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2011年1月 北京,汇报人:谢勇涛,隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施,中铁第五勘察设计院集团有限公司,一、概述 二、洞内塌方实例 三、洞内塌方总结 四、边坡塌方实例 五、边坡塌方总结,隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施,第一部分 概述,中铁第五勘察设计院集团有限公司,隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施,目前我院开工的铁路线有5条,隧道较多,大家配合施工中常遇到塌方、变形、岩溶、突水突泥等事故,塌方是最为常见、比较典型的一种事故,给施工带来了巨大困难,且延误工期,耗费资金,是大家比较关心的问题。现结合工程情况将解决的方法与大家交流一下。,概 述,隧道开挖时,导致坍方的原因有多种,概括起来可归结为: 1、自然因素 地质状态、受力状态、地下水变化等 2、人为因素 不适当的设计,或不适当的施工作业方法等,概 述,目前,从塌方的形式、规模、形态、机制、发生部位等方面有不同的分类方法。按照塌方发生的位置不同,分为洞内塌方和洞口边坡塌方,下面将分别进行介绍。,概 述,洞内塌方,边坡塌方,第二部分 洞内塌方实例,中铁第五勘察设计院集团有限公司,隧道塌方的原因分析、注意事项及处理措施,洞内塌方实例赣韶铁路(一),一、钨都大余隧道出口工区DK54+750+930 1、原设计情况 钨都大余隧道位于低山丘陵区,出口工区DK54+750+985段埋深较浅,沟谷发育,地层破碎,全-强风化板岩。原设计该段为级围岩,其中DK54+985920、DK54+840750段采用a型复合式衬砌支护,全环格栅钢架间距0.8米,超前小导管每环29根,每根长3.0米,DK54+920840段采用b型复合式衬砌支护,全环I18型钢钢架间距0.8米,超前小导管每环29根,每根长3.0米.,2、施工情况 2010年6月19日,上台阶开挖至DK54+930,掌子面揭示地质为全-强风化板岩,裂隙水从线路前进方向右侧拱顶分散流出,围岩经裂隙水冲刷稳定性差,易产生掉块现象。2010年6月25日约5:30,上台阶开挖至DK54+922,开挖过程中线路前进方向右侧拱顶开始掉块,伴随出现股状地下水流出,水量明显增大。股状流水夹带大量泥土冲出,已经施工初期支护拱部范围覆盖层冲刷后形成初支外露,施工单位及时对地下水采取引排处理,封闭掌子面并适当加固受影响范围初支。,洞内塌方实例赣韶铁路(一),洞内塌方实例赣韶铁路(一),3、塌方原因分析 粉质黏土与全风化板岩间所夹粗角砾土层赋存水中富,涌水量明显增加对隧道工程影响增大,现场易形成初支壁后掏空和初支大变形。由于该段地表埋深较浅,穿越冲沟两处覆盖仅为4.55m,DK54+840+920为设计断层带。,洞内塌方实例赣韶铁路(一),4、处理方案 (1)原则同意该范围采取大管棚加小导管注浆预支护措施,并对原设计支护参数进行必要加强,局部范围可考虑根据实际条件采取双层小导管注浆预支护通过。由于涌水量较大可采取双液浆拱部止水,边墙范围结合实际条件采取适当径向注浆。 (2)请设计单位结合施工单位处理建议进行变更设计,施工单位配合提供所需技术资料。,洞内塌方实例赣韶铁路(一),(3)施工单位要加强变更里程范围的施工安全管理,组织好各项工序衔接,确保施工工艺质量。 (4)施工单位及时完善工程变更设计相关手续。监理单位切实加强现场监理工作力度,督促施工单位严格按设计变更方案实施,并现场核实变更设计后的工程数量。,洞内塌方实例赣韶铁路(一),洞内塌方实例赣韶铁路(二),二、岭足下2号出口溜塌 1、原设计情况 DK68+765-DK68+630为级围岩,采用级围岩复合式衬砌,钢架为格栅钢架,间距1.0m,钢筋网为8 2020cm,拱部采用中空注浆锚杆,边墙采用砂浆锚杆,间距为1.2m1.0m(环纵),长度3.0m。