江 海 燕， 楊 永 海

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概述

西成客運專線XCZQ-5標的范家咀隧道位于陜西省洋縣長溪鄉(xiāng)境內(nèi)的秦嶺南麓山前丘陵區(qū)，地勢東高西低，地形逐漸變緩，溝梁相間，沖溝發(fā)育，相對高差120～150 m，埋深6～140 m。隧道起訖里程DK182+556～DK184+312.2，全 長1 756.32 m，為雙線隧道。隧道出口段1 127.322 m位于R-9 000 m的曲線上，其余段落位于直線上；隧道內(nèi)為3‰的單面上坡。整條隧道圍巖類別為Ⅲ～Ⅴ類，其中以Ⅳ、Ⅴ類圍巖居多，占80%，洞身巖性全部為云母石英片巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，基巖裂隙水廣泛分布于段內(nèi)的節(jié)理、裂隙中，水量不大，對圬工不具侵蝕性。

2 坍塌情況及原因分析

2.1 坍塌情況的發(fā)生

范家咀隧道自2013年5月3日進洞施工以來，截止到2013年10月11日，進口段完成上斷面掘進支護至DK182+873(317 m)，仰拱施工至DK182+824(268 m)，二襯施工至DK182+788(232 m)。

2013年10月12日上午，DK182+873～DK182+876段采用鉆爆法按照兩臺階開挖工法施工，進尺為3 m，開挖尺寸為13.86 m×11.4 m，斷面面積132 m2，兩臺階施工斷面如圖1所示。

該段開挖爆破完成后，掌子面左側(cè)有一道寬約35 cm 左右的軟弱夾層，巖層產(chǎn)狀為NW85°，S，∠64°，圍巖破碎，拱部局部掉渣掉塊。在出渣完成后，及時組織作業(yè)人員進行了初噴封閉，厚度4 cm。初噴結(jié)束，隨即進行了φ22四肢格柵鋼架安裝，間距1 m。晚上20∶40，格柵鋼架及鎖腳錨管、鋼筋網(wǎng)片、錨桿施做完成，正準備進行復(fù)噴混凝土施工時，發(fā)現(xiàn)左側(cè)拱頂已初噴混凝土出現(xiàn)開裂，局部巖體第二次掉塊。為保證人員及設(shè)備安全，立即組織人員及設(shè)備撤到安全區(qū)域，掌子面暫停施工。隨后巖體自左向右呈傾斜狀坍出并逐步加劇，將已經(jīng)安裝好的格柵鋼架砸壞，幾分鐘時間內(nèi)即將隧道掌子面封實，估測拱頂塌腔高度在4～5 m之間，坍塌體方量約為560 m3。坍塌后的施工現(xiàn)場如圖2所示。

圖1 兩臺階法開挖施工斷面圖

2.2 原因分析

對于此次坍塌，經(jīng)綜合分析后認為主要原因為隧道掌子面圍巖地質(zhì)情況發(fā)生突然變化所致。DK182+818～DK182+938段原設(shè)計為Ⅲ類圍巖，采用Ⅲa型參數(shù)支護，按照兩臺階法施工；在對開挖后的掌子面進行觀察后發(fā)現(xiàn)：DK182+873到掌子面間圍巖為云母石英片巖，掌子面左側(cè)有一道寬約35 cm 左右的軟弱夾層，圍巖破碎，云母含量較高，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，掌子面有輕微滲水，巖體自穩(wěn)能力大大降低，原設(shè)計的支護參數(shù)已不能滿足施工要求。掌子面不良地質(zhì)情況分布如圖3所示。

圖2 塌方體趨于穩(wěn)定后的現(xiàn)場照片

圖3 掌子面不良地質(zhì)情況分布位置圖

3 塌方處理采用的方法和技術(shù)措施

塌方處理的原則是首先保證未塌方段初期支護的安全和穩(wěn)固，對圍巖進行加固，避免塌方擴大。根據(jù)此次塌方的情況和特點，將隧道塌方分為三段進行處理，即塌方部位后面的影響段(DK182+862～ DK182+873,計11 m)；塌方段(DK182+873～DK182+883，計10 m)；塌方部位前面的影響段(DK182+883～DK182+898，計15 m)。另外，在塌體洞頂?shù)乇硖幝裨O(shè)測點進行監(jiān)測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)確定是否需要進行處理。

