铁路软弱围岩隧道塌方处治施工技术及案例

铁路软弱围岩隧道塌方处治施工技术及案例

卢建燚

中铁二十局集团第四工程有限公司 山东青岛 266061

摘要：铁路工程建设中积极做好隧道塌方处治及预防工作能够有效提升隧道施工安全性，本文就隧道围岩失稳的机理进行了分析，而后以某铁路隧道工程塌方处治方案进行了探讨，以期为铁路隧道建设同仁提供一点参考。

关键词：铁路软弱围岩隧道；塌方处治施工技术；案例

引言

隧道施工中由于围岩结构的支撑性能变化，部分围岩结构会发生失稳现象，而围岩失稳就会导致部分结构出现应力集中问题，进而出现塌方。铁路隧道施工推进中做好塌方的预防与处治才能够为隧道整体结构建设提供安全保障，否则会导致隧道围岩失稳加剧，进而威胁隧道行车的安全性。

一、隧道围岩失稳机理分析

通常来说每一种岩体在自然条件下都始终在初始应力状态中。在进行地下洞室开挖工作时，这种外力的冲击一定会破坏岩体的应力平衡，让岩体的每一个质点都能够在回弹应力作用下，向消除阻力的表面移动，最后重新分布了岩内应力，与初始应力状态完全不同，达到新的平衡。这个变化过程，让围岩变形，也会破坏围岩的原本结构。一般来说，洞室的周边是围岩变形的开始，尤其是那些容易造成松动的围岩，更是很可能形成不必要的松动。在整个过程中需要重视围岩的变化情况，有的应力状态重新调整之后就会形成应力降低区，相对应的，一些掩体的深处又会出现应力升高区，这样的落差会导致围岩失稳，让整个围岩工作的推进面临到巨大的危害，形成临空面。通常来说围岩失稳有两种形式，分别对应着不同的状况：第1种情况是，隧道开挖的时候形成了临空面。岩体隧道在这种情况下因为自重的原因出现坠落，成为掉块，影响围岩的稳定性。第2种情况是，围岩本身的强度不够，以至于在生产工作中会因为支护结构刚度问题，而出现围岩大面积坍塌的情况。它会极大程度的破坏围岩本身的结构形态，给围岩岩体的应力状态、洞型等等造成巨大的损害。从整体来看，围岩本身的岩性结构、初始应力状况以及动型都会成为影响围岩稳定状况的因素，决定了围岩是否会出现破坏变形的情况。

二、铁路软弱围岩隧道塌方处治案例分析

1工程塌方概况

本文以沙婆沟隧道为例展开讨论，这一部分围岩隧道本身稳定能力很差，并且会出现持续掉块的情况，所以在2017年6月24日，施工单位停止了掘进工作，并做好掌子面的喷浆封闭。2017年6月28日，施工单位在沙婆沟隧道的进口，使用挖掘机进行开挖开展下台阶出渣作业施工。整个作业过程中也伴随着掉块情况的出现，周边有很多较大的围岩都出现了变化，随时危及现场施工人员的安全。于是施工单位出于安全考虑，及时撤离了所有工作人员。由于掉块的原因，施工单位没能及时用格栅、拱架来做好支护工作，仓促撤退中放任了安全隐患的持续。凌晨3:00，沙婆沟隧道在GDZK36+575起拱顶出现了塌方的情况，同时隧道进口处的边墙也出现了塌方，仅仅三分钟之内，整个GDZK36+575-GDZK36+604.5段全部塌方，造成的后果极为严重，给施工单位带来了巨大的经济财产损失。塌方全长29.5米，这次的塌方大大影响了工期，使施工一再推迟。