,2、施工情况 DK68+755处线路左侧拱顶处初期支护破坏,大量破碎岩体及地表土坍落,堵塞整个洞口。溜坍形成的土坡松散堆积。坍落物主要为全风化板岩及粉质黏土,岩质松软易碎呈块状,土质干燥松散。 DK68+755DK68+748段地表塌陷,形成一直径15m、深8m的坑洞。周边及时布置警戒线,严禁人员靠近。,洞内塌方实例赣韶铁路(二),洞内塌方实例赣韶铁路(二),地表坑洞,洞内照片,3、塌方原因分析 (1)DK68+755DK68+748段地表成V型沟谷地貌,冲沟发育,土体松散破碎,水土流失严重,无法形成有效地地表支撑。 (2)DK68+755DK68+748段拱顶埋深仅15m,小于两倍洞径,处于浅埋段,极易出现土体失稳等事件。,洞内塌方实例赣韶铁路(二),4、处理方案 (1)在地表塌陷处周围进行永久性截水沟施工,对塌陷处进行临时封闭。 (2)溜坍坡面处理 对己形成坡面(溜坍造成的松散坡面)采用锚喷防护,喷射混凝土采用C25喷射砼,厚度8cm,8钢筋网,网格间距25cm25cm。采用22砂浆锚杆加固,锚杆长3m,间距1m1m呈梅花型布置。之后采用42,t=3.5mm钢管对坡体进行注浆施工,间距1m1m梅花形布置,每根长度3m。待注浆固结后进行开挖,形成工作平台,保证安全施工。,洞内塌方实例赣韶铁路(二),(3)溜坍段上部开挖及初期支护 超前支护采用双层超前小导管,导管采用42,t=3.5mm热轧钢管,钢管长3.5m;钢管环向间距0.4m,每环设置58根,纵向一榀钢架一环,施工外插角510。导管穿过钢架并插入岩体,并注浆加固。 (4)溜坍段下部开挖及初期支护 开挖前采用22,L=3m砂浆锚杆进行径向注浆加固,间距(环纵)为1.01.0m,梅花形布置,布置范围为DK68+757 DK68+747,共10m。,洞内塌方实例赣韶铁路(二),(5)溜坍段仰拱及二衬施做 仰拱紧跟下部开挖的施工进程,保证初期支护受力系统及早形成。及时进行监控量测,当围岩变形速率小于0.2mm/d或趋于平稳时,优先对坍塌段进行二衬施工,衬砌类型为V级围岩复合式衬砌,待二衬施工完毕,混凝土达到设计强度时,再进行地表回填和夯实,地表回填采用原地表土,分层进行填筑、夯实,并进行砼施工对土体表面进行封闭。,洞内塌方实例赣韶铁路(二),一、大南山隧道出口工区DK174+225塌方 1、原设计情况 大南山隧道出口DK174+229.8DK174+218.25段设计为IV级围岩加强衬砌,强风化-弱风化花岗岩,岩体较破碎,裂隙发育,埋深约31m。初支参数:格栅钢架间距1.2m/榀,初支喷C25砼20cm;拱部设7根3m长中空锚杆/延米;边墙设8根3m长普通砂浆锚杆/延米。,洞内塌方实例锦赤铁路(一),2、施工情况 掌子面施工里程至DK174+193.25,在开挖DK174+225左侧大避车洞时坍塌,坍塌空腔纵向长约11.55m,宽约4.64m,高度由大避车洞拱顶延伸至正洞拱顶,并造成初支破坏,影响范围为DK174+229.8DK174+218.25。,洞内塌方实例锦赤铁路(一),洞内塌方实例锦赤铁路(一),3、塌方原因分析 (1)坍塌面为一节理面,面上为泥质充填,从左下向右上延伸至正洞拱顶。 (2)施工时爆破震动过大导致坍塌。,洞内塌方实例锦赤铁路(一),4、处理方案 (1)塌腔内初喷10cm厚C25混凝土封闭,塌方段及其前后2m范围采用3m长22普通砂浆锚杆加固,间距1m1m(环纵)。 (2)补立格栅拱架与左侧未破坏的拱架闭合成环,挂网喷C25混凝土至设计厚度,及时施作二次衬砌。 (3)塌腔采用C25泵送混凝土回填。 (4)避车洞位置视围岩情况可适当调整。 (5)施工单位要尽快处理坍塌腔体,施工过程中,派专人进行岩体观察,有异常及时撤出所有施工人员,确保施工安全。,洞内塌方实例锦赤铁路(一),二、烧锅地隧道DK156+695DK156+707段塌方 1、原设计情况 烧锅地隧道DK156+695DK156+707段埋深为7m至9m。