高速铁路隧道塌方原因分析与施工处治技术

２０１４年第４１卷第１１期　探矿工程（岩土钻掘工程）　７３　高速铁路隧道塌方原因分析与施工处治技术　李孝晋　（中铁十四局集团有限公司，山东济南２５００１４）　摘要：结合某高速铁路隧道ＤｇＫ８８＋５２０～５２２段施工出现掌子面附近拱顶塌方的工程背景，从现场地质条件与　设计支护参数等方面分析了塌方原因，并采用数值模拟对比分析了勘查设计与围岩变更后的开挖支护措施引起的　围岩变形。结果表明，根据原勘查设计ｍａ级围岩确定的开挖方法与支护参数不能有效保证实际围岩条件下的隧　道稳定性，而采用围岩变更为Ｖｂ级围岩、三台阶七步法开挖、Ｖｂ级围岩复合式衬砌支护的设计，拱顶沉降则可大　幅度降低。介绍了塌方处治措施和拱顶沉降监测结果。由于围岩表现为脆性，在塌方后拱顶沉降较小，为确保工　程安全，应根据地质勘查与超前地质预报等辅助措施，更为准确地掌握隧道围岩地质赋存条件，确定合理的开挖方　法与支护参数。　关键词：隧道工程；塌方；超前小导管；拱顶沉降　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２０１４）１１—００７３—０４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｌｌａｐｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｄｅａｌｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／Ｌｌ　Ｘｉａｏ—　ｉｆｎ（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　１４　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｖａｕｌｔ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｎｅａｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｆａｃｅ　ｏｃｃｕｒｒｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ＤｇＫ８８＋５２０～５２２　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　ｒａｉｌ—　ｗａｙ　ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｉｎ　ｓｉｔｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｄｅｆｏｒｍａ—　ｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍ　ａ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｂｙ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｓｕｒｖｅｙ，ｏｆ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｏｕｌｄｎｔ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｌｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　３一ｓｔｅｐ　ａｎｄ　７一ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｌｉｎｉｎｇ　ｓｕｐ—　ｐｏｒｔ　ｆｏｒ　Ｖ　ｂ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｃｏｌ—　ｌａｐｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ，ｔｈｅ　ｃｒｏｗｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｌｉｇｈｔ　ａｆｔｅｒ　ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ．Ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｇｒａｓｐｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｅｃａｓｔ　ｔｏ　ｄｅｃｉｄｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｅｘｃａｖａ—　ｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｏ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｃｏｌｌａｐｓｅ；ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｍａｌｌ　ｐｉｐｅ；ｖａｕｌｔ　ｃｏｌｌａｐｓｅ　０　引言　５２２段出现掌子面拱顶塌方事故，从现场地质条件　我国高速铁路建设快速发展，近年来的建设规　与开挖支护设计等方面分析拱顶塌方原因和处治措　划逐步向西南西北地区发展，受地域条件与选线要　施，并通过拱顶监控量测数据分析掌握围岩变形情　求限制，隧道工程也逐渐增多。