1、浅析砂质黄土隧道塌方原因及处理技术摘要：砂质黄土隧道建设中，围岩塌方事故经常发生，严重影响了施工安全和质量。本文以阳咀隧道坍塌事件为例，分析了该隧道塌方形成的原因，研究提出针对性的处理方法，并取得了预期效果。 关键词：砂质黄土；隧道塌方；原因分析；处理技术 中图分类号：U45 文献标识码： A 引言 砂质黄土隧道是我国西北地区较为普遍的土质隧道，是难以修建且建成后病害较多的一类隧道。黄土隧道开挖后，因其抗剪强度低，初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短，甚至不能自稳，开挖后极易发生掉拱、塌方现象。施工中应高度重视黄土地质条件的影响，并积极妥善采取合理的方案进行处理，对于预防和避免塌方事故的发
2、生具有重要意义。 工程概况 内蒙古青春塔煤矿铁路专用线 ZH-4 标阳咀隧道全长 1131m，为单线铁路隧道，起讫里程为 D2K22+732D2K23+863，位于准格尔旗罐子沟沙咀子区间。隧道穿越黄土丘陵区，地形起伏较大，冲沟发育，属黄土沟壑地貌，坡面覆盖厚度粉细砂。隧道最大埋深约 80m，最浅埋深约4m。隧道洞身通过区围岩主要为第四系全新统粉砂、细砂（围岩） ，下部为中密砂质黄土（围岩） 。 本隧道为砂质黄土隧道,施工时遵循新奥法的原则。采用喷锚网初期支护，仰拱超前施做，拱墙二次衬砌一次立模灌注；、级围岩采用弧形导坑预留核心土法开挖，严禁放炮，管棚及超前支护采用干钻；全环加设工 16 型钢
3、钢架，围岩纵向间距 1.0m/榀，围岩纵向间距0.6m/榀；拱部设 42 超前小导管，环向间距 0.3m，每 3.0m 一环，每环32 根，每根长 4.5m。 隧道施工情况 该隧道由出口向进口端实际按三台阶七步开挖法施工，施工时严格按照设计要求和施工规范进行操作，遵照“早预报、管超前、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则进行施工。2013 年 3 月 15 日塌方前，上台阶开挖至 D2K23+045，下台阶开挖至D2K23+052，仰拱施工至 D2K23+060，全断面复合式衬砌施工至D2K23+071，已完成的初支及二衬表面未见有裂纹和掉块现象出现，未发现有变形变化
4、。 2013 年 3 月 15 日 9:15 时，掌子面 D2K23+039.6 正在进行扒渣作业，安全员突然发现掌子面有土体掉块情况，就立即组织施工人员撤离到安全地段，随即 D2K23+039.6D2K23+062.6 段拱顶初支下沉破坏，紧接着该段隧道洞顶土体急速下落造成塌方，同时发现洞顶地表出现直径 20 米、深度 4 米左右的圆锥形塌陷。见以下塌方示意图 1 和洞内塌方照片 2。 塌方示意图 1 洞内塌方照片 2 塌方原因分析 根据现场情况，分析隧道塌方的主要原因为： 阳咀隧道穿越黄土丘陵区，地形起伏较大，冲沟发育，属黄土沟壑地貌；D2K23+062.6D2K23+039.6 段围岩级
5、别为 V 级围岩，埋深4649m，隧道洞身通过地层为砂质黄土，褐黄色，具大孔性，以粉粒为主，砂粒、黏粒次之，稍湿，级普通土。砂质黄土的特性结构松散，垂直节理发育，结构强度低，水理性质差，多分布于沟掌溯源侵蚀强烈地带，易发生规模较小坍塌，自稳性较差，具有非自重湿陷性，属特殊黄土类。 D2K23+062.6D2K23+039.6 段施工时正处春季融雪期，因气候回暖，地表及冲沟内积雪解冻、融化下渗，土体含水量饱和，导致土层粘聚力大幅降低甚至消失，绝大部分洞顶土体自重施力于隧道超前支护上，当超前支护局部强度不够，就造成了洞顶土体失稳、拱部初支下沉，并很快引起连锁反应，造成大面积的突发性坍塌现象。 塌方
