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某鐵路隧道塌方原因分析與處治方案研究

文檔作者：文坤文檔來源：中鐵二局湘桂鐵路2標工程指揮部		點擊數：	更新時間： 2025年03月04日
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·160·
路基工程
Subgrade EngiI】—她2013年第3期(總第168期)
某鐵路隧道塌方原因分析與處治方案研究
文坤
(中鐵二局湘桂鐵路2標工程指揮部，湖南衡陽421000)
摘要i結合某隧道工程塌方，從工程與水文地質條件、設計以及施工等方面分析其發生塌方
的原因，并進行相應的處治方案比選。結果表明：采用超前小導管注漿并結合塌腔回灌混凝土的塌
方處治方案安全可行、經濟合理。
關鍵詞：隧道塌方；破碎圍巖；注漿護拱加固
中圖分類號：13455 文獻標志碼：B 文章編號：1003—8825(2013)03—0160一05
O引言
隧道施工，不可避免地會使圍巖產生多次擾
動，隨著應力平衡狀態被打破，圍巖在應力調整
過程中將產生塑性區，出現較大的變形，局部區
域將由于變形過大而發生剪切或拉伸破壞，從而
產生塌方。目前，處理較大塌方，通常采用長管
棚結合小導管超前注漿加固圍巖、分部開挖、支
護結構快速封閉等措施。雖然大部分塌方處理方
案能夠保證施工安全，但存在注漿范圍不易把
握、長管棚設置時間長等缺點?。本文結合某隧
道塌方，從地質條件、設計以及施工三個方面對
塌方原因進行分析，通過方案比選，確定采用加
設護拱結合注漿的處治方案，提高了隧道塌方處治
效率，取得了較好的效果。
1工程概況
某隧道為客運專線整體式雙向鐵路隧道，設計寬
度12．20 m，高8．68 m，線間距4．60 m左右，隧道全
長5500．00 m(DK85+600～DKgl+100)，埋深70．00
—320．00 m，最小埋深位于DK87+230處(水庫處)。
隧道穿越地段為侵蝕構造低山地貌，局部斷層發育，
斷層處裂隙發育、巖層破碎、完整性差。隧址區圍巖
為寒武系泥質板巖，山頂植被以果樹為主，進口處以
覆蓋層為主，為第四系中全新統含角礫粘土。隧道進
口段上方有一水庫，位于DK86+900一DK87+530線
路右側。隧道地質縱斷面，如圖1。
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圍巖級掙‘ V Ⅲ
長度，m 200 1100 310 30 290 550
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收稿日期：2013-01—25
作者簡介：文坤(1970一)，男，四川成都人。工程師，主要從事
隧道施工方面的工作。E．marl：wenkun0315@163．corn。
隧道前期施工采用三臺階法開挖(圖2)，設計
主要支護參數采用的復合式襯砌結構。上、中、下
三臺階高分別為2．32，5．02，5．05 m。支護參數為：
萬方數據
文坤：某鐵路隧道塌方原因分析與處治方案研究
初期支護采用118工字鋼，縱向間距1．0 m；,22中
空注漿錨桿，環向間距1．2 m，縱向間距1．2 m，長
3．5 m，呈梅花形布置；直徑枷鋼筋網片，網格間
距20 cm×20 em；C25噴射混凝土，厚25 em；復合
防水層防水，厚度1．5 mill；二次襯砌采用C30鋼筋
混凝土，厚45 em。隧道支護結構示意，見圖3。
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圈2隧道三臺階開挖示意(單位：em)
系統錯桿：拱部帶捧氣裝置的注漿錨桿
邊墻咖2緲漿錨桿．L=3．5m
問匪(環1．2mx縱1．2m)．
圈3隧道支護結構設計示意
2塌方概況及原因分析
2．1塌方概況
2010年6月27日，隧道DK87+240施工掌子
面左側初期支護出現裂紋，噴射混凝土出現掉塊和
塌方，形成的塌腔不斷擴大，塌方體堆至DK87
+210附近，塌方縱向長約30 m，塌方量約為500
m3，塌腔高度為3-6 m，塌方體后緣至掌子面范圍
均被塌體覆蓋。現場塌方照片，見圖4。
2．2塌方原因分析
(1)地質因素：隧道塌方處的巖層以泥質板巖
為主，圍巖走向為向右傾斜，右側圍巖為灰色，薄
層狀，層間較為光滑，呈塊狀結構；左側圍巖為強
(b)掌子面塌方(二)
圖4掌子面塌方
風化，灰褐色，無明顯層狀，呈碎塊狀，受地質構
造影響嚴重，圍巖較為破碎，自穩能力差，開挖后
易失穩(圖5)；隧道塌方區域正上方有一水庫，在
塌方處不同巖性圍巖交界處出現裂隙水，表明地表
水與隧道之間已經形成了滲流通道，加之圍巖節理
裂隙較發育，加劇了滲流通道的擴展，隨著地表水
對圍巖產生的軟化作用雎】，進一步降低了圍巖的自
穩能力；同時，塌方處隧道埋深較淺，圍巖不易形
成承載環。
圈5 I翻越塌方段地質素描
(2)設計因素：從設計方面來看，在塌方段區
域原設計為Ⅳ級圍巖，但支護設計中沒有超前小導
管等超前注漿加固圍巖的措施；鋼拱架采用的是118
工字鋼，縱向間距為l m，其鋼拱架的強度與剛度
較低，在地層較差時不能有效抵抗圍巖壓力[3]。同
