范家山隧道塌方原因及处理.docx

范家山隧道进口塌方发生原因分析及处理陈志坚（中铁五局一公司中南部铁路通道）摘要：从工程地质条件、施工方法及施工环境等方面对中南部铁路通道范家山隧道塌方原因进行了综合分析，介绍了该隧道塌方处理方法，并提出了对防止类似工程地质条件下隧道塌方的有效措施，可供从事隧道工程设计和施工的人员借鉴。关键词：隧道；塌方；处理；1、工程概况范家山隧道位于山西安泽县境内，是新建山西中南部铁路通道的控制性工程, 隧道全长10190m，最大埋深约260m，最小埋深约55m。隧道平面为直线。隧道纵坡为单面上坡，坡率为：5.1。隧道进口施工为上坡。隧道处于中低山区，地势起伏较大，隧道洞身部位冲沟较发育，且有常年流水，各冲沟内均可见基岩直接裸露。地下水主要为基岩裂隙水，主要依靠大气降水补给。2、隧道地质情况隧道区地层岩性：表层为第四系上更新统砂质黄土，下伏基岩为刘家沟组砂岩夹泥岩。砂岩淡紫、紫红色为主，薄层状构造，细粒结构，岩质较硬，岩体较完整；泥岩以紫红色为主，薄层状构造，岩质较软。节理产状（N80S，12m，s=0.40.6m，微张节理，无填充），属于级围岩。此类围岩的特点是：砂岩岩质较硬，泥岩岩质较软，岩层软硬相间，部分地段岩层接近水平，拱部容易发生坍塌。3、塌方发生经过2012年某日范家山隧道进口DK422+518DK422+550段发生拱部塌方，塌方体宽约5m，深约2.5m，方量约400m3，本次塌方造成了一定的经济损失，但并无人员伤亡。隧道开挖采用上下台阶开挖，上台阶开挖高度为7.2，下台阶开挖高度为2.4，采用光面爆破开挖，爆破后光爆效果较好，轮廓线平顺，围岩自稳效果较好，根据掌子面情况判定，级支护能满足要求。但开挖后7天监控量测信息所反应的围岩变形速度和数值超过允许值；开挖后10天喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂；开挖后15天岩层层理、节理缝或裂隙变大、张开；开挖后20天在隧道拱部出现初支掉块。开挖后25天拱部锚杆网片严重变形并与初支混凝土剥离，发生塌方。4、塌方原因分析为避免因塌方处理措施不当而造成新的损失，在塌方处理过程中，工程技术人员主要从客观条件和主观方面对隧道塌方原因进行了分析。4.1、地质条件差是塌方产生的主要因素从岩体结构特征来看，隧道围岩为层状岩体，且产状水平，由于夹泥层的存在，层间结合力差，洞顶岩层在重力作用下下沉弯曲，进而导致张裂破坏；塌方段拱脚部位岩层为薄层泥岩，支撑力差，这也是导致塌方的一个原因。早期地质构造运动引起层间错动或断裂，使岩层强度降低，地表水和地下水沿节理面下渗，在层间形成软弱夹泥层，从断面可见层间夹泥层厚度为 20cm至30cm，其对岩体的稳定性产生了极为不利影响，使岩体整体抗剪强度降低4.2、施工爆破震动影响是形成塌方的诱导因素在喷锚支护较弱的情形下，隧道继续施工时的爆破震动，使岩体强度进一步降低，当塌方体抗剪强度小于其自重下滑力时，就会导致隧洞塌方。4.3、二衬施工进度太慢，初期支护暴露时间太长塌方发生时二衬里程为DK422+502，距离掌子面112m，塌方位置已暴露25天，该距离和时间虽然未超出相关规范和要求，但实践证明，该类围岩的安全距离应控制在100m以内，初支暴露时间最后不要大于20天。4.4、对此类围岩认识不足和支护参数偏弱是塌方发生的主观原因管理人员思想麻痹大意，片面根据开挖爆破效果判定围岩稳定情况，无视围岩变形发生，主观经验认为此类围岩初支开裂属正常现象，开裂初期未采取有效措施防止塌方发生。5、塌方段处理方案为防止塌方继续扩大和保证塌方段修复的安全，经过反复讨论研究制定了如下施工方案：（1）、第一步对DK422+520+530未塌方段进行加固处理，防止坍塌进一步蔓延，拱部加密系统锚杆，长度3.5m，间距1m*1m，梅花形布置，并编制22钢筋网片复喷。（2）、第二步对已经塌方地段首先用阿力瓦进行初喷，初喷厚度不小于10cm，对塌方段进行全封闭。（3）、第三步等初喷强度达到100%后，安装格栅钢架加固， 由于塌方段较长，塌方体下方堆积体较多，对塌方段采用逐段处理的方法进行，加固长度每次不得大于3m，格栅钢架必须贴紧岩面，格栅钢架间距1榀/m，每个拱脚处施做3根长3.5m的42锁脚锚管，其余部位施做长3.5m的22系统锚杆，间距1m*1m，梅花形布置，所有锁角锚管和系统锚杆必须按要求注浆，锚杆、钢筋及网片安装完后及时进行复喷，复喷厚度不小于20cm。（4）、第四步进行堆积体及机械的清理，只有已经加固好的地段才能进行相关清理工作，每加固一段清理一段，直至全部加固清理完成。（5）、每加固完成一环要及时布设监控量测点，并加大该段量测频率，对量测数据及时处理，以指导施工，确保施工安全。（6）、加快二衬施工进度，尽早施做塌方段二衬。6、结束语从施工过程和结果看，可以说塌方处理是比较成功的，但塌方发生的教训也是惨痛的，此次事故为我们提供了宝贵的经验。 （1）、隧道工程属于地下隐蔽工程，勘探设计的围岩级别与实际不符属正常现象，施工时发现围岩级别与设计不符或支护参数偏弱时应及时申请变更设计加强支护。（2）、监控量测能及时有效的反应围岩变形情况，施工单位应加强量测，对量测的结果引起高度重视，尤其是初支出现异常现象时要及时采取措施。（3）、对于砂岩夹泥岩，水平节理发育的围岩，不能单凭掌子面开挖爆破效果确定围岩级别支护类型，应根据砂岩和泥岩所处位置和岩层厚度及渗水等综合考虑。（4）、当隧道出现塌方时，准确判断塌方的性质是很有必要的，它可为选定安全、经济、工期短的支护方案提供依据。（5）、对于复杂地质构造隧洞，应采取弱爆破、强支护、早衬砌的施工措施，以确保工程的安全。参考文献1 中华人民共和国铁道部TB10003-2005，铁路隧道设计规范S北京：中国铁道出版社，20052 铁道部经济规划研究院TZ204-2008，铁路隧道工程施工技术指南S北京：中国铁道出版社，20083 中华人民共和国铁道部TB10301-2009，铁路工程基本作业施工安全技术规程S北京：中国铁道出版社，20104 铁