談鐵路長(zhǎng)大隧道溶腔塌陷處理方案

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摘要：隨著我國(guó)鐵路工程的發(fā)展，巖溶地區(qū)鐵路隧道施工項(xiàng)目越來(lái)越多。本文針對(duì)鐵路隧道溶洞施工原則、鐵路隧道地表塌陷處理進(jìn)行探討，并提出了相應(yīng)的處理措施，希望對(duì)巖溶地區(qū)鐵路隧道地表塌陷的施工具有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：溶腔；鐵路隧道；地表塌陷；治理措施

1引言

近年來(lái)，我國(guó)的高速公路、城際鐵路、鐵路客運(yùn)專(zhuān)線、高速鐵路、城市地鐵等交通的迅速發(fā)展、隧道及地下工程越來(lái)越多，雖然通過(guò)科技的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，形成了多種的隧道地質(zhì)勘探、開(kāi)挖方法，但是隧道內(nèi)施工仍然有很多不可預(yù)見(jiàn)的事故發(fā)生，尤其是隧道塌方事情屢見(jiàn)不鮮，塌方后處理方式也各種各樣。針對(duì)不同的塌方程度和情況，多種處理方案也各不相同。本次課題主要研究隧道塌方造成地表塌陷后如何處置和安全穩(wěn)定通過(guò)的方案研究。

2鐵路隧道溶洞施工原則

2.1工程概況

中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司成昆鐵路三峨山隧道位于四川省樂(lè)山市沙灣區(qū)，全長(zhǎng)10352m，地處沙灣南~范店子區(qū)間，最大埋深約715m。隧道設(shè)計(jì)為雙線，設(shè)計(jì)時(shí)速160km/h，客貨共線，軌面以上凈空面積不小于76.6m2。本隧道出口段洞身主要穿越白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差。隧道在可溶巖段落遇溶洞、溶縫易發(fā)生突水突泥。

3塌陷具體情況

三峨山隧道出口大里程端上臺(tái)階掌子面揭示一處半充填型溶洞，掌子面為白云質(zhì)灰?guī)r，圍巖自穩(wěn)性較好，發(fā)育有從右側(cè)到左側(cè)延伸的溶洞，寬度3m~4m，向左前方延伸。隧道拱頂位置存在兩塊約8m³~13m³大孤石，掌子面基巖面積逐漸縮小，中部向上發(fā)育溶腔逐步揭示，高度及延伸長(zhǎng)度不可見(jiàn)，裂縫內(nèi)有涼風(fēng)向洞內(nèi)排出。在進(jìn)行排危過(guò)程中對(duì)孤石進(jìn)行了爆破排出，孤石排出后掌子面拱頂右上方出現(xiàn)黃色黏土夾塊石，逐步從掌子面前方緩慢擠壓涌出，涌出長(zhǎng)度11m，方量約350m³。核對(duì)塌方現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行了洞內(nèi)及地表調(diào)查，地表調(diào)查無(wú)異常情況，地表可見(jiàn)部分溶蝕、溶槽，在后續(xù)監(jiān)控和地質(zhì)勘察過(guò)程中洞內(nèi)出現(xiàn)巨響，并有風(fēng)極速?zèng)_出，對(duì)地表再次調(diào)查發(fā)現(xiàn)洞頂?shù)乇硭?，形成長(zhǎng)約30m，寬約20m，深約11m的陷坑，塌陷范圍位于掌子面前方右線正上方，塌陷處四周呈陡坡?tīng)?，出露物為黃黏土，未見(jiàn)基巖。

4塌陷情況分析

結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前鉆孔資料、取芯、現(xiàn)場(chǎng)揭示地質(zhì)情況及地表調(diào)查情況等分析，前期洞內(nèi)充填物擠出，溶腔內(nèi)產(chǎn)生空腔，溶洞與地表連通，遇雨水影響，內(nèi)部沉陷。此次地表形成塌陷為巖溶發(fā)育造成的不可預(yù)見(jiàn)性地質(zhì)原因引起。此次塌陷可分為二次塌陷，第一次為洞內(nèi)掌子面和拱頂塌陷，第二次為地表塌陷，并且與洞內(nèi)整個(gè)貫通，兩次塌陷時(shí)間間隔較長(zhǎng)，且具有隱蔽性，如果在此過(guò)程中按照正常塌陷溶洞處理，會(huì)造成極大的安全危害。

5塌陷處治前分析

此溶洞的分布規(guī)律和范圍為掌子面前方存在向下貫通延伸的條帶狀低阻異常，是為由于空溶腔引起的軟弱帶，如圖1所示。該溶洞位于掌子面前方，隧道基本正穿溶洞，長(zhǎng)約60m，寬約36m，深30m~120m，地貌上大致呈橢圓形，為半充填隱伏干溶洞，充填物為硬塑狀粉質(zhì)黏土夾塊石，無(wú)水。經(jīng)過(guò)塌陷過(guò)程分析，處理洞內(nèi)塌方前必須要做好各種地質(zhì)勘探和洞內(nèi)以及地表的觀測(cè)，必須通過(guò)綜合地質(zhì)勘探手段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開(kāi)挖情況，對(duì)溶洞進(jìn)行詳細(xì)地質(zhì)核查，查清溶洞的分布范圍、規(guī)律。

