论文部分内容阅读
摘要：本文结合成贵铁路11标姚家坪隧道施工的实际情况，通过软弱围岩含承压水隧道塌方处理成功的案例。为以后此类型地质段隧道施工提供经验。
关键词：隧道；不良地质；塌方
1地质概况
1.1软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，工程地质特点有：（1）岩体结构面软弱，易滑塌。主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象；（2）围岩强度低、遇水易软化。一般以页岩、泥岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑形变形，造成洞室内挤。
2工程实例
2.1工程概况
姚家坪隧道位于罗布-镇雄区间，为时速250km的客运专线双线隧道，隧道全长8836m。本隧属于低瓦斯隧道，穿越灰岩、泥灰岩、灰质页岩、砂岩、页岩，白云岩等底层，软硬相间，岩层产状较缓，节理延伸性较好，隧道洞身地层复杂，岩性变化大。
姚家坪隧道出口D3K317+905～D3K317+895段围岩为奥陶系下统页岩、泥岩夹砂岩、灰岩，岩层近水平状发育，地下水类型以潜水-承压水为主，该段围岩为Ⅳ级，采用台阶法施工。
2.2塌方基本情况
2017年6月2日，姚家坪隧道出口掌子面施工至D3K317+870，仰拱里程D3K317+903，二衬里程D3K317+930。现场进行仰拱开挖作业，下午16：00时，D3K317+897处右边墙拱脚至拱腰出现环向裂缝，裂缝宽约1mm，长6m。下午22：00时，完成D3K317+903～899段仰拱初期支护。仰拱施工过程中，该段右拱腰及拱顶初期支护掉皮剥落，为确保安全，掌子面暂停掘进，并撤离施工人员。
6月3日10：00时，D3K317+903～899段仰拱进行浇筑作业。12：00时现场技术人员发现D3K317+905～895右拱腰及拱顶有初期支护掉皮剥落现象严重，现场立即组织施工人员撤离，并向上级领导汇报。16：00时监理总站组织项目经理部及分部相关人员对现场进行踏勘并研究处理方案，决定设置警戒线，并采用输送泵一次浇筑仰拱填充。 19：00时该段初期支护剥落现象加重，施工风险极大，故撤离仰拱施工人员，20：25时D3K317+905～D3K317+895段拱部发生坍塌。
6月3日围岩量测数据显示：D3K317+900断面拱顶沉降85.90mm，累计沉降120.90mm；上导收敛13.35mm，累计收敛56.75mm；中导收敛8.7mm，累计收敛33.02mm。D3K317+890断面拱顶沉降83.00mm，累计沉降140.40mm；上导收敛1.87mm，累计收敛23.35mm；中导收敛2.90mm，累计收敛46.15mm。
D3K317+880断面拱顶沉降88.40mm，累计沉降149.80mm；上导收敛1.35mm，累计收敛23.25mm；中导收敛43.44mm，累计收敛43.44mm。
6月4日由建设单位代表组织设计、监理、施工单位等主要负责人对姚家坪隧道D3K317+905～D3K317+895段坍塌进行了现场勘察并做了应急处理部署：（1）对塌方影响段设警戒线，并在洞口设专职安全员值班，禁止无关人员入内。（2）坍腔口进行洞碴反压回填至D3K317+917，回填后对D3K317+917～D3K317+905段拱部180°范围径向注浆加固。（3）对未塌方段进行监控量测，若发现异常现场及时反应。
2.3塌方处理措施
（1） 先对洞内塌方范围采用土石反压回填封闭坍口，回填时采用机械将回填土石尽量往掌子面方向推挤，以便尽量回填坍腔前方D3K317+895～+870段，以预防该段变形或坍塌，对于坍方后方回填至D3K317+910处，设一处台阶，并对该回填台阶面采用喷C25封闭。
（2） 在回填坍腔同时，为保证坍腔内的填充，预埋1根φ200泵送砼管，3根φ150吹砂管，1根φ100透气管，预埋管均采用5mm厚钢管。
（3） 考虑后续结构施做，坍腔回填采用分层回填，第一层为护拱范围1.5m厚粗砂回填层，第二层为护拱之上3m厚C20砼回填层，剩余为粗砂回填层。为保证第一层粗砂回填层在开挖时掌子面有一定的自稳性，预埋5根壁厚3.5mm的φ42钢化管对该粗砂回填层进行注浆固结，钢化管要求环向均匀布置，并于注浆段管壁设10mm直径注浆孔，注浆孔间距30cm，于管壁梅花形布置。
