葉少敏

1 工程概況

1.1 一般概況

臺(tái)山隧道位于遼寧省大連市,隧道位于丘陵地區(qū),臺(tái)山隧道全長332 m,為雙線擴(kuò)大斷面隧道。為滿足局部地段鋪架需要,隧道斷面內(nèi)輪廓根據(jù)橋梁和運(yùn)梁車通過隧道的要求在滿足開行350 km/h高速鐵路列車要求的建筑接近限界基礎(chǔ)上進(jìn)行加大,斷面為單心圓結(jié)構(gòu),半徑為7.9 m,隧道最大開挖寬度17.64 m,最大開挖寬度14.63 m,開挖面積208.89 m2,屬于淺埋超大斷面隧道,隧道采用CRD法施工。

1.2 地質(zhì)條件簡介

隧道表覆第四系上更新統(tǒng)坡殘積層(Qdl+el3)粗角礫土,下伏元古界青白口系(Qn)石英砂巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r。巖體節(jié)理發(fā)育。該塌方段巖性主要為泥灰?guī)r,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),巖溶裂隙極發(fā)育,應(yīng)為強(qiáng)風(fēng)化,呈碎石鑲嵌狀結(jié)構(gòu),有軟弱夾層和滑移面,且?guī)r面平整光滑。

2 坍塌情況及原因分析

2.1 坍塌情況說明

隧道出口3部開挖至DK47+744,初噴混凝土及鋼拱架施工完成后,發(fā)現(xiàn)3部掌子面拱頂處掉渣掉塊,作業(yè)人員感覺情況異常,立即組織人員及設(shè)備撤出洞內(nèi)。40 min后3部拱頂坍塌,立好的兩榀鋼拱架變形塌落,小導(dǎo)管被拉出巖面,坍塌體砸倒中隔壁鋼架,隨后1部拱頂發(fā)生坍塌。施工時(shí),1部已超前3部9 m。3部洞室掌子面架設(shè)的2榀Ⅰ20a鋼拱架已經(jīng)斷裂,約3 m初期支護(hù)嚴(yán)重變形。塌方體為塊狀及碎塊狀泥巖、礫質(zhì)黏土,施工斷面尚未全部掩埋,頂部有約6 m2通道。1部洞室施工斷面已被塌方體全部掩埋,拱部靠近隔墻處有一個(gè)小洞,但看不見里面的情況。從3部小通道進(jìn)去察看,塌方后隧道拱部上面形成很大的空腔,空腔高度約8 m,1部、3部已經(jīng)連通,隔墻已經(jīng)倒塌。1部、3部與隧道中線斜交約45°坍塌長度有18 m左右。坍塌面呈垂直和傾斜,凹凸不平。3部前方存在一個(gè)明顯滑動(dòng)面,左上方發(fā)現(xiàn)有地下水滲出;1部洞室全部被塌方體封死,支護(hù)全部垮塌或扭曲變形。塌方體滑動(dòng)剝落后,拱部空腔自然形成三角形,仍有碎土滾落。DK47+756至洞口方向初期支護(hù)未發(fā)現(xiàn)異常,洞身趨于穩(wěn)定。

2.2 坍塌原因分析

隧道掌子面位于偏壓、破碎構(gòu)造帶內(nèi),且有軟弱夾層和滑移面,巖溶裂隙極發(fā)育,坍塌處巖體松散,粘結(jié)力和自穩(wěn)能力差。近期連續(xù)降雨,因地表植被茂密,地下水下滲后軟化破碎帶內(nèi)的填充物,破壞了地層的平衡狀態(tài),土巖的自穩(wěn)能力急劇下降;由于斷裂面光滑,土巖間相互摩阻力顯然大大降低,拱部松散的土石全部滑塌使初期支護(hù)遭到破壞。

3 坍塌處理的方法

1)待巖體穩(wěn)定后立即對(duì)塌方空腔巖面噴射C25纖維素混凝土進(jìn)行封閉,根據(jù)噴射混凝土厚度可分層噴射,待噴射混凝土到一定強(qiáng)度后再噴射下次混凝土,最終噴射混凝土厚度不得小于10 cm。

