陈祖祥 CHEN Zu-xiang
（中铁二十五局集团第四工程有限公司，柳州 545007）
（The 4th Engineering Co.，Ltd. of China Railway 25th Bureau Group Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）
摘要：随着铁路、公路建设的迅速发展，越来越多的隧道穿越于地质条件复杂地区，在各种不利因素的共同影响作下，隧道出现塌方现象日趋增加，给隧道的施工安全、质量及进度带来极大影响。所以我们在采取措施努力避免隧道塌方的同时，也必须提高隧道塌方后的处理技术及措施方面的应对能力，使已发生事故造成的各方面影响降至最低。笔者基于新关坡隧道塌方处理实例，对于隧道产生塌方的原因进行分析，制定有效的隧道塌方处理措施，与同行进行探讨，共同提高。
Abstract： With the rapid development of railway and highway construction， more and more tunnels cross the areas with complex geological conditions. Under the influence of adverse factors， the phenomenon of tunnel overbreak is gradually increasing， which brings great influence to the safety， quality and progress of tunnel construction. So， this paper takes measures to try to avoid the tunnel overbreak， at the same time， it also improves the response capacity of management technologies and measures after the tunnel overbreak to make all aspects of influence caused by the accident has happened increase to the lowest. Based on the process instance of the tunnel overbreak in Xinguan slope， the author analyzes the causes of tunnel overbreak， makes the effective treatment measures of tunnel overbreak to discuss these with counterparts and improve together.
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关键词 ：铁路隧道；塌方；原因分析；事故处理；质量控制
Key words： railway tunnel；overbreak；cause analysis；accident management；quality control
中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0107-03
作者简介：陈祖祥（1972-），男，广西柳州人，毕业于中南大学土木工程专业，研究方向为道路与桥隧工程。
0 引言
隧道工程出现塌方情况后，迫于工期、成本等方面的压力，常常在原因未调查清楚、防护措施不到位的情况下冒然处理希望快速通过塌方区，这样处理会给施工带来极大的安全风险甚至会引发二次塌方。本文从原因分析、支护方案和监控量测等多方面综合系统地介绍了隧道塌方处理方案，采用该方案能够减少事故发生，节省成本，确保施工顺利进行。
1 工程概况
仁丽钱铁路新关坡隧道全长2060m，中心里程为D1K152+930，起止里程为D1K151+900～D1K153+960，洞内线路设计坡度沿线路前进方向均为上坡，坡度为10.3‰。其余地段位于直线上。全隧Ⅳ级围岩1140m，占55.3%，Ⅴ级围岩920m，占44.7%。
