隧道处理方案

福生庄隧道坍塌处理方案热
[ 作者：陈永忠 | 转贴自：本站原创 | 点击数：592 | 更新时间：2010-2-4 | 文章录入：imste 2009年 第 20 期 ]
(呼和浩特铁路局 大包电气化改造工程指挥部，内蒙古 呼和浩特 010050) 
摘 要：文章介绍了福生庄隧道坍塌的施工处理方案，包 括临时横撑、大管棚、型钢钢架、小导管等。
关键词：隧道；坍塌；福生庄；隧道工程
中图分类号：U455(226) 文献标识码：B 文章编号 ：1007—6921(2009)20—0121—02
1 工程概况
1.1 概述
隧道主要位于中低山及丘陵地带：为大青山及山前丘陵（集宁至郭家营DK498+600～DK627+6 20）。大青山山体浑厚、高耸，地形起伏，第四系覆盖层薄。山前丘陵河谷、山谷相间，间 歇性沟谷蜿蜒曲折。相对高差10m～120m，自然坡度20°～80°。
1.2 工程地质概况
碎石土（Q4dl7）：主要分布于隧道进出口地表，为坡积作用形成，以玄武岩为主 ，有少量的大理岩，稍湿，中密－密实，Ⅲ级硬土,σ０=450kPa；Ⅴ级围岩。
砾岩夹泥岩（N2Cg+Ms）：隧道洞身DK567+290～DK567+356.4通过该地层。砾岩： 紫红色，弱胶结—无胶结，风化层厚14m，Ⅲ级硬土,σ0=300kPa；弱风化层，Ⅲ级软石， σ0=450kPa；Ⅳ级围岩；泥岩：紫红色，风化层厚14m，Ⅲ级硬土,σ0=300kPa；弱 风化层，Ⅳ级软石，σ0=450kPa；Ⅳ级围岩，泥岩具有弱膨胀性，按膨胀岩处理。
大理岩（Ar1Mb）：为隧道洞身通过的主要地层，在地表也有零星出露，灰白色， 层理产状 为N15°E/85°S，节理裂隙较发育，节理产状为J1：N50～80°W/86°N，J2：水平,节理间 距0.5m～0.6m，微张，缝宽1cm～2cm不等，偶有土质充填物，节理面不直，粗糙，延伸 不远，未发现贯穿节理。强风化－弱风化，强风化层厚6m～8m，Ⅳ级软石，σ0=500kPa ；弱风化层，Ⅴ级次坚石，σ0=1000kPa；Ⅱ～Ⅲ级围岩。
粉土（Q4al2）：主要分布于隧道进出口缓坡前缘处，厚约0m～5m,浅黄色，中密， 潮湿，Ⅱ级普通土,σ0=150kPa。
粉土（Q4dl2）：主要分布于山体地表，厚约0m～3m,褐黄色，中密，潮湿—饱和， Ⅱ级普通土,σ0=150kPa。
块石土（Q4dl8）：主要坡积分布于隧道出口段，厚约3m～5m,灰色，成分以玄武岩 为主，余为粉土充填，中密，潮湿，Ⅳ级软石,σ0=500kPa。
粉土（Q3al2）：主要分布于里程DK573+050至隧道出口DK573+330段阶地地层中， 厚约0m～2m,褐黄色，局部夹锈黄色斑点，成分以粉粒为主，土质较均匀，局部夹有零星小 砾石，中密，潮湿—饱和，Ⅱ级普通土, V级围岩，σ0=150kPa。
细圆砾土（Q3al6）：主要分布于里程DK573+050至隧道出口DK573+330段阶地地层 中，厚约8m,灰黄色，成分以玄武岩为主，余为杂砂土充填，中密，潮湿，Ⅱ级普通土,σ0=450kPa。粗圆砾土（Q3al6）：主要分布于里程DK573+050至隧道出口DK573+330 段阶地地层中，灰黄色，成分以大理岩为主，余为杂砂土充填，中密，潮湿，Ⅲ级硬土,σ 0=450kPa。
漂石土（Q3al8）：以透镜体夹于出口段细圆砾土层顶、底部，分别厚约0m～1.5m 、0m～0.5m，浅白色，成分以大理岩为主，余为杂砂土充填，密实，潮湿，Ⅳ级软石,σ0 =800kPa。
