大断面隧道坍方冒顶处理技术总结.docx

1、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

2、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

3、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

4、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50PVC花管，注浆深度按68m控制，注浆花管间距1.52m，压注1:1水泥砂浆，注浆压力0.60.8MPa。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

5、度：加固深度一般至计算破裂面以下12m，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10m10m，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，

6、于坍体上半断面DK2064+511+516段施作超前小导管，结合I 25a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8双层钢筋网及径向42注浆锚管（4m/根）以确保开挖面稳定，并加设临时仰拱（I 18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108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

7、角为30的42钢花管并压注水泥浆超前支护；型钢钢架采用I 25a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8钢筋，边墙系统锚杆采用42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42径向锚管注浆补强，锚管间距0.8m，4m/根

8、，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I 25a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

9、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42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

10、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32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42钢花管，每根长4m，间距1m，梅花型布置；钢筋网直径为8，网格间距20cm20cm，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，3m3m梅花型布置。4、

11、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22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89钢花管锁脚，并注水泥浆加固，以确保暗挖时护拱的稳定，89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

12、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42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8钢筋网，喷混凝土厚30cm，网格间距20cm20cm。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

13、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

14、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10m10m（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50PVC花管注浆对坍体上半断面进行固结，PVC管每根长6m，间距12m，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

15、42注浆锚管注浆补强，锚管每根长4m，间距1m1m，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89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8钢筋网及径向42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

16、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42锁脚锚管；喷砼厚32cm，钢筋网采用双层8钢筋，边墙系统锚杆采用42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+494DIK1991+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42小导管进行补注浆，锚管每根长4m，间距1m1m，与已施作的系统锚管错开布置。分节逐榀拆换DIK1991+494DIK1991+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8钢筋网，拱墙系统锚杆采用42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。