域周围适当设置截水沟和搭设遮雨棚，以有效避免地表降水和径流进入到地表坍穴；其次，由于该隧道塌方段周边土体多为粉质黏土，土体较为松散，为避免治理过程中土体继续出现坍塌，应当在地表坍穴周边约4m范围内进行注浆固结；最后，由于沉陷坑体边坡多不规整，且坡度较大，不利于锚喷防护的效果，为此还应当对沉陷坑体的边坡进行适当的修整。

（3）临时支撑加固措施

为防止隧道塌方段的继续扩大，并为下一步治理工作做好准备，则应当进行相应的临时支撑加固措施。具体措施有以下几个方面：

可在初期支护的内侧塌方段设置小导管进行注浆固结，以加强塌方段的稳定性；在塌方段的坡面处，可先回填部分土体并修整平顺后，再喷射混凝土进行封闭，以防止塌方段在后续注浆压力下出现滑塌现象；对于初期支护已出现局部开裂、变形的区域，可采用圆木排架等措施亦防止支护的继续变形。

（4）大管棚施工工艺措施

针对该塌方段的情况，主要采用了大管棚施工工艺，其方法为利用管棚支护与超前小导管注浆相结合，以实现对岩体的超前预加固。其主要施工工艺流程见下图1所示。

该塌方段管棚采用的是Ф133×6mm的无缝钢管，根据管棚工作室的实际长度，管棚可按照2m或4m每节进行丝扣对接，要求相邻管的接头处应错开位置，在管身处进行注浆孔的钻进；在大管棚钻进到位后，即可在管内进行钢筋笼的安放，并在封孔口装设注浆嘴，采用的注浆浆液为纯水泥浆，其水灰比应控制在0.8～1.1左右，注浆时的压力则应控制在2MPa以内；由于该塌方段大管棚的设计长度为30，其钻进过程较为困难，因此可考虑分两个批次进行施工，从而根据第一批注浆的效果对第二批的相应注浆参数进行调整。

（5）监控测量

由于在临近塌方区域的支护结构，很容易受到塌方的影响而出现支护的开裂与变形，并给塌方段的治理带来安全风险。因此，为了保证隧道塌方段治理过程中的施工安全，应重点做好相应区域的监控测量措施。

首先，应在临近塌方段的支护区域、施工区域，做好监控点的布设，主要是监测岩体周边的收敛情况、拱顶下沉情况以及支护的变形情况等等，要求监测工作应与施工建设同时进行；其次，对监测数据的处理应做到及时、准确，并绘制出相应的时间―位移曲线，若曲线正常则表明塌方段的治理施工正在稳步进行，若曲线出现突然的转折与反常，则表明隧道围岩结构的应力出现较大的变化，则应当迅速采取相应的补救与处理措施，以保障施工建设的安全。

总结：

塌方作为铁路隧道建设中的常见工程地质灾害，不仅给工程建设带来巨大的损失，而且严重威胁到施工人员的生命安全。目前，我国对于铁路隧道塌方事故的治理，已积累了较多宝贵的经验，并且不乏成功治理塌方事故的典范。本文结合某隧道塌方段的实际治理为例，并就隧道塌方段的治理原则及治理方法进行了重点的分析与阐述，以此希望对当前铁路隧道塌方段的实际治理能带来一定的帮助与借鉴。

参考文献：

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]于书翰.隧道施工[M].西安：长安大学出版社，2005.

[3]何发亮.隧道地质超前预报[M].北京：中国水利出版社，2008.