某黄土隧道塌方段处理方案

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【摘 要】在黄土隧道施工中的塌方是目前时有发生，同时造成严重后果的事故，带来的主要后果有塌方后造成人员伤亡，财产损失；严重影响施工进度；为后期通车埋下安全隐患；舆论控制不好，带来很大的社会影响。在此，针对某隧道的塌方经过，处理措施做详细描述，希望能对以后同类工程施工有所启发。

【关键词】黄土隧道；塌方；处理措施

1、实例概况

某双线重载铁路隧道全长2315m，起讫里程DK95+190-DK97+505，穿行湿陷性黄土中低山区，黄土覆盖层较厚，隧道沿线多处发育冲沟，地势陡峻，植被稀疏，相对高差120m。本隧道按照“新奥法”原理设计施工，初期支护采用湿喷挂网混凝土，铺设土工布、防水板后采用钢模台车浇筑衬砌混凝土。隧洞围岩主要由Q3　冲洪积马兰黄土构成，　表层为第四系中更新统上部中粉质壤土。土质疏松，　具中强湿陷性，　水平层理，　地震所形成的裂隙较为发育，　属极软弱围岩，　侧压系数0.　8～1.　0，　干密度rd=　1.　34～1.　63t　/m3　，　内摩擦角　=　19°～22°，凝聚力C=　0.　015～0.　02MPa，　泥流冲蚀后围岩含水量加大，　呈松散状，　部分变成稀泥状。

2、塌方经过及分析

2012年9月27日坍塌前，隧道1#斜井正洞大里程端上台阶施工至DK96+573，左下导施工至DK96+558，右下导施工至DK96+554，仰拱及仰拱填充施工至DK96+434；二衬施工至DK96+357.5。当天18时左右，隧道1#斜井大里程方向二衬正施工，DK96+525里程拱部喷射砼出现裂缝掉块现象，掌子面DK96+573～DK96+357.5无作业人员，随后支护结构被压垮，最终在DK96+525～　DK96+541形成冒顶塌方。

事后量测，洞内坍塌里程为DK96+　525～DK96+541，长16m，塌方量约1400m3；地表DK96+528处形成一个近似漏斗形的陷坑，深约5m，漏斗内直径约12m，塌方横向影响地表宽约20m，纵向影响里程为DK96+522～DK96+542。

塌方段落地质复杂，拱顶部分为薄层泥岩，上部为砂质黄土欠埋段，该段地层为第四系上更新统坡风积层（Q3dl+eol）砂质黄土，层厚30m，浅黄色—灰黄色，硬塑—坚硬，垂直节理发育，可见大孔隙，具湿陷性，湿陷系数为0.015-0.043，为II等自重湿陷性场地。土质松散，自稳能力极差，无粘结性。2012年9月25日、26日两天连续降雨，拱顶荷载增加，掌子面爆破后，扰动该部位拱顶薄层泥岩，致使地层自稳能力降低，初期支护不能满足承载要求，致使混凝土开裂，钢架变形，形成塌方冒顶事故。塌方状况如下图。

劣质围岩工程地质特性是本段大塌方的主因。本段隧洞的泥岩和泥灰岩及其断裂带属于特殊工程性质的软岩或极软岩。如前所述，　围岩干抗压强度3～　10　MPa，　风化较强，且节理发育。岩体浸水后，　强度降低3　～　5　倍，　饱水状态下抗压强度仅0.　1～　1　MPa。?　围岩蠕变特征。由于一次支护强度不够，　围岩的蠕变应力增加，　变形模量减小。这是造成隧洞塌方的关键性内在因素。围岩的胀缩性。高岭土等粘土矿物浸水后，　自由膨胀率约35%，　膨胀量约20%，　膨胀力可达0.2　MPa。缓倾角、层状的页岩、泥灰岩小角度斜交洞线、倾向洞内，　对洞壁和侧帮稳定不利。受断裂构造影响，　断层及节理密集，　为地下水的渗流提供了通道，　致使洞内渗水及线状流水较严重。围岩遇水后强度降低蠕变加速。水的活动使围岩中部分可溶矿物溶解.带走围岩和断裂带中的细小颗粒，　加速了围岩变形，　加大了围岩压力，　使围岩稳定性更加恶化。因此，　水的作用是造成这次塌方事故的诱发因素。施工等其它因素也是造成这次塌方的重要客观条件。由于预先对洞内可能遇到的复杂的水文工程地质条件估计不足，　施工和设计措施欠妥。如：　第一次支护结构物强度不够，　地表冲沟处地表水未引走，　洞顶超前导水未作好，　洞内排水强度不够等。