该段围岩为第四系中更新统黏质黄土,呈硬塑坚硬状,夹有细角砾土透镜体,地表DK156+689处有一处冲沟。 本段设计为级围岩加强复合式衬砌,42超前小导管支护,全断面设置I16型钢钢架,间距80cm/榀,全断面采用网喷,喷射混凝土厚度为22cm。拱部设置22组合中空锚杆,边墙设置为 22砂浆锚杆,长度3.0m,间距1.2m1.0m。拱墙及仰拱采用C35钢筋混凝土衬砌。,洞内塌方实例锦赤铁路(二),2、施工情况 烧锅地隧道DK156+690DK156+765上导于2010年7月27日开始施工,至8月4日施工结束。采用机械开挖,按设计要求进行超前小导管支护和初支。 2010年8月31日凌晨04点10分, DK156+695DK156+699段下导右侧边墙准备进行喷锚施工, DK156+695DK156+707段左侧突然发生塌方,塌方范围从右侧拱腰至左侧最大跨处,塌腔最大深度3m。塌方牵引DK156+690DK156+695段左侧边墙初支开裂变形。,洞内塌方实例锦赤铁路(二),洞内塌方实例锦赤铁路(二),3、塌方原因分析 (1)隧道塌方段为中更新统黏质黄土,呈硬塑坚硬状,塌方段拱顶以上50cm有厚约50cm的细角砾土夹层。 (2)洞顶地形复杂,地表冲沟排水不畅,近期雨水较多,地表水下渗,导致围岩变软,压力增大,土体失稳。 (3)洞顶有临时便道,车辆反复碾压对隧道初支稳定性造成不利影响。 (4)下台阶施工进尺过大,初支未及时封闭成环。,洞内塌方实例锦赤铁路(二),4、处理方案 (1)塌方段前后5m范围设置临时横撑,横撑采用108钢管,并将横撑与钢架连接牢固,并对初支开裂部分采用42小导管注浆进行加固。 (2)DK156+695DK156+707塌方空腔内先采用8cm厚C25素喷混凝土封闭,然后架立I16型钢钢架,0.8m/榀,并与右侧未破坏的钢架连接牢固,钢架间采用22纵向连接钢筋连接,环向间距0.5m。 (3)塌方空腔体内预埋108钢管,待初支完成后向塌方空腔体内吹填C25喷射混凝土。,洞内塌方实例锦赤铁路(二),5、注意事项 (1)加强塌方段的监控量测,对侵限部分初支进行拆换。 (2)严格控制施工进尺,初支及早封闭成环,二衬紧跟。 (3)做好地表水引排及洞顶低洼地段的防排水处理,防止地下水下渗影响隧道安全。 (4)施工临时便道应远离隧道洞顶,防止重车反复碾压对隧道初支造成不利影响。 (5)设置专人在隧道内进行观察,发现异常情况及时撤离洞内施工人员。,洞内塌方实例锦赤铁路(二),三、永兴隆隧道DK81+090DK81+098塌方 1、原设计情况 永兴隆隧道DK81+078DK81+098段设计为级围岩,采用级围岩加强复合式衬砌,环形开挖预留核心土法施工,初支采用全环I16型钢钢架,间距0.8m/榀,二衬采用C35钢筋混凝土结构,拱部采用42超前小导管注浆支护。,洞内塌方实例锦赤铁路(三),2、施工情况 本段隧道采用上下台阶法开挖,2010年10月6日,上台阶掌子面开挖至DK81+095并准备进行支护时,隧道拱顶覆盖土层发生塌陷,洞内坍塌范围为DK81+090DK81+098,地表出现一塌陷,宽度7米(纵向)5.5米(横向)5.0米(深)。,洞内塌方实例锦赤铁路(三),洞内塌方实例锦赤铁路(三),3、塌方原因分析 DK81+090DK81+098段隧道上方地表面为水流冲沟,埋深较浅,拱顶以上覆盖层为残坡积泥质粉砂岩,围岩松散破碎,且近期降雨较多,地表水下渗导致围岩失稳,造成塌方。,洞内塌方实例锦赤铁路(三),4、处理方案 (1)对塌腔壁及掌子面采用C25喷混凝土封闭,喷砼厚8cm; (2)为防止塌方进一步扩大,DK81+080DK81+090段隧道拱部及边墙采用42小导管径向注浆加固地层,小导管长3.5m,间距1.21.2m,注浆材料采用1:1水泥浆; (3)DK81+090DK81+098塌方
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