隧道塌方是隧道工　况，以确保隧道围岩稳定和施工安全，为类似工程提　程中一种比较常见的事故，通常发生于断层破碎带、　供借鉴作用。　膨胀岩（土）、第四系松散岩层、不整合接触面、侵入　岩接触带及岩体结构面不利组合地段¨Ｊ。塌方对　１　工程概况　隧道工程的安全生产和施工进度造成了极大影响，　１．１工程总体概况　同时也大大增加了施工成本　。隧道塌方究其原　该隧道位于秦岭山区，平均海拔１３００～２６３８　因，主要包括不利地质因素、勘查设计失误、施工与　ｍ，洞身地表起伏较大，地表自然坡度３０。一６０。，山　管理不当等　Ｊ。目前对隧道塌方的处治技术主要　高坡陡，基岩裸露，沟壑纵横，地形复杂。该隧道起　包括管棚、超前小导管、地表注浆等工程措施，这些　讫里程ＤｇＫ８５＋５３３～ＤｇＫ１００＋３７８．９９，为单洞双　辅助工法必须配合合理的施工工法才能达到较好的　线隧道，总长１４８４５．９９　ｍ，最大埋深约１１８５　ｍ，隧道　效果　Ｊ。本文结合某高速铁路隧道ＤｇＫ８８＋５２０～　以２５．００％ｏ上坡进洞至ＤｇＫ９９＋４５０里程后以　收稿日期：２０１４—０８—２７；修回日期：２０１４—１１—０２　作者简介：李孝晋（１９７９一），男（汉族），山东巨野人，中铁十四局集团有限公司，土木工程专业，硕士，从事高铁、隧道与地铁施工技术安全管　理工作，山东省济南市和平路１号，Ｌｘｊ１９７９０４＠ｓｏｕｈｕ．ｃｏｎｒ。　７６　探矿工程（岩土钻掘工程）　２０１４年第４１卷第１１期　敛变形基本已趋于稳定，不会像软岩产生较大的后　作，完善风险预报预警系统，发现问题，及时采取相　应措施。　参考文献：　［１］　刘旭．乌竹岭隧道塌方事故原因分析和处治方法研究［Ｄ］．吉　林长春：吉林大学，２００８．　［２］　关宝树．隧道工程施工要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　期蠕变变形。该沉降量与上文采用数值方法得到的　结果也存在较大区别，主要原因是数值计算结果包　括了从开挖到围岩趋于稳定的全部变形量，而加密　观测点的拱顶沉降量为初期支护结束后的测得，因　此沉降量较数值结果小得多。综合上述分析，对于　类似脆性岩体围岩条件下应该通过勘查与超前地质　２００３．　预报等辅助手段，更为准确地掌握隧道围岩地质赋　［３］　汪成兵，朱合华．隧道塌方机制及其影响因素离散元模拟［Ｊ］．　存条件，确定合理的开挖方法与支护参数，避免发生　岩土工程学报，２００８，３０（３）：４５０—４５６．　［４］　张光杰．高速铁路隧道围岩大变形特征及机理分析［Ｊ］．湖南　塌方事故。　城市学院院报，２０１４，２２（３）．　［５］　王迎超，尚岳全，靖洪文，等．隧道塌方段施工方案优化及效果　６结语　评价［Ｊ］．岩土力学，２０１１，（ｚ２）：５１４—５２０．　山岭隧道施工中，塌方事故时有发生，究其原　［６］　陈秋南，赵明华，周国华，等．复杂层状岩层隧道塌方原因分析　与加固后信息化施工技术［Ｊ］．岩土力学，２００９，３０（３）：６５０—　因，主要有不良地质条件、勘查设计不当及施工作业　６５３．　不规范等因素。在工程施工中，为了避免类似事故　［７］　高攀科，毛红梅，宋秀清，等．渝湘高速公路正阳隧道塌方治理　的发生，应做好不良工程地质条件的超前预报工作，　方案研究［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２０１１，３８（９）：９３—　９５．　遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤　量测”原则，规范施工工序，加强围岩监控量测工　（上接第７２页）　节省探槽施工经费１０万元左右。此项技术目前已　在我部全面推广使用，深受广大官兵的欢迎。　４　结语　在冻土层条件下，进行探槽爆破施工，需要考虑　参考文献：　探槽施工规格、冻土层的自然条件、爆破参数的选择　［１］郭威，刘华南，孙友宏，等．东北冻土区天然气水合物科学钻探　及飞石控制等诸多因素，有一定的难度。通过对黑　试验及钻进效率影响因素分析［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工　程）．２０１３，４０（４）：６—９．　龙江省塔河县宝兴沟矿区冻土层下探槽爆破施工工　［２］王兆林，孙贵　．ＳＨ３０—２Ａ型钻机在冻土爆破中的应用［Ｊ］．　艺的研究，经现场多次实验和技术攻关，成功解决了　探矿工程，１９９２，（２）：６２—６３．　冻土层中探槽爆破施工难题。试验结果表明，只要　［３］杨滨荪．冻土层采用爆破法挖槽效率提高三倍以上［Ｊ］．探矿　根据当地气候、土质等实际情况合理选定爆破参数　工程，１９６０，（５）．　［４］陶永生，马芹永．冻土试块爆破漏斗试验研究［Ａ］，现代矿ＬＵ　和技术经济指标，改进施工工艺，就可以取得良好的　建设技术文集［ｃ］．江苏徐州：中国矿业大学出版社，１９９３．　爆破效果。冻土层下球状药包爆破法，可有效控制　［５］马芹永．冻土爆破冻结管受力计算［Ｊ］．煤炭科学技术，１９９５，　２３（１２）．　爆破飞石，加快施工进度，是一种安全、高效、快捷的　［６］冯叔瑜，马乃耀．爆破工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９８０．　爆破方法。采用此方法后，宝兴沟矿区仅２０１３年就