砾
岩（N2Cg）：隧道洞身自进口DK572+515至DK573+070段通过该地层，紫红色夹灰 色，泥质胶结，碎屑结构，局部夹泥岩，岩质软，完整基岩，Ⅳ级软石，IV级围岩，σ０=5 00kPa，风化层厚约15m，Ⅲ级硬土,V级围岩，σ０=300kPa。
1.3 水文地质概况
1.3.1 地表水
沿线地表河流主要有霸王河、大黑河。以卓资县东的山岭为分水岭，霸王河向东汇入黄河旗 海，属内陆河，热血传奇私服其主要支流有印河等。大黑河向西流入黄河，属黄河一级支流。两河平时水 量不大，雨季则河水暴涨，流量受降雨的影响明显。
1.3.2 地下水
第四系松散岩类孔隙潜水：孔隙潜水根据其分布及赋存特征可分为两种。一种分布于霸王河 、大黑河河谷区漫滩及阶地的细圆砾土、粗圆砾土及砂层中，地下水位埋深2m～3m，受大气 降水和地表水补给，水量丰富。另一种分布于大青山山前倾斜平原区及残丘区砂类土和圆砾 土中，埋深1m～30m，受大气降水及大青山基岩裂隙水补给，水量丰富。
基岩裂隙水：分布于低山丘陵区各类基岩的节理、裂隙中，主要受大气降水补给，多以下降 泉形式排泄，水量大小受岩性、节理、裂隙发育程度及构造控制，水位随地形起伏而变化， 一般埋藏较深，水量较小。
地下水对混凝土不具侵蚀性。
2 原设计情况
地层为第三系上新统砾岩，局部夹有泥岩，具有膨胀性，围岩级别为Ⅴ级。
Dk572+600～+690段支护参数为：1榀/08m的I18钢架；结合钢架在拱部设双层φ42超前小 导管进行预支护，小导管环向间距04m，长度40m。网喷混凝土25cm；系统锚杆长 3.5m，间距0.8×0.8m。二次衬砌采用Ⅴ级围岩膨胀岩钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度50cm 。 其中Dk572+600～+650段采用CD法施工，临时支护中隔壁采用I18型钢钢架，喷混凝土采用湿 喷C25混凝土25cm，锚杆Φ22砂浆锚杆，间距0.8m×0.8m，长3m。
3 施工及塌方情况
截止2007年12月3日，上台阶开挖掌子面里程为Dk572+700,下台阶掌子面里程Dk572+642 ，仰拱里程Dk572+618，二次衬砌里程Dk572+571。
塌方情况：2007年12月2日23时10分，该段初期支护局部钢拱架出现明显变形。2007年12 月3日2：40分，DK572+640～DK572+665段右侧出现小范围挤突塌方，逐渐发展到大面积塌方 ，塌方体掩埋整个隧道断面。地表出现大面积沉陷，沉陷处尺寸22×19m。沉陷处外围出现 不同程度的裂缝。
塌方段地质情况：施工段以泥岩为主，夹有砂岩，岩质较软，具有膨胀性，综合判定为 Ⅴ级围岩，故与原设计围岩相符。
4 原因分析
本段位于浅埋段，岩质较软。隧道开挖后初期支护没有及时封闭，暴露时间太长，长达6 0m钢架没有及时封闭，仰拱及二次衬砌没有及时施做，导致初期支护逐渐变形。
Dk572+640～+650段原设计为CD法施工，实际为台阶法，失去临时支撑。
5 处理方案
洞内塌体附近Dk572+620～＋640设Φ150钢管做临时横撑（横向5排，竖向5排），其中Dk 572+630～＋640塌方影响段范围，试做尚未施工的仰拱及二次衬砌，防止塌方进一步扩展， 以确保施工安全。