隧道所经处属溶蚀、剥蚀低中山地貌，地面高程2310～2510m，相对高差200余米，自然横坡20～50°。隧道洞身段多为基岩裸露，植被较差，仅生长杂草及灌木。隧道最大埋深约120m。
2 隧道坍塌段地质情况
隧道D1K152+250～D1K152+530段围岩为三叠系中统北衙组中段灰岩、白云质灰岩。岩体呈灰、肉红色夹褐黄色，隐晶质结构，中厚～巨厚层状，节理裂隙发育，溶蚀严重，发育大量溶孔、溶隙，钻探揭示岩心多呈蜂窝状、半柱状，为弱风化，受断层影响，岩体破碎，属Ⅳ或Ⅴ级次坚石。
本隧道于2009年5月21日上午9：50左右，进口掘进端正在进行掌子面（D1K152+402）出碴时，现场施工专职安全员在巡视时，发现围岩D1K152+383里程处已初支尚未二衬浇筑段初支发生明显变形，拱部以上产生多条横向裂缝，情况危急。如是立即通知现场施工人员，及时将人员及机具撤离至安全地带。
上午11：23在D1K152+379～+391段围岩出现大面积塌方，并在随后2h的时间内，出现数次局部塌落，于13：30左右，塌方体趋于稳定。
塌方体稳定后，项目部组织人员对塌方情况进行调查，发现塌方造成13榀工字钢钢拱架彻底报废。洞口端小里程方向8榀工字钢钢拱架变形严重，侵入隧道限界。
塌落的岩体约500m3，岩体呈褐灰色，节理极发育，岩体破碎，完整性差，夹少许白云质灰岩或灰岩质碎石、角砾，伴有地下水渗出，围岩类别属Ⅴ类。（图1）
3 塌方原因分析及调查
塌方发生后，项目部会同设计、业主、监理对塌方原因进行了调查及分析，以便采取针对性的施工处理措施。经过现场勘察及综合判断，得出塌方产生的原因主要是如下三个方面。
3.1 地质条件差及时逢雨季 从塌方及原掌子面揭示的地质情况表明，此段围岩破碎，节理发育，风化严重，围岩岩体含水量大。塌方处隧道段埋深约16m，为浅埋段。此段上方地表为季节性冲沟，通常无流水，但塌方时为当地的雨季，连接几日为大暴雨，地表水丰富，且集于冲沟形成溪流，地表水及溪水通过地表裂隙、孔洞渗入围岩。地下水对围岩的浸泡、溶蚀、软化等作用，降低围岩强度，破坏了围岩稳定性，形成导致隧道塌坍的不良地质现象。
3.2 地质勘察不足，设计考虑不周全 因地质勘察点布置稀疏，从而无法保证地质勘察资料详尽准确。原地质勘察资料表明，此段隧道围岩为Ⅳ级围岩，但实际情况是围岩破碎，节理发育，严重风化，参照围岩分类表，应划分为Ⅴ级，施工期间雨水丰富，地表水大量渗入围岩，更是应该按Ⅴ级围岩进行施工及支护参数的设计。设计支护参数按Ⅳ级围岩考虑，故降低了隧道设计的安全性，增加了施工时发生塌方事故的可能性。
3.3 隧道开挖方法与支护措施不当 施工人员经验不足，不能全面掌握地质情况，在围岩发生变化时不根据实际情况调整施工方法及支护参数。在此围岩情况下，施工人员不上报设计及监理进行围岩变更，调整围支护设计参数。且在施工时进行大药量爆破，衬砌不及时跟进，从而导致出现塌方。
4 制定隧道塌方处治技术措施
各部门专家通过对塌方原因的分析，借鉴了其它类似隧道塌方的处理经验，在确保隧道施工安全的前提下，并充分考虑了处治过程可能出现的各利危险因素及状况，结合现场既有技术人员及施工设备、材料配置情况。提出多种可行方案进行论证、比选及优化。最终决定采取如下施工处理方案。
4.1 塌方处地表水截排 及时进行地表水的截排，阻止地表水渗入围岩。在隧道上方地表塌方影响范围挖截水土沟，沟壁采用砂浆抹面，以截流地表水。塌方处地表的低洼处用粘土填平，并将表面进行夯实，形成流水坡度，防止地表流水渗入隧道围岩内。对冲沟两侧沟壁进行检查，将可能渗水的裂隙和孔口用砂浆及粘土填补。
4.2 塌方影响段加强支护 现场调查发现，隧道D1K152+360～+371段洞内初期支护喷砼出现开裂及变形情况，但变形尚未侵入限值，为了确保此段围岩稳定，需控制变形的进一步发展，在此段拱部120°范围内采用长度6m的φ48小导管注浆加固，梅花布设，环向间距1.0m，纵向间距1.2m，外插角为15～20°，120°以外其它墙身围岩部分采用长度为4m的φ48小导管注浆按1.0m×1.2m梅花形布置。注单液浆加固，注浆压力控制在1～1.5MPa。设工字钢拱架φ28锁脚锚杆，锚杆长4.5m，每个拱脚处左右各设一根。
