大断面隧道坍方冒顶处理技术总结.docx

大断面隧道坍方冒顶处理技术总结.docx

《大断面隧道坍方冒顶处理技术总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大断面隧道坍方冒顶处理技术总结.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大断面隧道坍方冒顶处理技术总结

大断面隧道坍方冒顶处理技术总结

关键词：

高速铁路大断面隧道坍方处理

正文：

随着国民经济的飞速发展，社会对铁路运输的需求也是不断攀升，而高速铁路作为其中的新宠更是受到了前所未有的关注。

武广、郑西等客运专线的开工，也拉开了高速铁路建设的序幕，作为第一批开建的客运专线，设计时速达到了350km/h，铺设无碴轨道，线路等级及其它方面的要求都达到了前所未有的高度。

隧道结构则是充分考虑了空气动力学效应的影响，最大程度满足乘客乘车舒服度的基础上，隧道内净空面积达到了100m2。

由于此前国内没有如此大断面隧道的设计及施工经验，所以我们只能参照国外的一些先进理念及施工技术经验，加上自己的研究、摸索来进行设计、施工，从现场施工情况来看，总体上还是能满足高速铁路要求的，同时也存在着不少问题有待我们在今后的设计、施工中进一步加强。

个别隧道在洞口段施工过程中，由于拱顶埋深较浅，土体力学性质较差，岩体自稳能力差，加之施工中存在施工方法不当，技术措施不力，施工工艺不过关等问题，使得隧道在开挖过程中出现坍方直至冒顶，造成一定的经济损失及较大的工期压力。

现针对大断面隧道坍方冒顶处理，将我在配合施工过程中积累的处理技术及经验分述如下：

一、地表处理结合洞内支护适当加强

此种处理方式适用于隧道工期压力较大，拱顶覆盖层为土层，自稳性较差，土体含水量较大，隧道埋深不大于40m，洞内暗挖施工安全性及可靠性相对较小，同时土体注浆加固效果较好的情况。

武广客运专线高岭隧道在进行DK2064+511～+511段支护侵限处理时，发生坍塌，地表DK2064+507～+525段形成坍坑，坍坑垂直隧道中线，左右边缘距隧道中线各约9m，坍坑基本呈圆形最深处约7m；坍方前隧道内掌子面里程为DK2064+540，拱墙二次衬砌里程为DK2064+511。

对于坍方及其影响段（DK2064+505～+540）的处理以改善坍方体和围岩的物理力学性能，提高其自稳能力为目的，根据现场条件、施工现状以及所处段落的地质条件分析，采取地表处理与洞内处理相结合的原则进行处理并顺利通过。

具体工序及参数如下：

1、首先对洞内坍体坡面进行加固，确保地表处理时的安全。

a.洞内坍体表面进行喷C20混凝土封闭，厚度15cm。

b.于坍体坡脚堆码填土编织袋，确保坡脚稳定。

c.对坍方体正面进行注浆固结，避免地表处理时发生新的溜坍，危及地表设备及人员安全。

注浆管采用Ф50PVC花管，注浆深度按6～8m控制，注浆花管间距1.5～2m，压注1:

1水泥砂浆，注浆压力0.6～0.8MPa。

2、对坍体进行坡面处理加固后，再进行地表预加固。

a.加固范围的确定

纵向长度：

从DK2064+505至DK2064+565；

横向宽度：

根据实际地形，采用破裂角法控制，隧道中线左侧17m，隧道中线右侧26m，破裂角可参见《铁路隧道设计规范》附录B中方法进行计算；

加固深度：

加固深度一般至计算破裂面以下1～2m，若在隧道范围内则开挖至开挖轮廓线外1m，其中DK2064+511～+518段为确保洞内清方形成作业空间的安全，须加深至拱腰以下2m。

图1旋喷加固典型横断面图

b.旋喷桩参数及工艺

旋喷桩采用双重管法，旋喷直径60cm，桩间距按1m布置。

旋喷桩在施工前必须作试桩，按有关规定进行检测，以便调整施工工艺，确保施工质量，在加固到一定区域后应设置检查孔，必要时进行补注浆；旋喷桩施工时，先施作周边再加固中部。

3、旋喷桩施作完成后，于地表建立完善的的观测网，观测网格间距10m×10m，对监测点进行闭合测量，并对测量数据进行整理分析以掌握地表变形情况。

4、地表处理完成后，于坍体上半断面DK2064+511~+516段施作超前小导管，结合I25a型钢钢架加强支护开挖超前大管棚工作室，喷混凝土厚30cm，设Ф8双层钢筋网及径向Ф42注浆锚管（4m/根）以确保开挖面稳定，并加设临时仰拱（I18钢架喷25cm厚的混凝土构成），钢架拱脚处设不少于2根锁脚锚管（6m/根）。