3.1 塌體洞頂?shù)乇硖幚矸桨?/h3>

塌方發(fā)生后，立即安排測量人員在塌體洞頂?shù)乇戆凑湛v向5 m、橫向3 m間距埋設(shè)測點進行監(jiān)測，該段埋深在90～95 m之間，對埋設(shè)測點測得的數(shù)據(jù)進行了分析，累計最大下沉量為3.8 mm，地表穩(wěn)定，無異常，故不需進行注漿處理。為防止地表水滲入，在塌方體地表周圍采用人工開挖一道排水溝的方式將地表水進行引排。

3.2 塌方部位后面的影響段處理方案

該段已按照原設(shè)計的Ⅲa襯砌類型完成錨噴網(wǎng)初期支護，支護參數(shù)為：拱墻噴射C25混凝土，厚12 cm；拱部設(shè)φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為25 cm×25 cm；拱部設(shè)φ25的中空錨桿，邊墻設(shè)φ22的砂漿錨桿，間距(環(huán)×縱)1.2 m×1.5 m，長3 m。

根據(jù)現(xiàn)場目測觀察，DK182+862～ DK182+873段拱墻受塌方影響，初期支護混凝土表面局部出現(xiàn)細小裂縫，共計5條，裂縫寬度3～8 mm不等；通過該段圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)獲知，隧道拱頂下沉及水平收斂數(shù)據(jù)均無異常，經(jīng)綜合分析后認為：DK182+873往洞口方向的初期支護基本穩(wěn)定，只需對DK182+862 ～ DK182+873段上臺階采用套拱進行加固處理即可。

套拱在坍塌體表面采用噴射混凝土封閉及反壓石渣回填完成后進行施工，采用I22a型鋼制作，縱向間距0.8 m，鋼架間設(shè)φ22的縱向連接鋼筋，每榀鋼架采用φ42錨管在鋼架兩側(cè)交錯布置，環(huán)向間距1.2 m，長3 m。鋼架拱腳深入巖體形成大拱腳，同時在鋼架拱腳設(shè)四根φ42鎖腳錨管，單根長4 m。

3.3 洞內(nèi)坍塌體處理方案

3.3.1 坍塌體封閉

在對坍塌體后面的影響部位進行處理之前，先對塌方體表面渣體采用C25噴射混凝土進行封閉，厚度為25 cm。

3.3.2 反壓回填石渣形成三臺階作業(yè)條件

在坍塌體表面噴射混凝土封閉完成后，從DK182+862處開始采用石渣回填中臺階直至塌體掌子面，以穩(wěn)固塌體防其再次下滑，形成三臺階開挖的作業(yè)平臺。

1.3.2 樣品前處理 除去樹莓果實中的雜質(zhì)，勻漿后烘干。準確稱量樹莓果實粗粉20.00 g，包入濾紙中放于提取器內(nèi)，60℃下甲醇提取4 h后收集提取液。甲醇提取液在50℃以下真空蒸發(fā)回收溶劑后，甲醇提取物以1.00 g甲醇提取物加100 mL 10%甲醇的比例溶解，再以乙醚萃取3次(液比1∶3)，合并乙醚萃取液，蒸發(fā)溶劑得到紅棕色油狀浸膏1.00 g。

3.3.3 坍塌體的固結(jié)

考慮到此次坍塌體數(shù)量較多，拱頂壓力大，坍塌物均為松散的石英片巖，可壓縮性大，為確保施工安全，同時考慮到隨后采取的大管棚施工工藝，需要在反壓石渣回填完成后對松散的渣體進行注漿固結(jié)，以增強其整體性。

沿靠近掌子面第一榀鋼架布設(shè)φ42小導(dǎo)管，小導(dǎo)管長3.5 m，環(huán)向間距0.4 m，外插角30°～45°，在小導(dǎo)管內(nèi)注1∶1水泥漿。因塌體體內(nèi)巖石破碎，為確保注漿效果，采用分段前進式注漿，注漿分4次完成，注漿壓力為0.8 MPa。

3.3.4 大管棚施工

沿靠近掌子面第一榀鋼架外緣布設(shè)φ108大管棚，大管棚與之前施工的小導(dǎo)管錯開布置，管棚長15 m，環(huán)向間距0.4 m，外插角10°～15°(可適當(dāng)調(diào)整)，拱部布設(shè)范圍不小于120°?？紤]到管棚施做的難度，將15 m長的管棚分為兩期施工，第一次9 m，采用套管跟管成孔；第二次6 m，不跟管、直接鉆進成孔，相鄰之間搭接長度為2 m。大管棚布設(shè)情況如圖4所示。