3、处理措施

本着安全第一，　质量第一的原则，　依照上述该段围岩水文工程地质特性，　采取以下塌方段处理措施.　治塌首先治水。在加强排水和导水的同时，　采取锚杆和钢拱架联合支护，　固结灌浆提高围岩完整性和自稳时间，　先侧洞后中洞的分部开挖施工.

（一）地表处理措施

（1）塌方处位于地表冲沟侧壁，对地表塌坑附近地层进行局部减载，利用减载土拌合石灰对地表陷坑进行回填、夯实处理，回填深度为4m，表层设50cm厚粘土隔水层，并做好向四周的排水坡，地表陷坑边缘外5m设截水沟，利用自然冲沟，做好整个塌方影响区的地表水系统引排。

（2）地表回填夯实后垂直插入φ108钢花管做压浆处理，压浆范围为塌方部位9×9m范围，钢花管长度为35m，顶部1m设止浆段，间距1m，注浆端头外露30cm，梅花形布置。注浆材料采用1：1水泥浆，注浆压力为0.5MPa，注浆顺序为先中间厚四周，逐渐扩散注浆。塌落段松散土体固结如下图。

（3）塌方段衬砌完成后，强度达到设计强度85%以上，对地表做自然土回填绿化处理，回填随地形，做顺坡自然排水。

（二）洞内处理措施（DK96+525～DK96+541段）

（1）超前支护采用φ108×6㎜大管棚结合φ42×3.5㎜超前小导管，交错设置，环向间距均为20cm；φ108管棚纵向每环有效长9m，外插角5～10°，纵向搭接长不小于3m，小导管外插角30°，单根小导管长6m，每1m施做一个循环，小导管及大管棚均设注浆孔。

注浆材料采用1：1水泥浆，管棚注浆压力为0.5～1.0MPa，小导管注浆压力为0.5～1.0MPa。

（2）初期支护全环采用I20a型钢钢架，间距0.5m，拱架采用φ25纵向连接筋焊接，环向间距0.5m；相邻两榀拱架间隔3m，采用工18型钢连接；挂设φ8双层钢筋网，钢筋间距15cm；拱腰及最大跨处锁脚锚管增加至4根，单根长4m，斜下方打入角度不小于30°；C25喷射混凝土厚27cm。

（3）开挖前对坍塌体采用C25喷射混凝土封闭，喷射厚15cm；每循环掌子面采用厚10cm的C25喷砼封闭，采用CRD法施工。

（4）DK96+520～DK96+540段采用Vb型衬砌，主筋采用φ22螺纹钢筋，间距20cm，φ10纵向筋间距由25cm调整为15cm；该段环向盲沟间距按3m一环设置。

4、结束语

（1）黄土隧道塌方后，土体丧失自稳能力，因此必须先注浆固结土体，使其具备自稳能力，再开挖，再能保证安全过度，不扩大塌方，不引起二次塌方。

（2）黄土隧道严格按照“新奥法”施工，始终应遵循“预支护、短开挖、少扰动、强支护、早封闭、实回填、严治水、勤量测”的原则。

（3）隧道施工以快制胜，支护不及时，易掉块，引起塌方，施工中应根据量测结果，及时调整变形余量，保证支护和后期二衬不侵限。

该塌方地段目前已经处理完成，处理效果完全满足预期水平。在北方黄土高原隧道施工中，这种地址情况较为普遍，塌方也时有发生。特记录这次塌方的处理措施，供大家交流讨论。

参考文献：

[1]柳条山隧道设计图（准联施隧13） 中铁第五勘察设计院集团有限公司 2011

作者简介：

李传州，男，1973年8月，高级工程师，项目副经理，中国水利水电建设股份有限公司神华准池铁路项目部。