在DK2064+516处拱部150°范围内施作一环Ф108大管棚，长35m，大管棚至未开挖段（DK2064+540以后）搭接不小于5m。

图2坍体处理纵断面图

5、采用多台阶法开挖坍方段，每级台阶长度不超过3m，其拱脚处须扩大至60cm，并均应设置临时仰拱，临时仰拱采用I18钢架喷15cm厚混凝土；拱部设外插角为30°的Ф42钢花管并压注水泥浆超前支护；型钢钢架采用I25a型，纵向间距0.5m，并设斜撑，每处拱脚设不少于2根锁脚锚管；喷砼厚30cm，钢筋网采用双层Ф8钢筋，边墙系统锚杆采用Ф42锚管，4m长，间距0.8m，并压注1:

1水泥砂浆，仰拱及二次衬砌紧跟。

6、对DK2064+525~+540未开挖部分的上半断面掌子面采用喷混凝土封闭，厚10cm，并采用玻璃钢纤维锚管进行超前注浆预加固处理，锚管直径30mm，15m设一环，1m间距布置，纵向搭接3m。

7、分节逐榀拆换DK2064+528~+540范围内侵限初期支护，拆换每节长度不大于2m。

拆换时，首先采用Ф42径向锚管注浆补强，锚管间距0.8m，4m/根，设临时支撑加固未拆换段，再对侵限初支进行逐榀拆换，并及时施作I25a型钢钢架及临时仰拱（I18钢架喷25cm厚的混凝土）以封闭成环。

重新施作钢架时，扩大拱脚至60cm，并设型钢斜撑，每处拱脚设不小于2根锁脚锚管。

8、待该段收敛变形稳定后施作二次衬砌。

二、拱部明挖下部暗挖处理

此种处理方式适用于隧道工期压力较大，拱顶覆盖层为土层，自稳性较差，暗挖难以成拱，安全性较低，同时进行地表注浆加固效果不明显的情况。

武广客运专线茶屋隧道在开挖DK2113+090附近仰拱时，洞内出现坍塌直至冒顶，在DK2113+073～+096段地面形成纵向长约21m、宽约16m、深约7m左右的陷坑。

坍方前隧道内掌子面里程为DK2113+075，拱墙二次衬砌里程为DK2113+096。

鉴于清远梁厂位于此隧道进口端，工期要求非常紧，同时拱顶埋深较小，此段前期进行过地表注浆处理但效果不好，故考虑采用拱部明挖下部暗挖的施工方法。

具体处理措施及工序如下：

1、首先对洞内坍体表面喷15cm厚C20砼进行封闭，并采用Ф42小导管注浆对坍体上半断面进行固结，小导管每根长6m，间距1m，梅花型布置。

2、施作明挖范围周边截水天沟，对明挖刷坡线范围以外的地表裂缝采用粘土填塞，并用砂浆覆盖。

3、对DK2113+073～+096段采用明挖方法施工至上台阶位置，从上往下分台阶开挖，台阶高度不大于10m，边坡采用分级开挖，分级防护，边挖边护的方法进行施作，并在台阶处设置2m宽的碎落平台。

为保证边坡稳定，回填面以上部分按永久坡率开挖，回填面以下按临时坡率开挖，边仰坡防护如下：

图3拱部明挖横断面图

永久边仰坡：

最下部一级采用锚杆框架梁防护，其中Ф32长锚杆每根长8m；上部边仰坡采用骨架护坡防护。

临时边仰坡：

采用锚管注浆，挂网喷砼进行防护。

小导管采用Ф42钢花管，每根长4m，间距1m，梅花型布置；钢筋网直径为Ф8，网格间距20cm×20cm，并和小导管及锚杆尾部焊接牢固；喷混凝土采用C25混凝土，厚度为15cm。

边坡坡脚明挖到上台阶位置，中部预留上拱部核心土，作为砼护拱浇注时的支撑和底模。

明挖边坡防护时预留泄水孔，3m×3m梅花型布置。

4、明挖完成后施作上部C20工字钢架混凝土护拱，预留沉落量30cm，护拱厚度1m，拱脚扩大至2m。

型钢采用I22a工字钢，纵向间距0.5m，钢架间设纵向连接筋，采用Ф22的HRB335钢筋，按环向间距0.5m设置，钢架与纵向连接筋尾部采用焊接连接；每榀钢架两侧拱脚处各设两根Ф89钢花管锁脚，并注水泥浆加固，以确保暗挖时护拱的稳定，Ф89钢花管每根长8m，尾部和型钢焊接牢固；型钢钢架架立完成后，浇注护拱混凝土。

5、护拱完成后，于护拱顶回填不小于2.0m厚的水泥土，水泥土中水泥掺入量为水泥土体积的10％，制作水泥土不能采用具膨胀性及其它含不良杂质类土。

6、采用三台阶七步开挖法进行护拱下部暗挖施工，开挖时中台阶处两侧拱脚及下台阶两侧墙脚扩大0.6m，并设工字钢斜撑，扩大的拱脚和墙脚采用C20混凝土回填，拱下加强系统支护采用I22a型钢钢架，纵向间距0.5m，和护拱中型钢钢架采用垫板螺栓连接，钢架两侧拱脚处各设2根Ф42锁脚锚管并注浆，锚管每根长6m，尾部和型钢焊接牢固；挂设一层Ф8钢筋网，喷混凝土厚30cm，网格间距20cm×20cm。

