铁路隧道拱顶病害分析及整治措施

毛静

摘 要 文首先对隧道拱顶衬砌的常见缺陷及其形成原因进行了分析，然后在此基础上提出了相应的处理方法，最后提出了预防衬砌缺陷的措施，对隧道拱顶衬砌的施工具有一定的借鉴意义。

关键词 铁路隧道；拱顶病害；整治措施

引言

随着经济的发展和基础设施的大力建设，我国逐渐成为世界上隧道工程数量最多、建设速度最快的国家之一，但目前高速铁路隧道大断面开挖施工过程中由于自然地质条件等的影响，多存在渗漏水、衬砌裂缝、衬砌坍塌和掉块等病害。衬砌坍塌和掉块现象对隧道施工带来了极大地安全隐患，严重威胁着工程设备和人员安全。如果处理不当，则会给工程质量遗留后患，给后期维修养护工作带来极大的困难。因此，防塌防掉、治塌治掉工作已经成为隧道施工的首要问题。

1 隧道拱顶衬砌缺陷及形成原因

顶面滑坡、地震、雨雪冰冻灾害等外因引起的缺陷由于具有不确定性，所以难以进行预防，而内因大部分是因人为因素引起，可通过一定的技术手段进行处理，同时通过针对性地预防措施，可以有效避免缺陷的形成。衬砌厚度不足是最常见隧道缺陷，衬砌厚度不足具体可分为整体不足和局部不足。这种缺陷在围岩较差的区段最为常见，衬砌厚度主要取决于开挖面，在开挖面确定后，基本不能调整衬砌浇筑的厚度，所以造成衬砌厚度不足的主要原因是因为施工单位技术水平不高，对隧道进行超欠挖，或者是施工单位偷工减料、没有严格按照设计要求施工造成的。另一种常见的缺陷是衬砌背后空洞，这种缺陷形成的原因一方面可能是由于衬砌厚度不足，造成实际厚度达不到设计厚度要求造成的，另一方面可能是施工中因为混凝土材料的收缩、浇筑施工进度过快、混凝土自重压迫等原因造成[1]。

2 工程概况

2.1 工程概述

某铁路手爬岩隧道全长1685m，为双线隧道，隧道采用两端组织施工法，进口为反坡施工，出口为顺坡施工，其中进口施工段长840m，出口施工段长845m。为低瓦斯隧道，隧道最大埋深120m，局部为浅埋隧道，20‰坡度下坡，出口边坡仰坡位于松散块石土中，岩质陡坎，隧道整体地面高程330m～470m地面最大高差140m，手爬岩隧道D2K129+459～D2K129+437段洞身位于侏罗系上统蓬莱镇组（J3p）砂岩夹泥岩弱风化地层，Ⅲ级围岩。

2.2 掉块地质描述

掌子面里程为D2K129+437。围岩以砂岩为主，夹少量泥岩，其中砂岩为紫红色，弱风化，以薄层状为主，岩层缓倾，节理中等发育，砂岩、泥岩层理面之间夹多层石膏。石膏厚度0.5～1cm，最厚达2cm。石膏层与基岩面黏结力很差，拱顶处有局部渗水。D2K129+437向大里程方向约24m范围内拱顶掉块严重，块体以30～50cm宽为主。拱顶基岩面上糊着一层石膏，掉落的岩块也是一面或多面贴着一层石膏，围岩整体性较差。

2.3 掉块原因分析

隧道塌块主要由工程地质原因、地下（表）水原因和施工方面原因三个原因组成。对本工程而言，塌块主要由工程地质原因导致，不稳定块体主要是由不良地质界面（不良地层面、节理面）和临空面的相互组合形成的不稳定滑塌体，当不稳定块体的重力指向临空面的分量临界于阻止岩体向临空面滑动的摩擦力时，岩体会在其他因素的诱导下垮落，严重时会由于垮落岩体处于咬合作用的关键部位而产生大的连锁垮塌。特别是当掘进至岩石软硬相间地段且有水发育时极易引起硬的围岩掉块和软的围岩垮落。隧道塌块（掌子面里程D2K129+437）处围岩为泥岩与砂岩组合，处于不同级围岩的交界带处，且砂岩、泥岩层理面之间夹多层石膏，石膏层与基岩面黏结力很差，围岩整体性较差。因双线铁路隧道开挖跨度大，在开挖掘进的扰动下和拱顶出现局部渗水情况下，石膏层与基岩滑动面强度大为降低而造成围岩失稳导致塌块现象[2]。

