新松林堡隧道浅埋偏压段坍塌原因分析及综合处理措施

文小顺

【摘 要】随着铁路、公路建设的不断发展，越来越多的线路以隧道形式穿越地质复杂地区，致使隧道坍塌事故日益增多。隧道坍塌事故往往处理难度大，如果采取的处理措施不当，不但需要花费大量成本，拖延工期，而且容易留下安全及质量隐患。文章基于遂渝铁路增建二线工程新松林堡隧道浅埋偏压段坍塌事故的成功处理实例，详细阐述了塌方的处理方案及技术措施，以期对相类似的坍塌事故的处理起到借鉴作用。

【关键词】铁路隧道；浅埋偏压；塌方；原因分析；处理措施

【中图分类号】U455.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0066-04

1 工程概况

遂渝铁路增建第二线新松林堡隧道全长1 308 m，起止里程为YDK106+752～YDK108+060。新建隧道位于既有松林堡隧道右侧，线间距约30 m，隧道沿线路前进方向均为5.1‰上坡，隧道位于直线上。隧道所经处属低山河谷地貌，隧道穿越沥鼻峡背斜低山，地面高程为220～450 m，相对高差为100～230 m，自然横坡为20°～40°，进口端为构造坡，地形较为平缓，出口端为剥蚀坡，地形陡峻，地表多冲沟，冲沟多呈“V”形，坡面植被发育。隧顶最大埋深约190 m，其中YDK107+800～YDK108+060为浅埋段，拱顶以上埋深12～50 m，此段下伏基岩为三叠系上统须家河组砂岩，页岩夹煤层以紫褐色、灰黑色泥质、炭质页岩为主，夹薄层状砂岩及煤层岩质软，岩体较破碎。煤层一般厚0.3～4 m，夹有数层，稳定性差。

2 塌方段地质条件及塌方情况说明

隧道YDK108+035～+050段于2011年6月11日15：30左右发生塌方，因现场处于停工状态，所以无人员伤亡和机械设备损失，现场紧急检查发现隧顶塌空，且溜塌面还有继续扩大的趋势，对溜塌隧顶范围采用警戒线隔离后远距离监控。当晚出现暴雨，边坡继续溜塌，至13日雨停后，隧道塌方体趋于稳定。随即，项目部组织人员对塌方情况进行调查发现，塌方处共造成15榀格栅拱架完全扭曲破坏并侵入隧道限界，下塌土石方量约1 800 m3。该处围岩类别属Ⅴ类围岩，岩体呈黄褐色，岩软，节理发育，整体性差，夹粉黏土。隧道塌方体如图1所示。

3 临时应急措施

为防止坍塌面继续扩大，项目部实施的临时应急措施如下。

在坍塌四周设置截水沟，上方覆盖彩条布，防止雨水冲刷使坍塌范围扩大；设置警戒线，设置监控量测点，加强对隧道监控量测和地表沉降观测，安排专人盯控。处理坍方的人员、机具绕行。对山体进行顺坡，清除坡面松散体，采取挖填结合的方式修坡及设置截水沟，使地表排水顺畅。对塌方体周围已开挖围岩采用“工”字钢横撑加固（如图2所示），防止塌体面积进一步扩大。

4 塌方原因分析及调查

塌方发生后，项目部立即通报相关单位，2011年6月16日会同设计、勘察、业主、监理等相关单位对塌方现状进行了调查、评估，对事故原因进行分析，以便采取针对性的施工处理措施。经过现场勘察，查阅设计图纸及施工记录，揭示塌方产生的原因主要有以下3个方面。

4.1 较差的围岩地质条件及雨季施工的影响

设计图纸标示塌方处隧道段埋深约9.6～12.6 m，为浅埋偏压地段。从塌方体揭示的地质情况表明，围岩破碎，节理发育，风化严重。

塌方段地处低洼的冲沟地带，通常无流水，但隧道坍塌前连日大雨，大量雨水沿地表汇入冲沟，形成季节性溪流。地表水渗入裂隙发育的围岩，降低了围岩的稳定性，破坏了围岩的自稳，大幅增加的围岩荷载，超过了支护的承受能力，这是造成隧道坍塌的关键原因。