圖4 大管棚安設(shè)示意圖

3.3.5 坍塌體開挖

大管棚施做完成后，采用三臺階七步開挖法進行坍塌體的開挖施工，具體施工方法如圖5、6所示。

(2)第二、三步。中臺階開挖2、3。應(yīng)先開挖邊墻一側(cè)，再開挖邊墻的另一側(cè)，錯開2～3 m的距離，避免上臺階的初期支護在同一位置懸空。邊墻每循環(huán)開挖進尺不大于1 m。開挖、修整至設(shè)計輪廓后立即初噴4 cm厚混凝土，及時鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架設(shè)鋼架，緊貼鋼架兩側(cè)拱腳按斜向下傾角45°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架采用U形鋼筋牢固焊接后噴射至設(shè)計厚度。

(3)第四、五步。下臺階開挖4、5，開挖方法同上述(2)中臺階開挖。

(4)第六步。開挖中部上、中、下臺階預(yù)留核心土6-1、6-2、6-3。

(5)第七步。仰拱開挖7。

圖5 三臺階七步法施工斷面圖

圖6 三臺階七步法施工縱斷面圖

3.3.6 拱頂回填

待塌方體段初期支護噴射混凝土達到設(shè)計強度后，委托黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司采用RIS地質(zhì)雷達對該段拱頂塌腔部位進行了檢測，通過檢測數(shù)據(jù)獲知，拱頂最大脫空高度為3.8 m，塌腔體內(nèi)采用C20泵送混凝土回填密實。

在拱部初支噴射混凝土?xí)r，按照3 m間距提前預(yù)埋φ200鋼管，同時埋設(shè)φ42鋼管作為排氣孔，排氣孔塌腔頂面距離依據(jù)泵送回填混凝土次數(shù)及每次泵送高度確定。泵送混凝土之前，先泵送0.5 m厚的水泥砂漿形成緩沖層，分兩次泵送混凝土，泵送高度受相應(yīng)排氣孔控制，當(dāng)相應(yīng)排氣孔出漿時，表明已澆筑到相應(yīng)高度。

3.4 塌方影響段處理方案

塌方體清除后，經(jīng)過現(xiàn)場查勘并采用TSP法對前方的圍巖地質(zhì)情況進行了探明，探測數(shù)據(jù)顯示，DK182+883～DK182+898段為塌方體的影響段，平均波速Vp=3 980 m/s，Vs=2 350 m/s，泊松比為0.29～0.31，動態(tài)楊氏模量為26～28 GPa，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖破碎。為確保施工安全，采用加強支護的方式，將該段圍巖由原設(shè)計的Ⅲa變更為Vc，按照三臺階七步法進行開挖施工。

3.5 監(jiān)控量測

為確保隧道施工安全，在開挖后12 h內(nèi)按照4 m一個斷面埋設(shè)監(jiān)控量測反光貼測點，每個量測斷面各布置一個拱頂下沉點和兩條凈空水平收斂測線，每隔4 h用徠卡TS06紅外線全站儀進行一次測量。測得的具體數(shù)據(jù)為：拱頂最大下沉值為30.3 mm，最大下沉速率為16.4 mm/d，水平收斂最大變化速率為11.2 mm/d。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析、判斷，施工中所采取的支護類型和支護參數(shù)是有效的，無需調(diào)整施工方法和支護參數(shù)。監(jiān)控量測測點布設(shè)方式如圖7所示。

圖7 測點布設(shè)方式示意圖

4 經(jīng)驗與教訓(xùn)

本次塌方的整個處理過程為32 d，造成直接經(jīng)濟損失42萬元。通過此事件，項目部各級管理人員充分認識到：在隧道開挖施工中，要隨時觀察圍巖變化情況，一旦出現(xiàn)異常情況，要及時將人員、設(shè)備撤離至安全地帶，避免造成人員傷亡；應(yīng)高度重視超前地質(zhì)預(yù)報資料，根據(jù)所揭示的圍巖穩(wěn)定情況及時采取相應(yīng)的支護方案，特別是在圍巖軟硬交替、有較大變化處更要小心謹慎，不可盲目追求施工進度而生硬采用既有的施工方法，施工現(xiàn)場在發(fā)現(xiàn)圍巖地質(zhì)條件與設(shè)計情況不符、存在安全隱患的情況下，要及時與設(shè)計院等相關(guān)單位聯(lián)系，確定變更方案，確保施工安全。

參考文獻：

[1] 鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程，TB10304-2009[S].

作者簡介:江海燕(1980-)，女，陜西寶雞人，工程師，從事水電及鐵路工程施工技術(shù)與管理工作；

楊永海(1980-)，男，四川廣元人，項目總工程師，工程師，從事水電及鐵路工程施工技術(shù)與管理工作.