6、处理措施 隧道塌方后，2013 年 3 月 19 由业主组织，监理单位、设计单位及施工单位参加，对青春塔煤矿铁路工程 ZH-4 标阳咀隧道D2K23+039.6D2K23+062.6 塌方地段进行了会勘，形成以下处理措施： 地表处理 气候转暖，地表冻土解冻可能影响地表塌陷区扩大。地表陷坑继续设置安全警戒线，设立安全警示标牌，并派安全员巡查，避免人畜误入，确保安全。 地表塌陷范围外 5m 处设置截水沟，以防雨季时地表水汇集下渗影响隧道安全。 D2K23+062.6D2K23+039.6 坍塌段洞内处理完毕，并监测稳定后，回填地表陷坑，回填范围高出原地面 50cm。 于 D2K23+067.6D2
7、K23+062.6（5m）未坍塌段拱墙设置 42 小导管径向补注浆加固，以锁口加固控制坍塌影响范围，确保施工安全。径向加固范围为开挖轮廓线外 4m，小导管采用 42 钢花管，每根长4.5m，间距 1.5m1.5m，交错布置。 D2K23+062.6D2K23+039.6（23m）坍塌段加固处理 该段拱部设置 89 超前大管棚+大外插角 42 小导管注浆加固，大管棚采用 89 钢花管，每根长 9m，环向间距 0.4m，纵向间距 7m，搭接 2m，共设 3 环，每环 24 根。每环大管棚施作前设置 1 榀钢架支撑定位，注浆完毕后于管口设置法兰盘封堵；小导管采用 42 钢花管，外插角45，每根长 4
8、.5m，环向间距 0.4m，每环 23 根，与大管棚交错布置，纵向间距 3m，共设 8 环。 初期支护全环喷 C25 砼厚 25cm，全环设置工 20 型钢钢架加强支护 ，纵向间距 0.6m/榀。 二次衬砌采用拱墙 45cm，仰拱 50cm 全环钢筋砼。 施工注意事项 现场技术人员应进行跟班作业，做好记录及影像资料（特别是小导管注浆） ；加强监督检查，严格控制，保证每一工序的施工质量，对于上道工序不能达到技术标准、质量要求的，严禁进行下道工序的施工，防止安全事故的发生。 针对侵限段、坍塌段施工单位应引起高度重视，严格按照施工规范和交底的要求进行施工，钢架必须放在坚固的基础上，杜绝各台阶钢架底部
9、悬空。拱架背后必须填补密实，不允许有任何空洞，以免留下安全隐患。仰拱及时紧跟，快速封闭成环，稳定后及时施做二衬。 施工过程中加强该段地表沉降、洞内围岩监控量测，随时掌握围岩的变形情况，以便进行及时处理，同时保证施工安全。在初期支护施工过程中应增加预留拱顶沉降量和收敛量，防止出现坍塌事故。 施工过程中要严格控制进尺长度。浅埋地段、地质条件较差的洞身地段及根据监测数据初支变形量较大的地段，必须严格控制每循环进尺长度为 1 榀拱架间距，坚决杜绝冒进情况发生。 结语 采用上述方法处理本次隧道塌方耗时近一个月，处理过程中未诱发更大范围的塌方，安全、质量有保障。从初期支护施工完毕的收敛和沉降观测值看出，各项变形均控制在容许范围内。 在黄土隧道塌方的处理过程中，采取大管棚作为超前支护的施工方案是安全的，施工方法是可行的。大管棚施工的关键环节是注浆，注浆时应根据实际情况，选择合理的注浆参数和注浆工艺。对坍塌体进行注浆加固，取得了良好的处理效果，达到了预期的目的。 参考文献： 1TZ204-2008铁路隧道工程施工技术指南 2 铁路隧道设计规范 （TB10003-2005） 3陈新建;黄土隧道工程地质灾害主要类型及分析评价D;长安大学;2004 年 4杨万锋;黄土隧道塌方处理施工技术J;铁道建筑技术;2005年 S1 期