4.2 超前支护措施不当

施工人员经验不足，没有全面掌握地质情况，仅凭经验就将隧道超前防护方案由大管棚变更为双排小导管，超前预注浆效果不佳。前期监控此段初期支护，即发现围岩有较严重的收敛变形。在此情况下，技术人员对收敛的异常增大认识不足，仅对变形较大围岩部分进行了换拱处理，未采取其他加强和保护措施，这是造成隧道塌方的重要原因。

4.3 停工影响

该段隧道处于煤层采空区，因隧底为采煤巷道、溶洞及采空区等位置未探明，所以处理方案一直未确定，项目于2011年4月最后10 m上台阶开挖后即处于停工状态。隧道长时间停工，仰拱无法施做，二次衬砌未能及时跟进成环，对围岩未能形成有效保护，这是造成半脱产坍塌的次要原因。

5 制定隧道塌方处治技术措施

经与施工各方进行塌方原因分析及研究后，根据现场地质情况和塌方体状态，参考类似坍塌项目采取过的成功技术措施，并结合既有机械、设备及材料情况，项目组提出了处理方案。

5.1 塌方处地表水截排

继续加强地表水的截排，阻止地表水渗入围岩。在隧道上方地表塌方影响范围外约5 m处施做截水沟，沟底宽50 cm，深50 cm，沟壁采用砂浆抹面，保证排水通畅；对地表已出现的裂缝，采用黏土夯填密实，坍塌坑洞上部采用钢管架搭设雨棚，防止雨水流入塌体。

5.2 塌方坑洞边坡防治

现场调查发现，隧顶溜塌形成坑洞，局部边坡裸露，坡度陡、高差大，边坡极不稳定，有可能造成大面积的边坡溜塌，从而影响隧道和既有线路的安全（如图3所示）。在采取必要的防护措施后，对塌方坑洞边坡进行修坡，修坡坡比为1∶0.75，高边坡修成台阶状，将周围边坡刷缓、修顺。随后对边坡进行锚网喷防护处理，锚杆长3.5 m，间距为1.2 m×1.2 m，呈梅花形布置，垂直于坡面施作，挂φ8 mm钢筋网片，喷射砼厚度为10 cm。

5.3 塌方坑洞处理

因塌方体处理工期较长，为了确保施工人员的安全，在塌坑内施作厚1.5 m的C20砼护拱，将整个坑洞封闭，使隧道与坑洞上部形成隔离，防止边坡岩体继续塌陷至隧道内而危及施工人员的安全。护拱距隧道拱顶约3 m。护拱内设2层间距为30 cm×30 cm的φ20 mm钢筋网，护拱四周伸入巖壁20～30 cm，护拱拱脚处设置一层排距为0.5 m的锚杆，锚杆尾端与护拱钢筋焊接。钢筋砼护拱如图4所示。

人工将坑洞底部坍渣修整成护拱的底部弧状，抹10 cm厚砂浆，形成护拱底模，预埋间距为3 m×3 m的φ42 mm注浆管，呈梅花形布置。待护拱砼强度达到要求后，对拱下塌方体进行固结注浆。注水泥浆（1∶1），注浆压力控制在0.7～0.8 MPa。

5.4 隧道内塌方体处理

对隧内塌方体进行注浆固结，喷C25砼厚8 cm封闭掌子面，采用长6 m的φ42 mm小导管注浆固结，间距为0.8 m×0.8 m，呈梅花形布置，对塌方地段15 m范围内，分3次进行固结处理。

塌方体开挖的超前支护采用φ42 mm双排注浆小导管，夹角为10°～15°，每环24根，长3.5 m，环向间距为0.4 m，纵向间距为1.5 m，注水泥浆（1∶1），注浆压力控制在0.7～0.8 MPa。

开挖采用三台阶七步法，并施作临时仰拱，预留沉降量为20 cm。采用间距为0.5 m的I18型钢支护，钢架落地处施做4根锁脚锚管，锚管长3.5 m，锁脚锚管角度分别为斜向下45°和60°，将原设计的系统锚杆更换为注浆锚管，锚管长5 m，每环13根，间距为1 m×0.6 m（环×纵），初期支护挂φ8@12 cm×12 cm钢筋网，喷射厚度为25 cm的C25砼。

