运营铁路隧道洞身破坏应急抢修技术探讨

刘均红

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)



运营铁路隧道洞身破坏应急抢修技术探讨

刘均红

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

摘要：根据灾害情况下的破坏程度，将运营铁路隧道洞身破坏分为局部破损和洞内坍塌两种形式。针对局部破损情况，提出拱圈补强和边墙加固的应急抢修对策；针对洞内坍塌情况，分别针对以隧道形式和以路堑、明洞或棚洞形式通过的快速抢通方案，提出了相应的保障措施，以期为铁路隧道应急抢修技术研究提供参考。

关键词：铁路隧道；局部破损；洞内坍塌；应急抢修

作为控制性节点工程，铁路隧道的破坏将直接影响到整条铁路乃至整个铁路网的运营安全。洞身破坏尤其坍塌是铁路隧道应急抢修的重点，也是难点。造成运营铁路隧道洞身破坏的原因很多，如恐怖袭击、地震、泥石流、山体变形、涌水突泥等等。不管破坏范围如何，都将意味着隧道丧失使用功能，阻碍正常交通运营，给人民生命安全和国家经济带来巨大挑战和损失[1]。当前，我国关于铁路隧道应急抢修技术的研究尚处空白，依托相关科研计划项目，对运营铁路隧道洞身局部坍塌应急抢修技术予以分析探讨。

1 洞身破坏分类

一般情况下，铁路隧道洞身埋深大，遭受袭击可能性小，即便遇到攻击，破坏程度也不会太严重。相关研究表明，洞身埋深H>50 m时，由于围岩土体约束作用的显著增强，自然灾害对隧道的破坏程度明显偏小[2-3]。因此，文中认为，灾害发生时，若H>50 m，隧道洞身破坏通常表现为拱顶或边墙的局部破损；若H≤50 m，则往往表现为洞内坍塌。

1.1 局部破损

隧道洞身衬砌错台、脱落、掉块，致使结构承载能力明显减弱，或变形过大直至侵限，影响行车安全甚至阻碍行车；或隧道虽未坍塌，但若不及时处理，随时都有发生坍塌的可能，此种情况认定为隧道洞身局部破损。

1.2 洞内坍塌

洞内坍塌是隧道所遭受的最为严重的一种破坏，也是应急抢修的重难点。洞内坍塌一般分为拱形塌方和塌穿型塌方两种[4]，分别如图1和图2所示。其中，当塌方高度Hc≤10 m时，视为拱形塌方，该种塌方情况下，隧道衬砌结构尚未完全破坏，仅拱部坍塌，边墙局部完好；当Hc>10 m时，一般可认为洞身大面积塌陷或坍塌直至地表，衬砌结构完全破坏，该段隧道完全丧失使用功能，视为塌穿型塌方，该种塌方情况无疑是致命的。

图1 拱形塌方示意

图2 塌穿型塌方示意

2 洞身局部破损抢修技术

2.1 喷锚支护

2.1.1 适用条件

喷锚支护在隧道洞内局部破损且破坏程度相对较轻的应急抢修中具有较强的可行性。该方法主要适用于Ⅱ级围岩、Ⅲ级围岩及Ⅳ级围岩普通地段。

2.1.2 加固措施

(1)针对拱部局部破损情况，在对旧拱进行表面凿毛处理的基础上，破坏拱圈周围打设锚杆，喷锚支护参数如表1所示。其中，Ⅲ级围岩、Ⅳ级普通地段需在二衬错台或脱落部位凿槽(凿毛时顺便将宽大的裂缝和错台扩成“V”形槽道)，槽道内布设∅6 mm(或∅8 mm)的拉结钢筋网之后喷射混凝土作为初期支护。

表1 喷锚支护参数表

(2)针对边墙局部破损情况，首先凿除边墙破损处部分衬砌混凝土，并对衬砌混凝土表面进行清洗；按照间距1.0～1.5 m打设锚杆，梅花形布置(危险地方可增加1根)；锚杆端头挂双层钢筋网，第1层采用∅6 mm@20 cm，第2层采用∅8 mm@25 cm，喷射混凝土15 cm进行加固。

2.2 钢拱架加固

2.2.1 适用条件

钢拱架通常采用型钢或钢轨现场加工而成，多用于Ⅳ级围岩加强及以上地段。该方法实质上相当于在原隧道形成了套拱，减少了原隧道净空，因此，钢拱架加固方法必须保证在隧道净空容许的情况下进行，且不影响应急运输车辆的正常行驶。

2.2.2 加固措施

钢拱架加固间距通常视地层情况而定，一般Ⅳ级围岩加强地段间距1.0 m，Ⅴ级围岩普通地段间距0.8 m，Ⅴ级围岩加强地段间距0.6 m。

3 洞内坍塌抢修技术

隧道洞内坍塌的应急抢修按照“稳固塌体、填充空洞、注浆加固、谨慎通过”的思路[5]，根据现场情况考虑以隧道形式或以路堑、明洞或棚洞形式通过。

3.1 处理原则[6]

(1)在塌方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝，应先行清除或锚固。

(2)加强原有支护衬砌，对塌方范围前后原有的支护进行加固，防止塌方扩大。

(3)在塌方范围内架设支撑或者喷射混凝土，必要时加设锚杆支护。

(4)加快衬砌，对塌方两端应尽快做好局部衬砌，以保证隧道临时通车。

3.2 以隧道形式通过

3.2.1 适用条件

隧道洞身埋深较大或塌方直至地表且坍落的土石方数量巨大致使隧道严重堵塞，坍体很不稳定，或即使隧道埋深较浅但却不具备以路堑、明洞及棚洞通过的条件时，考虑以隧道形式通过。