Dk572+640～＋665塌方段采用φ108管棚对拱部150°范围内进行预支护，管棚长度为30m ，环向间距为40cm。结合管棚在拱部采用φ42超前小导管注浆对围岩进行预支护加固，小导 管长度为4m，环向间距为40cm，外插角控制在30°，拱部与管棚交错布置，纵向搭接不得＜ 1.5m。
Dk572+640～＋665塌方段全断面设2榀/m I20b型钢钢架，全断面喷C25混凝土厚27cm。拱 墙设Φ8钢筋网片，间距20cm，边墙设Φ25中空锚杆，长4m，@1.0×1.0m，梅花形布置，二 次衬砌采用C30钢筋混凝土衬砌，厚度55cm。
暗挖通过后，对地表塌陷部分及裂缝处分层夯填密实，填土表面1m深处采用三七灰土夯 填，并高出原始地面，同时做好与上下游既有坡面的顺接，防止地表水下渗。为防止冬季雪 水融化渗入裂缝，现对其顶部临时覆盖防水板以免地表水下渗引起塌孔扩散，并在洞顶塌穴 外10m处外修建一道截水沟。等二衬穿过塌方地段后即对地表塌腔进行密实回填，避免因存 在孔洞而造成再次塌方，以确保施工及将来运营安全。
6 洞身工程施工要领
施工中应加强监控量测，根据信息反馈，及时改进施工方法，调整支护参数；洞身浅埋地段施工一定要弱爆破，短进尺，加强地表下沉量测，发现异常要及时采取措 施；施工中应配备应急抽水泵站，以免在一旦发生突然涌水时施工受阻，威胁施工安全；仰拱宜超前拱墙二次衬砌，其超前距离宜保持3倍以上衬砌循环作业长度。仰拱施工前， 必须将隧底虚碴、杂物、积水等清除干净，超挖应采用同级混凝土回填。仰拱施做应一次成 型，严禁分幅施工；防水板铺设前，应先割除初期支护表面外露的锚杆头、钢筋头等坚硬物，凹凸不平处需 补喷、抹平，局部漏水处先行进行处理。二次衬砌灌筑混凝土时，不得损坏防水板；喷混凝土和混凝土施工应严格按照寒冷或严寒地区有关混凝土施工的规定办理，确保施 工质量；施工中应分段核对地质，如发现与设计不符应及时提出，以便进行变更设计。
7 施工注意事项
该段埋深较浅，且砾岩中夹杂泥岩，具有膨胀性，施工中调整施工组织，二次衬砌紧跟 初期支护，防止初期支护长时间暴露，发生变形开裂，导致再次塌方。根据围岩条件及监控 量测资料，合理确定开挖进尺，以确保开挖、支护质量及施工安全。尽早进行仰拱落底施工 ，及使支护结构封闭成环，以减少围岩变形，并严格控制落底进尺。
此处理措施还应根据现场塌方的实际情况确定，在塌方处理过程中应仔细核对里程及加 固段落，若有出入或发生异常，应及时通知参建各方，处理措施根据现场实际情况另行确定 。
派专人全天候对地表及洞内情况加强监控，并对监控资料进行归纳分析，及时反馈， 以策安全。
在处理过程中，坚持按“短开挖，早支护、快封闭”的原则分段施工，开挖前对该段临 时支撑拆除时，应派专人对周边的支护情况和围岩情况监控。落底时应加强对钢架锁脚锚杆 的强度和数量，切实保证塌方受影响地段的安全过渡。本段埋深较浅，施工中应尽量减少对 围岩的扰动，以确保安全。
立即做好临时横向、竖向横撑及各种安全预案，以策安全。在注浆过程中注浆必要时根据现场试验进行确定，以确保注浆效果及人员安全。在施工过程中必须确保结构尺寸，严禁侵限。钢架施工时必须做好上部钢架的锁脚锚杆，并清除钢架基础的虚碴，防止落底过程中初 期支护失稳、变形。对超挖部分采用同级混凝土回填密实，防止初期支护背后出现空洞。采用微台阶法进行施工，上下台阶间距不超过5m，仰拱和二次衬砌应及时跟进。二衬穿过塌方地段后即对地表塌腔进行密实回填，避免因存在孔洞而造成再次塌方，以 确保施工及将来运营安全。施工单位应对隧道穿越浅埋段制定详细的应急预案，切实加强施工现场的安全管理 制度。