5.5 格栅拱架变形超限段

将格栅拱架变形超限段的拱架及喷砼逐榀凿除至设计开挖轮廓线，安设新的I20b“工”字钢拱架，其间距为0.5 m。拱架间每1 m设连接钢筋1根。初期支护挂φ8@15 cm×15 cm钢筋网，喷射厚度为20 cm的C25砼。中上台阶钢拱架落地处每边各设2根长3.5 m锁脚锚管，锚管角度分别为斜向下45°和60°，下台阶钢拱架落地处每边各设2根长4 m、φ28 mm的锁脚锚杆。换拱按“凿除一榀，立即安装一榀”的原则进行施工，以确保施工安全。

并对周边围岩进行小导管注浆加固，导管长3.5 m，间距为1 m×1 m，呈梅花形布置。

5.6 塌方段防排水及二次衬砌措施

对于YDK108+035～+050段在初期支护完成后，根据采煤巷道探测情况及时施做二衬，项目部采取每掘进5 m，施做一次二衬，二衬施工时需对塌方地段及前后加强防排水处理，环向盲管间距由原设计的8 m更改为5 m，采用Ⅴ级偏压复合衬砌。

5.7 塌方坑洞回填

在二衬施作完成后，利用周围洁净黏土对坑洞进行分层回填夯实，回填时预埋注浆管，分层回填至高于原地面高度30～50 cm后，对坑洞及周围分散土体进行注浆固结，注水泥浆（1∶1），注浆压力控制在0.5～0.7 MPa，使其形成一个不易溜塌整体。塌方坑洞回填示意图如图5所示。

6 监控量测

在塌方处理过程中按照规范和设计要求，加强对隧道围岩的监控量测，对隧道处理施工全过程实施跟踪，随时掌握施工中围岩、支护结构的受力变形情况，及时分析可能发生的危险情况，判断采用的处理措施效果及安全状况，及时调整施工步骤和支护参数，改进施工工艺，确保设计更切合实际，避免事故的发生。

6.1 水平收敛位移监测结果及分析

图6为水平收敛位移曲线—时间图，其曲线走向与指数函数曲线最为拟合，故采用指数函数对水平收敛位移数据进行回归分析，得该断面拱顶下沉拟合指数函数。

指数函数：

u=17.220 5e（-1.963 1/t ）

对回归函数取值t=∞，得到水平收敛位移预估最大值为24.0 mm。

通过对指数函数进行数学分析，收敛实态曲线始终保持着d2u/dt2<0，说明收敛速率不断下降；第15 d时，收敛速率du/dt=0.197 mm/d，小于0.2 mm/d，由此可判定收敛在开挖第15 d后已达到稳定状态。

6.2 拱顶下沉位移监测结果及分析

拱顶下沉拟合指数函数：

u=23.953 2e（-1.912 5/t ）

由回归函数可得拱顶下沉位移预估最大值为17.2 mm。

图7为YDK108+045拱顶下沉位移—时间图，从图7中可以看到，沉降实态曲线始终保持着d2u/dt2<0，说明沉降速率不断下降；第14 d时，沉降速率du/dt=0.17 mm/d<0.2 mm/d，说明隧道拱顶沉降此时已达到稳定状态。

6.3 综合分析

由以上隧道收敛及拱顶下沉曲线图所知，在施工初期变形值增幅较大，在施工完成约8 d后其增长速率逐渐变缓，至15 d后，水平及拱顶变形速率均小于0.2 mm/d，其累計变形最大值预估分别为24.0 mm、17.2 mm，处于《铁路隧道施工技术指南》（TZ204—2008）规定的合理范围内，说明该段围岩在支护15 d后趋于稳定，采取的支护措施是合理可行的。

7 结束语

本项目采用的浅埋偏压隧道塌方处理技术及措施简便有效，比预计时间提前10 d完成施工处理。施工期间，施工机械及人员施工全程均处于砼拱护等稳固结构的防护下，确保了人员及机具的安全。可见此次塌方治理所采用的方案是合理可行的，达到了预期的效果，以期能够对其他类似隧道塌方处理起到借鉴作用。

参 考 文 献

[1]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].隧道建设，2006（5）.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]卓其振.浅谈上台隧道软弱围岩段塌方原因分析及处理措施[J].科技资讯，2008（27）.

[责任编辑：陈泽琦]