時，對地表水庫影響隧道施工的認識不足，沒有提
萬方數據
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路基工程
Subgrade Engineering 2013年第3期(總第168期)
出當水庫下滲，降低圍巖強度并影響隧道施工安全
時的防治措施。
(3)施工因素：圖6、圖7為隧道塌方一周前
的圍巖變形變化曲線。
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觀測日期
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圖6隧道拱頂下沉曲線
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圖7隧道水平收斂曲線
從圖6、圖7可以看出：從2010年6月21日開
始，測點位移速率突然增大，最大下沉速率分別達
到9 mm／d和13 mm／d，最大收斂變形速率分別達7
mm／d和9 mm／d，曲線出現了明顯的拐點，地層向
下向內移動趨勢明顯。數據表明，開挖進一步擴大
了圍巖塑性區，降低了圍巖的自穩能力，導致圍巖
變形急劇增大；施工到該區段時正值雨季，降雨量
較大，在一定程度上也對圍巖的穩定性造成影響。
同時，從2010年6月22日開始，洞內圍巖出現滲
水現象，表明地表水已經滲入圍巖，進一步降低了
圍巖強度[4】。由于對監測數據不夠重視，特別是當
圍巖變形曲線出現明顯拐點時，施工方仍未及時采
取相應的圍巖加固措施，也沒有及時施作二次襯砌
形成封閉成環結構，錯過了加固圍巖的最佳時機，
致使初期支護結構不能夠抵抗圍巖壓力而失穩破壞。
3塌方處治方案
3．1塌方處治方案比選
隧道塌方處治方案的制定，首先要能夠維持塌
面的穩定，隨后再對塌方體進行開挖，及時施作支
護體系并盡快封閉成環，確保施工安全。經過研究
分析，初步形成處治方案：
(1)方案一：超前小導管支護。超前小導管支
護方案是在鉆孔、清孔之后，將小導管放入孔內，
并在管內注入漿液，對圍巖進行加固。施工過程中
應合理布置小導管，同時控制注漿壓力、注漿量等
施工參數，確保注漿加固范圍滿足開挖要求[5】。該
法的優點是施工速度相對較快，對圍巖的擾動較??；
缺點是加固體系的整體剛度較低，加固范圍有限。
(2)方案二：超前大管棚支護。超前大管棚支
護方案是采用直徑較大的鋼管穿過塌方體，隨后在
管內壓注漿液，形成超前支護體系。施工過程中，
應注意控制注漿壓力等參數，確保施工效果滿足開
挖要求MJ。該法的優點，是加固體系的整體剛度較
高；缺點是施工速度較慢，對圍巖的擾動較大。
(3)方案三：塌腔內回灌混凝土。塌腔內回灌
混凝土，是將混凝土輸送泵管插入塌方體中，然后
泵送混凝土，隨著管子的不斷上接，在拱頂形成一
個具有混凝土結構的殼體，起到超前保護作用，隨
后再進行開挖、支護作業。
初步擬定處治方案之后，通過對塌方體進行觀
察，發現塌腔頂部一直存在掉塊現象，說明圍巖尚
未達到穩定狀態?？紤]現場實際情況，如果采用方
案二進行管棚支護，由于塌方體較長，管棚嵌入前
方穩定圍巖比較困難，加之對管棚的線形控制要求
高，管棚施工時間較長，極有可能因圍巖塌方體影
響施工進度。如果全部采用方案三，即回灌混凝土，
因塌腔較大，施工周期較長，成本也較高。經過綜
合考慮，對DK87+215～+220段采用回灌混凝土的
方案，對塌腔進行封閉加固，使其具有一定的強度
和穩定性；對DK87+220一+240段塌方體比較厚的
地段采用第一種方案加固圍巖；同時，將原設計的
支護體系參數提高一個級別，增加了襯砌結構的安
全儲備。
3．2塌方處治施工
塌方處治的縱斷面與橫斷面示意．見圖8、圖9。
圖8處理塌方體縱斷面示意(單位：cm)
萬方數據
文坤：某鐵路隧道塌方原因分析與處治方案研究·163·
圖9處理塌方體橫斷面【單位：em}
(1)DK87+210～+215段。對臨近既有初期支
護處5 m范圍進行鎖腳處理．見圖10。
圖10隧道初期支護鎖腳施工
(2)DK87+215一+220段。為保證快速安全處
理未封洞坍塌空腔，及時對整體坍塌地段進行支護，
未封洞坍塌空腔下層采用混凝土護拱支護(圖11)；
上層采用砂墊屢進行同填．同時起到緩沖墾的作用。
圖11安設混凝土泵送管
(3)DK87+220～+240段。采用西42小導管
注漿，加固破碎圍巖。
(4)塌方段開挖及二次襯砌施工。采用三臺階
七步法開挖(圖12)，初期支護采用120a工字鋼與
中空注漿錨桿；二次襯砌采用C35鋼筋混凝土，厚
50 em。施工過程中，嚴格將二襯至塌方段上導坑掌
子面的距離控制在20 m以內，當隧道整個斷面開挖
完成6 m后，立即停止開挖，并施作二次襯砌。
圖12 三臺階七步法開挖施工
(5)監控量測。①加強對塌方影響段初期支護
(DK87+150一+210)進行觀測，按5 m設置一個
觀測斷面，每6小時監測一次，并及時分析反饋監
測結果，指導現場施工。②塌方處理過程中，對于
塌方段監測斷面按3—5 m布設一組，每6小時監測
一次，并及時分析反饋監測結果；同時，加強對開
挖面下沉變形、危石處理、拱架及掌子面外移的觀
測，一旦出現異常，立即通知現場施工人員安全