2隧道塌方原因分析

2.1工程地质原因

GDZK36+575-GDZK36+604.5段是Ⅳ级围岩，设计的是弱风化片岩夹千枚岩。整体来说呈现出浅灰色、灰白色、粉末状和片状，也存在着节理和裂隙。整个围岩发育过程中，各种岩层相互交错，整体来看质地非常软，并且掌子面湿润，出现了渗水的情况，同时围岩的自稳能力比较差，这就让围岩非常容易变形，破坏失去稳定性，从而导致了塌方。

2.2地下(表)水原因

由于这一段的地区是在两座高山之间处于一个沟谷中，常年受到雨水冲刷，整体来说形成了流水冲沟，岩体质量较差，并且6月份是雨季，这一段区域本身非常容易出现渗水出水的情况，这就造成了很多的围岩出现了裂隙，给施工增加了很大的难度。

2.3施工方面原因

施工过程中一直存在着小石块掉落的情况，有时候也有比较大的石块掉落，然而即使施工单位在施工时，把超前小导管从单层加到双层，并且增加了混凝土初喷厚度由4厘米增加到了10厘米，这种变化依旧无法完成初期的支护目标，钢架结构还远远不到位，实际施工中，仍然存在着围岩沉降的问题。

3塌方处治工艺

3.1围岩加固

要做好施工，首先应该注意围岩加固的问题。GDZK36+575-GDZK36+604.5段已经出现了塌方，那就需要从实际情况出发来做好加固措施，在段落弓腰的地方做好横撑加固，合理运用钢筋来做好焊接施工。

3.2回填反压

及时做好回填反压，以此来稳定围岩，做好塌方段位的处理工作，可以从三个台阶来开展施工，设置好支撑体系，保证加固措施能够落实下去。该项目中使用到的加固方法是在单个横撑两个1/3的位置都增加竖向支撑，让横向支撑和竖向支撑能够共同作用，把钢筋连接固定好，做好临时支撑，保证支撑工作的落实情况。

3.3塌方体加固

施工单位还要从实际情况出发，做好加固工作，要防止整个处理过程中塌方体临时稳定状态，因为施工而发生接下来的坍塌。要做好加固工作，喷射c25砼20厘米，直到它能够达到预定的强度。在设置小导管来增加小导管的健全程度做好梅花形布置，让单根长3.5米的小导管可以运用在加固体系中，同时要做好注浆工作，根据自下而上的顺序进行注浆，保证加固支架的发挥自身的功能。

3.4施做大管棚

施工单位根据现场状况来做好了大管棚的每一根管道。管道长度是15米，间距是50厘米，一共有19根管道，同时，角度保持在1度到3度左右，每一个管道的具体角度会从实际情况出发来进行调整.施工单位使用注浆的方法，来做好水泥浆施工可以更好的帮助塌方的探测，一旦探测到空调，就可以立刻用水泥注浆来加速增加前方段落的稳定性。

(1)大管棚的加工制作

大棚管加工需要重视每一个管道的尺寸，保证可以更好的进行无缝加工。展开这项工作时需要注意注浆孔的尺寸，使其孔径保持在16~10毫米之间，孔的间距在150毫米左右，使其能够成梅花形分布。要注意预留钻孔的位置，保持钻孔间距在150厘米左右。这个过程中的奖板长度是20厘米，需要把其加工成圆锥形状，才能更好的方便入孔。要注意浆板的合理设置，根据15厘米的长丝带扣做好管道的尺寸型号设计工作。

(2)钻孔

生产工作中要安装好钻孔工作，使用合理方法的来推进施工。注意测仪的使用，要保证仪器能能够更精准的测定位置不同状态不一样的情况，要重视整个工作的质量，如果发现问题要及时处理。

(3)清孔验孔

要注意用汕头来做好手头工作，最大程度的清除浮渣，让孔径、孔深都能够完全达到设计要求，不会出现堵孔的情况。要注意及时做好在清理工作，用全站仪、测斜仪之类的一切来做好具体的工作，保证相关参数都符合要求。