（4）坍腔回填完成后，为保证坍腔范围施工安全，于D3K317+912处施作一环超前Φ108大管棚，其范围为坍腔范围环向12m，大管棚采用Φ108钢管，环向间距0.3m，共设41根，每根长23m，管棚仰角为15°，管棚内注浆采用水泥浆。技术人员检查开挖的断面中线及高程，开挖轮廓线应符合设计要求。
2.4径向注浆
注浆技术参数为：
注浆管：采用Ф42无缝热轧钢管，在前部钻注浆孔，孔径6～8mm，孔间距10～20cm，梅花形布置，前端加工成锥形。注浆管纵环间距1m×1m，注浆管长4m。注浆压力：注浆压力为0.5～2.0Mpa，逐渐加压注浆。注浆浆液：水泥浆。水灰比：1：1
小导管的注浆范围以相互重叠为原则，单孔注浆量计算为：
式中：A为加固岩体体积、n为围岩孔隙率、η为岩石孔隙率、α为浆液填充系数、β为注浆材料损耗系数；nα（1-β）统称为填充率。泥岩地段取填充率为50%。
3塌方段处理注意事项
（1）施工过程中，洞内设专职安全人员观察初期支护安全状态，当出现异常情况，必须立即通知现场负责人采取应急措施：紧急情况下，通知现场施工人员迅速撤离。。
（2）加强预埋管的布设，以保证坍腔回填质量，具体预埋管根数，可根据现场情况适当增加。
（3）做好工作面照明，便于现场施工人员观察支护安全状态，
（4）严格控制注浆用水泥浆配合比。
（5）及时进行抽排水。
4结论及建议
（1）对于云贵段软弱围岩地质隧道，当遇隧道初支渗水严重时应考虑施超前钻释放水压，保证周边围岩稳定。
（2）当初期支护掉块严重时，应及时采取注浆、加强锁脚及临时支撑等措施。
（3）軟弱围岩隧道应严格根据“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”原则进行施工。
（4）仰拱开挖严格根据铁建设120号文执行，不得超过3m，必要时加强下到锁脚。
参考文献：
[1]杨志勇.软弱围岩段隧道塌方处理技术探讨[J].江西建材，2016，17.
[2]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》JB 10753-2010.
（作者单位：中铁十二局集团第二工程有限公司）
关键词：隧道；不良地质；塌方
1地质概况
1.1软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，工程地质特点有：（1）岩体结构面软弱，易滑塌。主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中，由于结构面的粘结强度较低，开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象；（2）围岩强度低、遇水易软化。一般以页岩、泥岩等为代表的软质岩地层，由于其强度低、稳定性差，开挖暴露后易风化、遇水易软化，尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑形变形，造成洞室内挤。
2工程实例
2.1工程概况
姚家坪隧道位于罗布-镇雄区间，为时速250km的客运专线双线隧道，隧道全长8836m。本隧属于低瓦斯隧道，穿越灰岩、泥灰岩、灰质页岩、砂岩、页岩，白云岩等底层，软硬相间，岩层产状较缓，节理延伸性较好，隧道洞身地层复杂，岩性变化大。
姚家坪隧道出口D3K317+905～D3K317+895段围岩为奥陶系下统页岩、泥岩夹砂岩、灰岩，岩层近水平状发育，地下水类型以潜水-承压水为主，该段围岩为Ⅳ级，采用台阶法施工。
2.2塌方基本情况
2017年6月2日，姚家坪隧道出口掌子面施工至D3K317+870，仰拱里程D3K317+903，二衬里程D3K317+930。现场进行仰拱开挖作业，下午16：00时，D3K317+897处右边墙拱脚至拱腰出现环向裂缝，裂缝宽约1mm，长6m。下午22：00时，完成D3K317+903～899段仰拱初期支护。仰拱施工过程中，该段右拱腰及拱顶初期支护掉皮剥落，为确保安全，掌子面暂停掘进，并撤离施工人员。
6月3日10：00时，D3K317+903～899段仰拱进行浇筑作业。12：00时现场技术人员发现D3K317+905～895右拱腰及拱顶有初期支护掉皮剥落现象严重，现场立即组织施工人员撤离，并向上级领导汇报。16：00时监理总站组织项目经理部及分部相关人员对现场进行踏勘并研究处理方案，决定设置警戒线，并采用输送泵一次浇筑仰拱填充。 19：00时该段初期支护剥落现象加重，施工风险极大，故撤离仰拱施工人员，20：25时D3K317+905～D3K317+895段拱部发生坍塌。
