? 朱家山隧道1#斜井工区兰州端塌方处理施工技术王萌浩 (中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁 辽阳 111000) 摘 要：宝鸡至兰州客运专线朱家山隧道1#斜井工区兰州端由于不良地质状况和施工处置不当发生塌方。针对具体工况，首先采取弃渣反压回填塌方段的洞身和塌方体，以稳定塌方段和其两端的塌方影响段；对塌方段泵送C25混凝土回填渣体上方的空腔、形成保护壳，改进支护参数，加强拱脚约束；对塌方影响段进行注浆加固。安全、顺利地完成了塌方处理施工任务，相关经验可为同类工程参考。 关键词：隧道塌方；弃渣回填；注浆加固；锁脚锚杆 1 工程概况宝鸡至兰州客运专线朱家山隧道地处甘肃省天水市和定西市境内，隧道全长14 949.77 m，进出口里程为IDK833+108～IDK848+057.77，隧道的平面除IDK833+444.805～DK836+159.863位于R9 000 m左偏曲线上以外，其余均处在直线上;隧道纵坡为单面上坡，分别为22‰、13‰、7.5‰，最大埋深370 m。朱家山隧道共设计有4个斜井，其中1#斜井长788.919 m，位于线路右侧，斜井中线与隧道中线的交点里程为IDK836+750，与隧道中线呈90°交角,综合坡度9.50%。 隧道所处地形为陇中黄土高原西部梁、峁、沟壑区，黄土地貌发育，分布着河谷堆积阶地、滑坡堆积坡状地形。 隧道穿越的地层为极发育的新生代地层，主要为第四系(Q)上更新统(Q3)风积层黄土及黄土状亚沙土；冲积层黄土状亚沙土及半胶结沙砾卵石土；全新统(Q4)早、中、晚期冲洪积层黄土状亚沙土及沙砾石层。第三系(N)中新统的紫红色粘土岩、细沙岩与砾岩互层，震旦系下新统变质二云母细砂岩、变质细砂岩夹片岩、千枚岩。 隧道所处地区地质构造有褶曲、断层(隧道范围内有9条断层)、节理、滑坡等。 本区地下水可分为基岩裂隙水，碎屑岩类孔隙、裂隙水和松散岩类孔隙水三大类型。较富水地段主要集中在河谷与沟谷地段。广大黄土丘陵区，除了在富水条件的掌心洼地储存有一定的潜水外，其余黄土塬、梁、峁、坡麓地段地下水较贫乏。 2 塌方发生情况及原因分析2.1 塌方发生情况 2015年4月7日晚21:10分左右，朱家山隧道1#斜井工区兰州端IDK837+302～IDK837+312段拱顶至右侧下台阶半边初期支护滑塌，塌方规模纵向长约10 m，环向宽约14 m，塌腔最深处约8 m，塌方体的位置和形状见图1。拱顶至左侧下台阶半边初期支护未垮塌，但由于右侧塌方的影响，左侧拱、墙向内有较大的收敛，初支已经发生变形和侵限。现场无人员伤亡和机械受损。  图1 塌方体的位置和形状示意图 (单位：cm) 塌方发生段原设计为Ⅳ级围岩，采用Ⅳb型衬砌支护，三台阶法开挖。掌子面三个台阶开挖到的里程：上台阶开挖到IDK837+330，中台阶开挖到IDK837+325，下台阶开挖到IDK837+320；仰拱浇筑到IDK837+301，二次衬砌浇筑到IDK837+291。 2.2 塌方发生的原因分析 塌方是由不良地质状况和施工处置不当两方面的因素引起的。 隧道塌方发生段的地层为下震旦系片岩夹变质砂岩，呈强风化状态，受风化裂隙影响极为严重，结构面以张开型为主，局部宽张，呈碎块状结构为主，局部夹角砾状松散结构，右侧薄层围岩云母含量较高，岩质较软，片理化发育，层间结合较差，隧道洞身范围内围岩软硬不均，隧道施工开挖后，围岩应力状态重新调整，较软岩受自重应力影响较大，且在放炮开挖反复扰动情况下，自身稳定性降低，围岩自重压力沿着围岩软弱及初支钢架薄弱部位进行释放，造成局部初支喷混凝土层开裂、变形侵限，进而引发局部坍塌。 隧道施工中初支锁脚锚管施作的角度不到位，初支钢架没有与锁脚锚管进行可靠连接，致使钢架塌陷，引发局部塌方。 3 塌方处理3.1 处理原则 塌方处理应该遵循“消除危险，稳住阵地，分别处理，尽快完成”的原则分段进行。 (1)待溜塌稳定以后找顶，用“机械手”分层对塌腔壁喷射厚度不小于10 cm C25钢纤维混凝土，以减少落石的危险，保证施工安全。 (2)待溜塌稳定以后，从洞外拉弃渣反压回填塌方段的洞身和塌方体，以稳定塌方段和其两端的塌方影响段，防止坍塌规模继续扩大，并为后续处理工作提供施工平台。 (3)对塌方段和其两端的影响段分别采取不同的处理方法，确保后续施工安全和施工质量。