(4)安装管棚钢管、钢筋笼

要合理的通过挖掘机和管控结合的方法来做好到人工技术和机械配合下，要注意整个过程中钢管交错工作，控制同一断面接头的数数量，使其小于50%，要注意错开之后可以做好钢筋笼的安装，固定环间距需要保持在1.5米。

(5)管棚体封口

为了更好的进行施工，一定要保证在罐头体外路末端做好焊接，让焊接的钢板符合施工设计的尺寸。需要在钢板中心做好钻孔施工，同时焊接阀门。完成施工后需要立刻关闭阀门，以此来防止浆液外溢。

(6)封孔注浆

通常来说，注浆顺序需要从先下后上的原则来推进，同时要注意跳孔注浆、由稀到浓的原则的情况。工作人员可以同时灌注4个小导管，保证注浆材料和水泥浆的比例维持在1:1。注意把水泥浆管压初压设定在在0.5~1.0MPa左右，终压在2MPa左右。整个过程要持续15分钟。

3.5开挖塌方体

为了更好的展开工作，要用人工配合机械的方法来做好开挖工作，注意开挖之前要保证松散的碴体已经被管棚注浆稳定下来，使其具有足够的稳定性再进行开发三台阶法循环施工。注意安装钢架等支护体系，做好小导管注浆工作。

3.6初支侵限处理

测量人员需要把GDZK36+575-GDZK36+604.5段具体的数值标注出来，控制整个放样的误差，从实际情况出发做好控制工作。针对一些侵限具体部位要做好合适的处理工作，使初支面能够保持平整，放样误差在2cm以内。

针对侵限在5里面以内的区域，工作人员可以从实际情况出发来做好处理工作，合理设置处理平台，让侵限不为的相关数值可以满足施工要求。工作人员要用风镐来凿除初支砼，从实际情况着手做好相关工作，让初支面能够尽可能地平整。

如果侵限已经大于5厘米，工作人员就需要从具体情况出发来做好一系列的换拱处理工作。要注意在换拱之前做好拆除工作，从实际情况出发合理拆除一榀拱架临时支撑，然后拆除变形的部位。注意在整个过程中合理应用工具来做好喷射混凝土层的凿除工作，从实际情况出发来分离不需要的拱架。要注意控制凿除宽度，观察围岩的具体情况，做好控制工作，保证支护手段满足应用需求。施工过程中需要正视钢架拆除的速度，做好连接处的锁脚锚管设置工作，保证所有零部件的参数都符合应用需求。要用钢筋来做好钢架的焊接固定工作，合理应用设备来进行注浆，让整个施工过程都符合应用要求。

三、软弱围岩隧道施工中的防塌方技术

①浅埋隧道防塌技术

目前行业中没有确切的做好浅埋隧道的界定，很多地方都有不同的观点。会根据不同的围岩特性来做好不同的设计工作，所以在施工的时候需要从实际情况出发来进行判断。一般来说，可以根据开挖造成的围岩松弛程度来作为浅埋深埋的分界线。对于浅埋隧道来说，需要重视承载拱的形成。很多时候施工地点的地表环境复杂，很多地方都出现了偏压和分化的情况，要用注浆加固技术来配合掌子面进行加固，同时还要用垂直锚杆来更好的稳定顶部围岩，做好辅助加固措施。

②软岩防塌技术

从本质上来说，软岩结构松散同时伴随着胶结性弱的情况。施工单位需要通过小导管注浆法之类的方法，先来改善地层，然后用插板法、小导管法等等来做好先护后挖法。另外也可以根据实际情况，合理使用封闭松散体法以及疏水排水法进行综合治理。

结束语

总之，在我国铁路系统建设过程中，隧道结构的运行安全性要求较高，尤其是软弱围岩环境下进行隧道施工的安全风险较大，为了预防隧道施工中的塌方风险，应积极强化围岩结构的稳定性，提升隧道开挖支撑结构的承载能力，为隧道施工掘进安全有序推进提供助力。

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