6月3日围岩量测数据显示：D3K317+900断面拱顶沉降85.90mm，累计沉降120.90mm；上导收敛13.35mm，累计收敛56.75mm；中导收敛8.7mm，累计收敛33.02mm。D3K317+890断面拱顶沉降83.00mm，累计沉降140.40mm；上导收敛1.87mm，累计收敛23.35mm；中导收敛2.90mm，累计收敛46.15mm。
D3K317+880断面拱顶沉降88.40mm，累计沉降149.80mm；上导收敛1.35mm，累计收敛23.25mm；中导收敛43.44mm，累计收敛43.44mm。
6月4日由建设单位代表组织设计、监理、施工单位等主要负责人对姚家坪隧道D3K317+905～D3K317+895段坍塌进行了现场勘察并做了应急处理部署：（1）对塌方影响段设警戒线，并在洞口设专职安全员值班，禁止无关人员入内。（2）坍腔口进行洞碴反压回填至D3K317+917，回填后对D3K317+917～D3K317+905段拱部180°范围径向注浆加固。（3）对未塌方段进行监控量测，若发现异常现场及时反应。
2.3塌方处理措施
（1） 先对洞内塌方范围采用土石反压回填封闭坍口，回填时采用机械将回填土石尽量往掌子面方向推挤，以便尽量回填坍腔前方D3K317+895～+870段，以预防该段变形或坍塌，对于坍方后方回填至D3K317+910处，设一处台阶，并对该回填台阶面采用喷C25封闭。
（2） 在回填坍腔同时，为保证坍腔内的填充，预埋1根φ200泵送砼管，3根φ150吹砂管，1根φ100透气管，预埋管均采用5mm厚钢管。
（3） 考虑后续结构施做，坍腔回填采用分层回填，第一层为护拱范围1.5m厚粗砂回填层，第二层为护拱之上3m厚C20砼回填层，剩余为粗砂回填层。为保证第一层粗砂回填层在开挖时掌子面有一定的自稳性，预埋5根壁厚3.5mm的φ42钢化管对该粗砂回填层进行注浆固结，钢化管要求环向均匀布置，并于注浆段管壁设10mm直径注浆孔，注浆孔间距30cm，于管壁梅花形布置。
（4）坍腔回填完成后，为保证坍腔范围施工安全，于D3K317+912处施作一环超前Φ108大管棚，其范围为坍腔范围环向12m，大管棚采用Φ108钢管，环向间距0.3m，共设41根，每根长23m，管棚仰角为15°，管棚内注浆采用水泥浆。技术人员检查开挖的断面中线及高程，开挖轮廓线应符合设计要求。
2.4径向注浆
注浆技术参数为：
注浆管：采用Ф42无缝热轧钢管，在前部钻注浆孔，孔径6～8mm，孔间距10～20cm，梅花形布置，前端加工成锥形。注浆管纵环间距1m×1m，注浆管长4m。注浆压力：注浆压力为0.5～2.0Mpa，逐渐加压注浆。注浆浆液：水泥浆。水灰比：1：1
小导管的注浆范围以相互重叠为原则，单孔注浆量计算为：
式中：A为加固岩体体积、n为围岩孔隙率、η为岩石孔隙率、α为浆液填充系数、β为注浆材料损耗系数；nα（1-β）统称为填充率。泥岩地段取填充率为50%。
3塌方段处理注意事项
（1）施工过程中，洞内设专职安全人员观察初期支护安全状态，当出现异常情况，必须立即通知现场负责人采取应急措施：紧急情况下，通知现场施工人员迅速撤离。。
（2）加强预埋管的布设，以保证坍腔回填质量，具体预埋管根数，可根据现场情况适当增加。
（3）做好工作面照明，便于现场施工人员观察支护安全状态，
（4）严格控制注浆用水泥浆配合比。
（5）及时进行抽排水。
4结论及建议
（1）对于云贵段软弱围岩地质隧道，当遇隧道初支渗水严重时应考虑施超前钻释放水压，保证周边围岩稳定。
（2）当初期支护掉块严重时，应及时采取注浆、加强锁脚及临时支撑等措施。
（3）軟弱围岩隧道应严格根据“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”原则进行施工。
（4）仰拱开挖严格根据铁建设120号文执行，不得超过3m，必要时加强下到锁脚。
参考文献：
[1]杨志勇.软弱围岩段隧道塌方处理技术探讨[J].江西建材，2016，17.
[2]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》JB 10753-2010.
（作者单位：中铁十二局集团第二工程有限公司）