初支应尽早封闭成环，仰拱超前，拱墙二次衬砌一次性施作，该段衬砌进行加强，拱墙、仰拱采用C35钢筋混凝土，厚90cm。

7、衬砌施作完毕并达到设计强度后，及时对地表进行二次回填，采用土石分层回填并夯实至设计回填面高度，施作50cm厚粘土隔水层；回填工作完成后施作地表排水系统，将地表流水引入线路左侧冲沟。

8、对回填面、永久边仰坡进行绿化。

回填面采用植草皮绿化，永久边仰坡绿化按相关参考图办理。

三、洞内加强支护直接暗挖通过

此种处理方式适用于隧道工期压力不大，明挖处理挖方量及回填量均较大，进行地表预加固处理会对周围环境造成较大破坏，从而增加投资，同时洞内暗挖施工安全性及可靠性相对较大的情况。

武广客运专线观音山隧道在开挖DIK1991+514～+511段仰拱时，洞内出现坍塌直至冒顶，于DIK1991+514～+493段地面形成纵向长约21m、宽约23m、深约8m左右的陷坑。

坍方前隧道内掌子面里程为DIK1991+480，拱墙二次衬砌里程为DIK1991+510。

经过明挖、地表预加固处理后再暗挖、洞内直接暗进几种方案的比选，从经济、安全的角度考虑采用从洞内以暗进的方式通过此段。

具体处理措施及工序如下：

1、地表陷坑采用土石回填并夯实至原地面线，并对坍坑周围地表裂缝进行粘土填塞封闭处理，并采用水泥砂浆抹面。

2、建立完善的地表及洞内观测系统，观测网格尺寸10m×10m（可根据实际情况进行适当调整）。

监测点建立后，应对各监测点进行闭合测量。

3、对洞内坍体表面喷15cm厚C20砼进行封闭，并采用Ф50PVC花管注浆对坍体上半断面进行固结，PVC管每根长6m，间距1～2m，梅花型布置。

图4坍体处理纵断面图

4、对DIK1991+519～+515支护变形段拱墙范围施作径向Ф42注浆锚管注浆补强，锚管每根长4m，间距1m×1m，与已施作的系统锚管错开布置。

5、分部清理坍体，从DIK1991+515开始拱部°范围每5m施作一环Ф89大管棚超前支护，环向间距30cm，每根长8m，搭接不小于3m，并注水泥－水玻璃双浆液固结土体。

系统支护喷混凝土厚32cm，设双层Ф8钢筋网及径向Ф42注浆锚管，加强支护采用I25a型钢钢架，纵向间距0.4m，钢架拱脚处设不少于2根锁脚锚管（6m/根）。

6、DIK1991+494～+515段坍体采用双侧壁导坑非爆破法进行开挖，开挖时扩大拱脚0.6m，先开挖两侧导坑，待两侧导坑通过坍体并对断面进行量测分析符合相关要求后，再进行坍体中部的开挖工作；型钢钢架采用I25a型，纵向间距0.4m，钢架拱脚处均应增设不少于2根Ф42锁脚锚管；喷砼厚32cm，钢筋网采用双层Ф8钢筋，边墙系统锚杆采用Ф42锚管，4m长，间距环0.8×纵1.0m，并压注1:

1水泥砂浆，仰拱及二次衬砌紧跟。

7、坍体通过后，对DIK1991+494～DIK1991+480下半断面未开挖段掌子面采用喷砼封闭，并对拱墙部分采用Ф42小导管进行补注浆，锚管每根长4m，间距1m×1m，与已施作的系统锚管错开布置。

分节逐榀拆换DIK1991+494～DIK1991+480范围内侵限初期支护，拆换每节长度不大于2m。

拆换时设临时支撑加固未拆换段，再对侵限初支进行逐榀拆换，并及时施作I25a型钢钢架以封闭成环。

重新施作钢架时，扩大拱脚至60cm，并设型钢斜撑，每处拱脚设不小于2根锁脚锚管，喷混凝土厚32cm，重新铺设双层Ф8钢筋网，拱墙系统锚杆采用Ф42锚管，4m长，间距环0.8×纵1.0m，并压注1:

1水泥砂浆，仰拱及二次衬砌紧跟。

大断面隧道坍方处理的方法灵活多变，可根据现场实际情况并结合工期、投资等因素综合比选后确定出既安全、经济又快速的方法，坍方处理过程中切忌盲目追求进度，擅自改变工法，应严格按照设计要求进行施作，确保处理过程中的安全。