根据塌方现场的实际情况，确定IDK837+302～IDK837+312段为塌方段；小里程端IDK837+302～IDK837+291段和大里程端IDK837+312～IDK837+325段分别为塌方影响段。 3.2 弃渣反压回填塌方体 待溜塌稳定、对塌腔壁喷射钢纤维混凝土完成以后，对IDK837+312～IDK837+302段洞身全断面用弃渣反压回填，同时对与洞身高度相同的右侧壁塌腔进行回填(见图1)。 弃渣回填工作自里向外进行，弃渣堆两端自然成坡，拱部空隙用沙袋堆码。用20 cm厚、C25喷射混凝土对弃渣堆里外坡面进行封闭。沙袋堆码前在拱墙坍腔处预留3层9根DN89的混凝土泵送管和9根吹砂管，以供泵送混凝土和粉煤灰使用。 弃渣堆回填3～5 m以后，用C25混凝土对弃渣堆内侧的渣体坡面进行喷射混凝土防护，给以后对弃渣堆注浆创造条件。弃渣回填工作完成后，对外侧反压回填渣堆坡面进行修整，修整出施工平台，并对回填渣堆坡面和施工平台渣体表面用喷射C25混凝土防护，待喷射混凝土强度达到70%以后，对渣体进行注浆加固。注浆用?42 mm×3.5 mm、L=5.0 m注浆管注浆，按1.5 m×1.5 m的间距布置，注浆浆液用1∶1(重量比)的纯水泥浆，注浆压力为0.2～0.5 MPa。后续开挖过程中，每隔3～4个循环亦用同样的方法对台阶掌子面前方的渣堆进行注浆加固，确保回填渣体开挖时掌子面的稳定。 3.3 塌方处理措施 分段处理塌方的程序为：小里程塌方影响段处理→塌方段处理→大里程塌方影响段处理。 3.3.1 小里程塌方影响段 经检查，小里程塌方影响段的初支没有发生侵限的现象。 对小里程端塌方影响段IDK837+302～IDK837+291拱、墙背后的围岩进行径向注浆加固，并对因塌方可能引起的初支拱、墙背后空洞进行注浆回填，确保这段围岩的稳定。注浆用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注浆管注浆，按1.2 m(环向)×1.2 m(纵向)的间距布置，注浆浆液为1∶1纯水泥，注浆压力为0.5～1.2 MPa。为防止注浆过程中拱、墙发生收敛变形，注浆前要架设用I20a型钢加工制造的临时拱架和临时横、竖撑，按1.5 m/排的间距布置，临时拱架和临时横、竖撑之间焊接?32 mm、长2.0 m@1.0 m的纵向连接钢筋。 3.3.2 塌方段 (1)通过预留的泵送管泵送C25混凝土回填塌方段渣体上方的空腔[1]，形成一道混凝土保护壳，混凝土保护壳的厚度不小于2.0 m，并要在开挖前通过探孔检查混凝土保护壳的施工效果。待保护壳强度达到设计强度的70%以后，通过预留吹砂管在保护壳的上面鼓吹一层0.5 m厚的粉煤灰或细砂作为缓冲层。 (2)IDK837+302～IDK837+312段采用Vd型衬砌支护[1]，采用三台阶+临时仰拱法开挖，其中、上台阶预留核心土辅助施工。开挖步距控制在0.50 m。 针对现场的情况，为确保施工安全和工程质量，对超前支护、初期支护、二次衬砌等进行如下的调整和加强： 超前支护，IDK837+302～IDK837+312段采用双排小导管超前支护，用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m小导管，间距30 cm(环向)×1.0 m(纵向)，外插角分别为20°和40°，交错布置，注浆浆液采用1∶1纯水泥浆，注浆压力为0.5～1.2 MPa。 初期支护，初期支护中的系统锚杆、钢筋网、喷混凝土的标号和厚度、钢架的型钢号等的施工参数均不做改变，只是将型钢钢架的纵向间距加密到0.5 m，纵向连接筋环向间距加密到0.8 m。 塌方段左侧半边的拱部和边墙虽然没有坍塌，但有较大的向内收敛，大部分初支侵限，因此，在塌方段对反压回填渣体进行开挖的过程中，要将这部分侵限的初支一一拆除，进行更换。 锁脚锚管，上、中台阶每处拱架节点设置4根锁脚锚管，下台阶设置2根，共计20根/榀(见图1)。锁脚用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注浆锚管，锁脚锚管应灌浆饱满，以增大其刚度，并通过焊接与初期支护钢架可靠连接。 为加强对拱脚的约束，中台阶的每处拱脚处各增设2根锚筋桩。锚筋桩桩长9 m，孔径100 mm，锚筋骨架由3×?18 mm HRB400级钢筋并筋组成(每1.0 m点焊一次)。