6塌陷處治前準(zhǔn)備

首先要根據(jù)隧道巖溶發(fā)育的形態(tài)、溶洞與隧道工程的關(guān)系，地表塌陷情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況等各方面因素，以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度，來(lái)確定處理方式。（1）塌通天的隧道，既隧道與外界聯(lián)通、必須考慮外部水、土、人、牲畜會(huì)掉入天坑中，尤其是雨季時(shí)期，更要避免雨水的灌入導(dǎo)致隧道多次塌方，內(nèi)部出現(xiàn)突泥突水狀況，進(jìn)一步加大洞內(nèi)施工困難，增加安全隱患；所以何時(shí)何方法處理地表塌陷處也是重要的考慮因素。（2）塌通天的隧道，隧道內(nèi)與拱頂還有松散土質(zhì)和各種不確定的地理環(huán)境，所以在通過(guò)期間必須保證洞頂?shù)姆€(wěn)定性，如何加固洞頂?shù)乃酵?，保證洞內(nèi)施工時(shí)不會(huì)再次塌陷也成為洞內(nèi)安全通過(guò)的重要考慮因素。（3）塌通天的隧道，不僅僅考慮拱頂土壓力，同時(shí)還要考慮到洞內(nèi)土側(cè)壓力，尤其是前方塌方距離，可能在施工中由于側(cè)壓力增大導(dǎo)致泥土繼續(xù)溶出，甚至將初級(jí)支護(hù)等推落，造成施工二次事故，故如何防止側(cè)壓力對(duì)已做好的初級(jí)支護(hù)造成破壞也是塌方處理的重要考慮因素。根據(jù)以上因素的綜合因素，結(jié)合該溶洞在雨季來(lái)臨前，無(wú)法完成洞內(nèi)施工，對(duì)該隧道做如下處治安排，一、先施作地表截水溝并，鋪設(shè)防水防雨設(shè)施進(jìn)行保護(hù)，設(shè)置警戒線和硬圍擋并派專(zhuān)人看守，避免人畜誤入；二、進(jìn)行洞內(nèi)注漿加固通過(guò)隧底探測(cè)和地質(zhì)勘察資料確定進(jìn)行施工；洞內(nèi)支護(hù)及洞內(nèi)外監(jiān)控量測(cè)；三、地表兩次回填高爐礦渣等輕質(zhì)材料、硬化及觀測(cè)。

7處治主要措施

7.1洞內(nèi)加固措施

為保障洞內(nèi)施工安全，在地表陷坑回填前應(yīng)先采取如下洞內(nèi)加固措施。（1）掌子面暫停施工，對(duì)洞內(nèi)塌方體前緣坍塌體表面采用噴混凝土封閉，厚度10cm，并采用大塊狀洞渣進(jìn)行反壓回填，回填完成后對(duì)該段坍塌體采用A42鋼花管注漿加固。注漿完成洞內(nèi)穩(wěn)定后進(jìn)行下一步施工。（2）掌子面右側(cè)拱部及右邊墻靠上位置斜向上進(jìn)行超前注漿加固。（3）對(duì)掌子面后方4m范圍內(nèi)鋼架拱腰及墻腳處增設(shè)A76鎖腳錨管，每處共計(jì)2根，單根長(zhǎng)6m。（4）對(duì)掌子面后方10m范圍內(nèi)增設(shè)臨時(shí)剛套拱，鋼套拱采用I20b型鋼鋼架，間距0.5m/榀，每榀鋼架長(zhǎng)度結(jié)合洞內(nèi)回填體坡面確定，鋼套拱務(wù)必鎖腳穩(wěn)固并落底在可靠基礎(chǔ)上。

7.2地表塌陷處理

洞內(nèi)安全措施施作完成后對(duì)地表陷坑采用分層回填的方式回填高爐礦渣等輕質(zhì)回填材料，其中高爐礦渣的密度應(yīng)小于1000kg/m³，回填分兩次進(jìn)行，初次回填后采用彩條布覆蓋，防止雨水下滲，并于陷坑外10m及溶蝕洼地外10m分別設(shè)置一道截水天溝。待第一次沉降滿足要求后，進(jìn)行第二次回填，待陷坑回填體充分沉降后于表面施作一層30cm厚的C20混凝土防止雨水下滲；隧道施工前應(yīng)對(duì)地表溶蝕洼地范圍進(jìn)行持續(xù)沉降觀測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止施工，并采取相應(yīng)應(yīng)急處理辦法。