3 塌块处理措施

一般的塌块处理原则是先加固，防扩展，后处理的原则。塌方处理范围总体上可分为三段：①轻微掉块段，即距离塌腔较远，围岩基本稳定位置；②较明显掉块段，即距离塌腔较近段；③塌腔段，即延伸加强段，约22m。针对拱顶掉块不同程度，将D2K129+485～D2K129+437分为三段并采取不同支护方式进行处理。

3.1 轻微掉块段

D2K129+485～D2K129+472段距离塌腔较远，围岩基本稳定。采取钢筋混凝土结合药卷锚杆进行支护，具体支护措施如下：①采用Ф25药卷锚杆将围岩串联成一个整体。锚杆长3.5 m，间距1m×1m（环向×纵向），为减小对拱顶围岩扰动，可适当加大拱顶锚杆间距；②采用单层Ф25钢筋网作为骨架。钢筋间距1m×0.2m（环向×纵向）。主筋底部与地面结合部位用钢板进行支垫，防止钢架下沉；③钢架安装结束后，采用C25喷射混凝土，对围岩进行封闭，混凝土厚度10 cm。

3.2 较明显掉块段

D2K129+472～D2K129+459段，拱顶局部出现剥落，且距离塌腔较近。本段采取20b工字钢外加锚喷支护的方式。钢架间距0.6m/榀。纵向连接钢筋间距1 m，拱顶处适当加密。采用Ф25药卷锚杆代替组合中空锚杆，锚杆长3.5 m，间距1m×1.2 m（环向×纵向）。钢架底部与地面结合部位采用500×240 mm钢垫板进行支垫，以减小拱顶下层。每当安装完一榀拱架，待喷射混凝土封闭后，才能安装下一榀拱架。

3.3 塌腔段

D2K129+459～D2K129+437段，掉块较严重，拱顶经过长时间掉块，已逐渐形成0～5m深塌腔。为确保施工安全，采取以下措施进行加强支护：对已支护段（D2K129+459～D2K129+449）采取临时竖撑进行加固：对未支护段（D2K129+449～D2K129+437）在塌腔处设置大管棚与混凝土形成整体护拱作为缓冲层，下方按照Vc围岩支护方式进行加固。

（1）已支护段加强支护

D2K129+459～D2K129+449段，目前已按照Vc衬砌类型，采用I20b工字钢外加锚喷支护的方式进行了处理，钢架间距0.4m。由于该段处于塌腔地段，拱部掉块落差较大（0～5m），已经施作的初始支护有被拱顶掉块砸坏的可能。为了确保安全，现对该段采取I20b竖向支撑并在塌腔内泵送2m厚混凝土作为护拱的方式进行加固，回填混凝土与围岩之间设0.5m厚河沙，作为缓冲层。

（2）未支护段加强支护

待D2K129+459～D2K129+449段加强施工完成并确认安全后，方可进行D2K129+449～D2K129+437段加固。对该段采取以下加固措施：①对D2K129+449～D2K129+437段采用弃渣或砂土进行回填，回填高度至隧道拱顶；②在该段拱部120°范围内增设Ф108大管棚；③在该段拱顶泵送2m厚C25混凝土与管棚形成整体护拱；④立钢拱架及喷锚支护；⑤封闭掌子面，进行地质确认[3]。

4 结束语

总而言之，坍塌掉块现象并非是不可避免的，将其经济损失降至最低也并非不可能。通过对坍塌掉块原因进行初步分析及对坍塌掉块段进行支护处理，可以使围岩的自稳能力和自身承载能力达到安全可靠的目的，从而达到降低经济损失的目的，并为相似工程处理方案的编写提供一定的借鉴意义。

参考文献

[1]鐘林.某隧道拱顶裂纹及剥落病害的分析[J].北方交通，2012，（03）：34.

[2] 陈俊.隧道拱顶空洞计算分析[J].科技与企业，2015，（06）：111-112.

[3] 關淑萍，李江林.隧道拱顶存在脱空的数值分析[J].华东公路，2008，（04）：35.