锚筋桩由中台阶边墙处以30°的倾角向下钻孔，成孔后放入钢筋骨架和?20 mm的PVC注浆管、?12 mm的PVC排气管，并灌注1∶1的纯水泥浆。锚筋骨架要伸出桩孔口以外40～50 cm，将锚筋骨架与型钢钢架焊在一起(见图2)。 塌方段开挖后，钢架的拱脚会落在回填的渣体上，为确保钢架基础的稳固，在上、中台阶的每处拱脚底下设置临时钢垫板，钢垫板的横向宽度×纵向长度×厚度=290 mm×400 mm×15 mm。 二次衬砌的厚度和混凝土标号不做改变，只是将二衬的配筋予以加强。将环向受力筋由HRB400?22 mm@200 mm调整为HRB400?22 mm@100 mm，分布筋由HRB400?14 mm@250 mm调整为HRB400?16 mm@200 mm。  图2 锚筋桩构造示意图(单位：cm) 运营期间塌方处理段的空腔内可能会有积水。为加强排水功能，塌方段和大、小里程端影响段环向盲管的纵向间距加密到5 m。 (3)由于右侧拱墙塌方空腔是用弃渣回填的，左侧拱墙开挖过程中需要拆除侵限的钢架，可能导致拱墙背后的围岩松动而不够稳定，为此，对拱墙背后的围岩采取超前注浆+径向注浆的加固措施。具体做法如下： 结合塌方段开挖时进行的双排超前小导管注浆施工，增加对上台阶及部分中台阶边墙外侧围岩的注浆管数量，提高注浆强度。 开挖前增加自中、下台阶掌子面附近边墙部位的斜向超前注浆小导管数量，进行注浆加固。斜向超前注浆小导管用?42 mm×3.5 mm、L=4.0 m注浆锚管，外插角22°，环向×纵向间距=1.0 m×1.0 m(即每开挖2个循环施作一次)。注浆浆液用1∶1纯水泥浆，注浆压力为0.5～1.2 MPa。 开挖工序完成后，根据监控量测所得到的监测数据，需要时适时对塌方段拱墙背后的围岩进行径向注浆。在3个台阶拱脚处适当调整锁脚锚管的角度，结合锁脚锚管的注浆，起到对围岩注浆加固的效果。 3.3.3 大里程塌方影响段 待通过塌方段后，对大里程端塌方影响段IDK837+312～IDK837+325拱墙进行径向注浆加固。注浆参数同“小里程塌方影响段处理措施”。 3.4 施工注意事项 (1)塌方处理期间，塌方段前方严禁进行任何施工作业，在洞内设置警戒线，由专职安全员值守，全程跟班作业。 (2)反压石渣从弃渣场调运、洞内运输和反压填筑时由专人指挥，对回填作业施工人员和使用的机械做好必要的防护，确保施工安全。 (3)通过塌方段时开挖只能采取非爆破开挖，以减少对周边围岩的扰动。 (4)开挖过程中必须严格控制每循环的进尺，各个台阶施工进尺按1榀钢架控制(0.5 m)，严禁超挖。每循环开挖以后立即对掌子面和开挖面喷射厚5 cm的C25混凝土，及时施作初期支护，使其尽早封闭成环。有条件时仰拱、二衬要及时跟进。仰拱施作长度一次不要超过3 m，二衬施作长度一次不超过6 m。 (5)严格按照设计工法进行施工，保证各工序的安全步距不超标。上台阶高度控制在3～4 m，台阶长度控制在3～5 m；中台阶高度控制在3～4 m，台阶长度控制在3～5 m；仰拱距离掌子面的距离控制在20 m，二衬距离掌子面的距离控制在30～35 m。 (6)制定应急预案，预备必要的应急器材、物资。隧道开挖过程中如发现掌子面或拱、墙围岩发生不稳定现象，应立即组织施工人员撤离，待险情基本稳定以后，用加强支护和沙袋回填的办法使不稳定的险情得到缓解，再用加强支护和注浆加固的方法解除险情。在处理险情的过程中，必须紧随处理工作面在隧道两侧各设置一条逃生通道。 (7)加强洞内监控量测工作，加大监测频率，进行信息化施工。对塌方处理段(含塌方影响段)重新布置监控量测点，测点纵向间距加密到5 m，观测频次加大到2次/d。及时准确掌握围岩变形情况，并将监测数据及时上报监理、设计单位和指挥部，一旦发现变形异常情况，立即根据应急预案进行紧急处置。 (8)为控制隧道水平收敛，借鉴本线其他工点工程经验，结合施工机械操作空间要求于中台阶拱脚处设置锚筋桩。右侧边墙锚筋桩钻孔时需要通过回填渣土，易塌孔，施工中可采用跟管钻进工艺。 (9)按照塌方处理方案对塌方段和塌方影响段处理完成以后，要先对塌方段前方先前已经做好的初期支护进行认真地检查，如果发生侵限，应及时上报，进行处理。 