7.3溶洞段開(kāi)挖

地表塌陷回填全部完成后，于掌子面后方4m位置開(kāi)始施作T76自進(jìn)式管棚，單次施作長(zhǎng)度20m，每環(huán)搭接長(zhǎng)度不小于4m。管棚施作完成后進(jìn)行掌子面開(kāi)挖，超前支護(hù)輔以A42大外插角小導(dǎo)管，確保施工安全；洞內(nèi)初期支護(hù)采用I25b型鋼鋼架，間距0.5m/榀，鎖腳錨管采用A76中管棚，單根長(zhǎng)度6.0m，每榀鋼架共設(shè)置8根；開(kāi)挖工法采用三臺(tái)階法加臨時(shí)仰拱，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺為1榀鋼架間距。對(duì)溶腔段預(yù)留變形量調(diào)整至30cm，后續(xù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；該段每循環(huán)開(kāi)挖后采用C25噴混凝土封閉掌子面，保障施工安全，噴混凝土厚度8cm。對(duì)溶腔段防排水措施進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，防水板背后增設(shè)一層凸殼式排水板，并將該段環(huán)向盲管加密至2m/環(huán)。

7.4圍巖加固處理措施

為保障運(yùn)營(yíng)安全并防止地表水下滲進(jìn)入隧道，開(kāi)挖支護(hù)完成后對(duì)溶腔段采用A42鋼花管對(duì)拱墻范圍徑向注漿，注漿管長(zhǎng)度4.5m/根，拱部間距1.2m×1.2m（環(huán)×縱），邊墻間距0.8m×0.8m（環(huán)×縱），注漿加固范圍為隧道開(kāi)挖輪廓線以外5m，漿液采用1:1的水泥凈漿，注漿終壓不小于2MPa。為防止該段基底出現(xiàn)不均勻沉降引起襯砌開(kāi)裂，縱向每10m設(shè)置1道變形縫，縫寬2cm，該段共計(jì)7道。二襯施作完成后，采用地質(zhì)雷達(dá)等檢測(cè)手段探明背后坍腔空洞情況，并根據(jù)檢測(cè)情況進(jìn)一步采取鉆孔補(bǔ)注漿等措施，確保坍腔回填密實(shí)。

8處治后效果、意見(jiàn)和建議

8.1處治后效果和監(jiān)測(cè)

根據(jù)以上處理措施、隧道已逐步穩(wěn)定的緩慢渡過(guò)隧道塌方段，且處理后位置經(jīng)過(guò)沉降觀測(cè)、洞內(nèi)外觀察、凈空收斂、拱頂下沉、地表沉降量測(cè)，圍巖內(nèi)部變形、錨桿軸力、圍巖壓力和兩層襯砌間壓力、襯砌及鋼架應(yīng)力、錨桿拉拔試驗(yàn)、底部鼓起量測(cè)及圍巖彈性波等測(cè)試，隧道內(nèi)情況穩(wěn)定，說(shuō)明以上的處理措施滿足本次塌方形態(tài)的處理。

8.2處治過(guò)程中意見(jiàn)和建議

（1）隧道開(kāi)挖過(guò)程中，及時(shí)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)初支開(kāi)裂變形時(shí)，應(yīng)及時(shí)安排作業(yè)人員撤離至安全地帶。（2）值班技術(shù)員及安全員必須24小時(shí)在場(chǎng)，保證通訊暢通，帶班領(lǐng)導(dǎo)每日對(duì)掌子面進(jìn)行巡查研判，是否存在安全風(fēng)險(xiǎn)。（3）與當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)密切聯(lián)系、積極溝通，確保電力供應(yīng)，如有檢修停電，提前通知。另自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)，若遇突發(fā)故障停電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)可隨時(shí)啟動(dòng)。（4）保證作業(yè)機(jī)械隨叫隨到，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況。（5）對(duì)所有工人進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)告知及施工注意事項(xiàng)，施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)能夠及時(shí)撤離。（6）做好地表截排水工作，避免雨水倒灌入地表陷坑。（7）施工中核心土必須保留，此為最重要的保護(hù)措施，無(wú)論如何施工，都要保證核心土的存在。（8）掌子面一循環(huán)一封閉，可以大大地減少前方土石涌出。

9結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，隧道塌方處理技術(shù)也越來(lái)越成熟，但塌方的形式巖、成因、形態(tài)、難以勘察全面，因此針對(duì)各種類(lèi)型隧道巖溶塌方等問(wèn)題的治理措施也不禁相同，唯一的共同點(diǎn)就是安全第一、質(zhì)量至上、因地制宜、本著敬畏自然、順應(yīng)自然的原則，盡量減少對(duì)環(huán)境的破壞，以促進(jìn)人和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

作者：陳濤 單位：中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司