撤離。
3．3塌方處治效果
為了對塌方處理的效果進行分析，施工過程中
對圍巖變形進行了密切監測。監測結果表明：塌方
處理完畢后，穩定后的拱頂最大沉降量為8 mill，周
邊收斂為4 mm，相對于塌方之前的變形要小很多，
變形量在規范允許范圍之內，說明采用的塌方處治
方案是合理的、可行的，支護體系能夠確保圍巖
穩定。
4結論
(1)某鐵路隧道塌方，有圍巖破碎、支護體系
設計強度不足的因素，但施工方對監控量測信息反
饋不及時，是誘發隧道塌方的重要原因。
(2)破碎圍巖段施工應重視超前支護，開挖過
程中應嚴格遵循“短進尺、少擾動、強支護、早封
閉”的原則。
(3)應重視超前地質預報與監控量測工作，它
們分別是推斷隧道前方地質條件和分析圍巖穩定性
的重要手段，也是優化施工方案的重要依據。
(4)通過方案比選，最終確定了采用超前小導
管注漿結合塌腔回灌混凝土的塌方處理方案，監控
萬方數據
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路基工程
Subgrade Engineering 2013年第3期(總第168期)
量測結果表明塌方處理效果較好。
參考文獻：
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14—1 5
Study on Causes Analysis and Treatment Scheme for Collapse of A Railway Tunnel
WEN Kun
(The Headquarters of Hunan．Guangxi Railway Phase II Bidding Project of China Railway No．2 Engineering Group Co·，Ltd·
Hengyang 421000，Hunan，China)
Abstract：Taking the collapse in a tunnel engineering as an example，the causes were analyzed from the
aspects of engineering，hydrogeological conditions，design and construction，and then the corresponded
treatment scheme was established．The result shows that the scheme used is feasible and economic and could
be referred in collapse treatment to the similar tunnel engineering．
Key words：tunnel collapse；fractured surrounding rock；reinforcement by grouting and arch protection
黿ete它e它e霄e氣吧鐘—∞青c，∞，啦水水，啦肯。啦四。啦療。神田。神膺。鹋青∞∞青。啦啃。瞇啃c／啦肯∞∞青c，啦肯。神啃?！耷唷蕖蘅?。啦青c，口。
(上接第159頁)
Design and Construction of Support Structure for Foundation Pit of Bearing Platform
in Embankment Slope along Expressway
ZHOU Zuqing
(China Railway No．2 Engineering Group Co．，Ltd．，Chengdu 610031，China)
Abstract：During the construction of two bearing platforms of main piers for continuous girder of Grand Bridge
(75 m+120 m+75 m)over Hekoumiao Reservoir on Taiyuan—Zhongwei(Yinchuan)Railway，bored
retaining piles were adopted t。support the sandy embankment along Qingdao-Yinchuan expressway·The result
of design and construction practice not only guaranteed the safety in both construction of the bearing platforms
and driving on the expressway，but also obtained the social and economic benefits·
Key words：embankment；foundation pit of bearing platform；bored retaining pile；design；construction

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