4 结束语宝鸡到兰州客运专线朱家山隧道1#斜井工区兰州端塌方地段的塌方处理施工中，坚持了“消除危险，稳住阵地，分别处理，尽快完成”的塌方处理原则，按照修改后的设计方案分段进行了处理，前后历时25 d(其中反堆渣施工2 d，混凝土保护壳施工3 d，保护壳下掘进及各种辅助措施20 d)，安全、顺利地完成了塌方处理施工任务。塌方处理方法和施工经验可供同类工程参考。 参考文献 [1]贾常志.青藏铁路西格而线尕布沟隧道进口塌方处理施工[J].国防交通工程与技术,2009，7(3)：38-40，66 On the Collapse-Treating Construction Techniques for No.1 Oblique Shaft Construction Section of the Zhujiashan Tunnel at the Lanzhou EndWang Menghao ( First Engineering Co. Ltd. of the 19th Bureau Group of China Railway,Liaoyang 111000,China ) Abstract: Due to the bad geological conditions and the improper treatment in the course of construction,collapse happens in the first oblique shaft section of the Zhujiashan Tunnel of the Baoji-Lanzhou Passengers-Oriented Railway at the Lanzhou end.In the light of the specific construction conditions,spoil is first counter-pressure filled back into the collapsing sections of the tunnel body and the collapsing parts to stabilize the collapsing sections and the collapse-affected sections at both ends of the collapsing part.With the collapsing sections,Type-C25 concrete is pumped into the cavities above the spoil-back-filled bodies so as to form protective shells,with the supporting parameters improved,and the control of the arch foot strengthened.The collapse-affected sections are consolidated by means of slip-casting concrete.After the above-mentioned treatment, the collapse-treating task is safely and smoothly finished.Our corresponding experience may serve as a useful reference for projects of the same type. Key words: collapse of the tunnel;back-filled with spoil;slip-casting to consolidate;foot-locked anchoring rod 中图分类号：U458.3 文献标识码：B 文章编号：1672-3953(2016)02-0054-04 DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.02.015 作者简介：王萌浩(1986—)，男，助理工程师，主要从事桥梁隧道工程技术管理工作 279737216@qq.com 收稿日期：2015-12-10 |
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