4.3 工字钢拱架变形超限段 工字钢拱架变形超限段为D1K152+371～+379，将工字钢变形超限的拱架及喷砼逐榀凿除至设计开挖轮廓线，安设新的拱架，其间距由原来的1m间距加密至0.7m。拱架型钢间设连接钢筋，环向每1m设一根，与工字钢焊接牢固。隧道全断面喷射C20混凝土，挂φ8@15cm×15cm钢筋网。工字钢拱架设φ28锁脚锚杆，锚杆长4.5m，每个拱脚处左右各设一根。对周边围岩进行小导管注浆加固，设计参数同塌方影响段。凿除一榀，立即安装一榀，再进行一下榀的施工，以确保施工安全。（图2）
4.4 塌方及空腔处理措施 用麻袋装土堆放码在塌方体前，起到反压作用，防止塌方体在处理过程中产生滑移，从而影响施工安全。在拱架变形超限段支护处理完毕，形成安全的围护结构后，人员及机具在其保护下，将前方部分节段（在施工安全的情况下，尽量增加节段长度，以减少工序的循环次数，加快施工进度）的塌方体高宽超出隧道开挖轮廓线部分碴体清除干净，塌方体低于隧道开挖轮廓线处用麻袋装土堆码至轮廓线处，形成沿隧道开挖轮廓线人空槽。然后通过预先埋设的φ12.5cm泵送管向空槽内压入C20混凝土，混凝土面高于拱顶标高约1m，以形成混凝土护拱，确保后序施工的安全顺利进行，如图3所示。
为了避免漏浆，在塌方体前安装封头模板，根据具体情况，也可在混凝土护拱中增设钢筋。护拱拱脚碴体尽量掏走，以形成稳固的大拱座。
为了加快施工进度，压入的混凝土加入早强速凝剂。形成混凝土护拱后，拆除封头模板，按留核心土的开挖方法进行塌方体的清除，并及时跟进支护的施工。初支的工字钢拱架间距加密至0.5m。拱架间设连接钢筋，环向每1m设一根，与工字钢焊接牢固。隧道全断面喷射C20混凝土，挂φ8@15cm×15cm钢筋网。拱架设φ28锁脚锚杆，锚杆长4.5m，每个拱脚处左右各设一根。
护拱下碴体清理及支护完成后，在护拱及支护的防护下，进行前方碴体清理，形成下一个槽体，再次压入C20混凝土，开挖拱下砼体，完成支护。按以上工序循环施工，直至整个塌方碴体清理干净。最后通过预先预埋的泵送管，压入M10砂浆，将护拱上部的空腔填充密封。
进行以上处理时，使用小型机械及伸臂较长的机具进行施工，施工操作人员要始终处于护拱的保护下。
4.5 其它部分隧道段治理措施 当隧道塌方体清除完毕后，对大里程方向的支护情况进行了检查，发现有5榀工字钢拱架变形超限。有轻微变形及裂缝的支护长度约7m。其处理措施同隧道小里程相应隧道段。
5 监控量测
在塌方处理过程中，按照规范及设计要求，加强隧道围岩及支护的监控量测，对隧道处理施工全过程实施跟踪监控量测，随时掌握施工中围岩、支护结构的受力变形情况，分析及预知可能发生的危险情况，判断采用的处理措施效果及安全状况，以便及时采取针对性措施，遏止事故的发生。及时将监控量测数据反馈给施工技术人员及设计、监理单位，及时调整支护参数和施工步骤，改进施工措施，确保设计更切合实际，施工更为安全。图4为D1K152+368、D1K152+385两处拱顶下沉位移—时间图。
由图4所可得，两处量测点在施工初期拱顶下沉值增幅很快，在施工完成约15天后其增长速率逐渐逐缓，或停止状况，且其累计变形最大值（6.15mm）也处于《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）规定的合理范围内，说明围岩已趋于稳定，采取的支护技术合理可行。
6 结束语
本项目采用的隧道处理技术及措施简便有效，比预计时间提前9天完成施工处理。施工期间由于施工机械及人员施工全程均处于混凝土拱护等稳固结构的防护下，确保了人员及机具的安全。可见此次塌方治理所采用的方案是合理可行的，达到了预期的效果，以期能够对其它隧道塌方处理起到借鉴作用。
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参考文献：
[1]关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011，08.
[2]李永华.铁路隧道工程施工技术（上册）[M].北京：中国铁道出版社，2013，07.
[3]剧仲林.隧道塌方与处理[S].山西建筑，2002（8）.