3.2.2 抢修方案

首先考虑对临近塌方地段(塌方后方)悬而未塌衬砌结构的注浆加固，对于阻挡施工的悬挂已破坏衬砌结构进行切割清理。拱形塌方情况下，根据Hc不同，针对塌穴采用不同的临时支护措施，保障坍渣清理后应急通车；塌穿型塌方情况下，要做好超前预支护，以初期支护作为主要承载结构[7]。

(1)当塌方高度Hc<5 m时，采取从地表自上而下清理坍渣，在露出拱顶缺口后，进行临时盖顶：①当B′≤2 m时，采用普通枕木密铺直接盖顶。②当2 m≤B′

(2)当5 m≤Hc<10 m时：①由地面向下逐步清除坍渣，随即架设箍架支撑。箍架的形式可为多边形、矩形或方形，视坍穴的形状而定，架距不大于1 m，如图3所示。②若坍穴成斜孔，处理方法根据斜度而定，倾角≤30°时，可按斜井的施工方法进行出渣及支撑；倾角≥35°时，运用井箍支撑及由上而下清渣。

(3)当Hc≥10 m时，针对该种严重坍塌情况，应急抢修施工步序为：抢修准备→坍塌后方衬砌结构临时支撑、加固→坍塌掌子面喷混封闭→坍塌体超前支护→坍腔回填→监控量测→坍体开挖、运输→开挖掌子面喷混找平→架设钢架、施作初期支护→临时通车。具体工序如下：①结合塌方现状及工程地质环境，做好塌方后方支护加固工作。②坍塌掌子面设置止浆墙，通常与轨面形成45～60°斜坡，喷射20 cm厚C25混凝土封闭，封闭掌子面之前，预埋2根输送泵管，1根作为泵送管，1根作为观察管，管口高于隧道拱顶2～3 m。③坍渣周围岩土体预加固。④注浆固结完成后，泵送C20砼回填做保护壳，泵送至观察管流浆为止，保证砼厚度不小于1 m。⑤加强监控量测。⑥采用短台阶法开挖，通过抢修机械进行破碎、扒渣和运输。⑦施作初期支护，架设临时钢拱架。钢拱架采用HW150×150型钢，间距0.5 m/榀，根据铁路隧道抢修建筑限界预制，做好与未破坏墙体衬砌结构的搭接。

图3 井箍支撑示意图

3.3 以路堑、明洞或棚洞形式通过

3.3.1 适用条件

隧道洞身浅埋、局部傍山、地面自然横坡较陡以及原设计明洞或棚洞的塌方地段，在拱部施作临时盖板不能满足应急通行的情况下，选择以路堑、明洞或棚洞形式通过。

3.3.2 抢修方案

采用明挖法清方，将洞内坍塌地段改成路堑或者棚洞、明洞形式，做好边仰坡防护。边仰坡防护可采用喷射混凝土、打设锚杆、挂钢筋网及支挡等措施。另外，为提高抢通效率，确保应急通车，棚洞结构可根据抢修建筑限界预制加工。

4 保障措施

(1)洞身坍塌范围较广、抢修困难时，需要调整线路平面或双线改单线运行。

(2)洞内轨道破坏严重时，调整线路纵断面，局部降低轨面或隧底。

(3)紧急情况下应急通车采用电力牵引改用内燃、蒸汽牵引过渡。

(4)做好塌陷范围内的地表截、排水工作，若遇雨天，可用塑料布将塌陷范围全面覆盖，避免雨水侵入隧道。

5 结论与建议

(1)由于地下工程的复杂性和不可预见性，铁路隧道应急抢修方法不能千篇一律，必须结合破坏情况和工程地质环境，采用快速合理的抢修手段。

(2)勘察、设计和施工过程中，做好隧道超前地质预报和风险事件处理工作，规避残余风险，减少自然灾害发生概率。

参考文献

[1]刘均红.战时铁路隧道快速抢修技术初探[J].国防交通工程与技术，2014(6):21-24

[2]Sunil Sharma,willian R Judd.地震对地下工程的破坏[J].雷谦荣，译.地下空间,1992(4):335-344

[3]皇民,刘马群,王安华，等.隧道地震破坏的主要形式及影响分析[J].交通科技与经济，2010(1):60-62

[4]汪成兵.软弱破碎隧道围岩渐进性破坏机理研究[D].上海:同济大学,2007：23-34

[5]陈仁东,吴金刚.某隧道塌方原因分析及处理方案[J].现代隧道技术,2010,47(6)：101-106

[6]铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册：隧道(下)[M].北京:中国铁道出版社,2010：338-343

[7]罗章波.以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计研究[J].隧道建设,2012,32(5):658-664

An Exploration into the Rush-Repairing Techniques for the Damaged Tunnel Body of a Railway Tunnel in Operation

Liu Junhong

(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co., Ltd.，Beijing 102600，China)

Abstract:The damage to the body of a railway tunnel in operation may be divided into two types according to the degree of the damage caused by disasters:local damage and serious collapse.For the local damage,the countermeasures of reinforcing the arch ring and consolidating the side wall are put forward as rush-repairing measures.For the damage of severe collapse,suggestedinthepaperarethecorrespondingrush-repairschemesofbuildingatemporarytunnel,formingacutorbuildinganopen-cuttunnelorashedholetoensurethequickpassageoftrains.Thepapermayserveasausefulreferencefortheresearchintotherush-repairtechniquesforrailwaytunnels.

Key words:railway tunnel；local damage；severe collapse；rush-repair

中图分类号：U457

文献标识码：A

文章编号：1672-3953(2016)02-0023-04

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.006

作者简介：刘均红(1981—)，男，工程师，主要从事隧道与地下工程研究设计工作765082073@qq.com

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目(2013G012)

收稿日期：2015-12-08