2)1部和3部同步進(jìn)行加固處理,處理起點(diǎn)里程DK47+758。DK47+758～DK47+753段5 m范圍內(nèi)沿徑向全斷面打設(shè)φ 42小導(dǎo)管,對(duì)圍巖進(jìn)行壓漿處理,讓松散圍巖粘結(jié)成整體,增加環(huán)向圍巖拱形穩(wěn)定性,防止在清除塌方體時(shí)因側(cè)壓力導(dǎo)致該段初期支護(hù)失穩(wěn)再次發(fā)生塌方。1部,3部支撐加固鋼拱架穿過中隔墻直接連接,形成整體拱形結(jié)構(gòu)。鋼拱架背后與初期支護(hù)之間噴射混凝土,并在鋼拱架處打設(shè)徑向φ 22砂漿錨桿,對(duì)鋼拱架進(jìn)行固定,長度4 m。間距0.75 m(縱)×1 m(環(huán)),每環(huán)打設(shè)22根(見圖1)。

3)對(duì)洞內(nèi)坍塌堆積體進(jìn)行φ 42小導(dǎo)管注漿固結(jié)處理,小導(dǎo)管長度3.5 m,間距1 m,梅花形布置。防止拱腳開挖和清除核心土?xí)r塌方體繼續(xù)垮塌,以便安裝鋼拱架作業(yè)順利進(jìn)行,防止核心土坍塌引起掌子面繼續(xù)坍塌。要求注漿孔深度不小于3 m,壓水泥漿液固結(jié)松散體,注漿施工前塌方體表面先噴射C25混凝土封閉穩(wěn)定。

4)為防止在塌方處理過程中已塌方段孤石脫落傷人,1部,3部DK47+753拱頂處塌方缺口用砂袋或木板進(jìn)行封閉。然后噴射混凝土進(jìn)行密封,通過埋設(shè)φ 150 mm鋼管對(duì)塌方空腔內(nèi)壓入C25混凝土封閉缺口,但侵入輪廓線內(nèi)段空腔用砂袋堆碼成洞拱形,減少開挖工作量?？涨粌?nèi)壓入的混凝土厚度約為1.5 m～2 m,混凝土在空腔內(nèi)自流找平,形成整體保護(hù)層,再在混凝土上面灌注粉煤灰+砂拌合料形成緩沖層。壓入的混凝土達(dá)到終凝時(shí)間12 h后,對(duì)塌方體進(jìn)行注漿固結(jié)處理(見圖2)。

4 注意事項(xiàng)

1)堆碼砂袋時(shí)要堆碼密實(shí),防止在灌注混凝土?xí)r引起胎膜大量下沉。2)砂袋胎膜輪廓線一定要比隧道開挖輪廓大,且大致圓順,留有足夠的下沉量,防止塌穴灌注混凝土下沉侵入開挖輪廓限界。3)為了防止因混凝土及粉煤灰+砂拌合料的灌入使塌穴內(nèi)形成密封高壓,導(dǎo)致灌注困難,必須設(shè)置排氣管;為了準(zhǔn)確判定灌注是否達(dá)到要求高度,必須設(shè)高度檢測(cè)管?；炷帘盟凸?、排氣管、高度檢測(cè)管設(shè)置是否合理準(zhǔn)確是保證本工法施工質(zhì)量的關(guān)鍵,必要時(shí)可多預(yù)留。4)洞身嚴(yán)格按臺(tái)階法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開挖支護(hù),嚴(yán)格按“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快閉合、緊襯砌”的施工原則進(jìn)行作業(yè)。5)隧道最大覆土18.4 m,坍塌頂面距原地面只有12 m～14 m,在處理坍塌期間,以1次/2 h的頻率觀測(cè)地表沉降。

5 結(jié)語

本工法在施工過程中有效的處理了塌方地段,效果良好,通過徑向注漿和鋼架套拱加固臨近塌方段、噴射混凝土封閉坍塌面、碼砂袋成拱的快速封堵有效規(guī)避了次生安全風(fēng)險(xiǎn),泵送混凝土和粉煤灰加砂拌合料便于控制施工質(zhì)量,使洞頂形成足夠強(qiáng)的保護(hù)實(shí)體,在混凝土保護(hù)層下進(jìn)行洞身開挖支護(hù),安全可靠。

[1] TB 10003-2005,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] TB 10204-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[3] TZ 204-2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[4] 鐵道部第二勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)?隧道[M].北京:中國鐵道出版社,1995.

[5] 孟慶余.張集線“沙袋胎膜護(hù)拱塌方處理法”探討[A].第十一屆中國科協(xié)年會(huì)論文集[C].2009.