浅谈砂质黄土隧道塌方原因和处理技术

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1、浅谈砂质黄土隧道塌方原因和处理技术　　摘要：砂质黄土隧道建设中，围岩塌方事故经常发生，严重影响了施工安全和质量。本文以阳咀隧道坍塌事件为例，分析了该隧道塌方形成的原因，研究提出针对性的处理方法，并取得了预期效果。关键词：砂质黄土；隧道塌方；原因分析；处理技术中图分类号：U45文献标识码：A引言砂质黄土隧道是我国西北地区较为普遍的土质隧道，是难以修建且建成后病害较多的一类隧道。黄土隧道开挖后，因其抗剪强度低，初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短，甚至不能自稳，开挖后极易发生掉拱、塌方现象。施工中应高度重视黄土地质条件的影响，并积极妥善采取合理的方案进行处

2、理，对于预防和避免塌方事故的发生具有重要意义。工程概况6内蒙古青春塔煤矿铁路专用线ZH-4标阳咀隧道全长1131m，为单线铁路隧道，起讫里程为D2K22+732～D2K23+863，位于准格尔旗罐子沟～沙咀子区间。隧道穿越黄土丘陵区，地形起伏较大，冲沟发育，属黄土沟壑地貌，坡面覆盖厚度粉细砂。隧道最大埋深约80m，最浅埋深约4m。隧道洞身通过区围岩主要为第四系全新统粉砂、细砂（Ⅵ围岩），下部为中密砂质黄土（Ⅴ围岩）。本隧道为砂质黄土隧道,施工时遵循新奥法的原则。采用喷锚网初期支护，仰拱超前施做，拱墙二次衬砌一次立模灌注；Ⅴ、Ⅵ级围岩采用弧形导坑预留核心土法

3、开挖，严禁放炮，管棚及超前支护采用干钻；全环加设工16型钢钢架，Ⅴ围岩纵向间距1.0m/榀，Ⅵ围岩纵向间距0.6m/榀；拱部设φ42超前小导管，环向间距0.3m，每3.0m一环，每环32根，每根长4.5m。隧道施工情况该隧道由出口向进口端实际按三台阶七步开挖法施工，施工时严格按照设计要求和施工规范进行操作，遵照“早预报、管超前、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则进行施工。2013年3月15日塌方前，上台阶开挖至D2K23+045，下台阶开挖至D2K23+052，仰拱施工至D2K23+060，全断面复合式衬砌施工至D2K23+07

4、1，已完成的初支及二衬表面未见有裂纹和掉块现象出现，未发现有变形变化。62013年3月15日9:15时，掌子面D2K23+039.6正在进行扒渣作业，安全员突然发现掌子面有土体掉块情况，就立即组织施工人员撤离到安全地段，随即D2K23+039.6～D2K23+062.6段拱顶初支下沉破坏，紧接着该段隧道洞顶土体急速下落造成塌方，同时发现洞顶地表出现直径20米、深度4米左右的圆锥形塌陷。见以下塌方示意图1和洞内塌方照片2。塌方示意图1洞内塌方照片2塌方原因分析根据现场情况，分析隧道塌方的主要原因为：⑴阳咀隧道穿越黄土丘陵区，地形起伏较大，冲沟发育，属黄土沟壑

5、地貌；D2K23+062.6～D2K23+039.6段围岩级别为V级围岩，埋深46～49m，隧道洞身通过地层为砂质黄土，褐黄色，具大孔性，以粉粒为主，砂粒、黏粒次之，稍湿，Ⅱ级普通土。砂质黄土的特性结构松散，垂直节理发育，结构强度低，水理性质差，多分布于沟掌溯源侵蚀强烈地带，易发生规模较小坍塌，自稳性较差，具有非自重湿陷性，属特殊黄土类。⑵D2K23+062.6～D2K23+039.6段施工时正处春季融雪期，因气候回暖，地表及冲沟内积雪解冻、融化下渗，土体含水量饱和，导致土层粘聚力大幅降低甚至消失，绝大部分洞顶土体自重施力于隧道超前支护上，当超前支护局部强

6、度不够，就造成了洞顶土体失稳、拱部初支下沉，并很快引起连锁反应，造成大面积的突发性坍塌现象。6塌方处理措施隧道塌方后，2013年3月19由业主组织，监理单位、设计单位及施工单位参加，对青春塔煤矿铁路工程ZH-4标阳咀隧道D2K23+039.6～D2K23+062.6塌方地段进行了会勘，形成以下处理措施：⑴地表处理①气候转暖，地表冻土解冻可能影响地表塌陷区扩大。地表陷坑继续设置安全警戒线，设立安全警示标牌，并派安全员巡查，避免人畜误入，确保安全。②地表塌陷范围外5m处设置截水沟，以防雨季时地表水汇集下渗影响隧道安全。③D2K23+062.6～D2K23+03

7、9.6坍塌段洞内处理完毕，并监测稳定后，回填地表陷坑，回填范围高出原地面50cm。⑵于D2K23+067.6～D2K23+062.6（5m）未坍塌段拱墙设置φ42小导管径向补注浆加固，以锁口加固控制坍塌影响范围，确保施工安全。径向加固范围为开挖轮廓线外4m，小导管采用φ42钢花管，每根长4.5m，间距1.5m×1.5m，交错布置。⑶D2K23+062.6～D2K23+039.6（23m）坍塌段加固处理6①该段拱部设置φ89超前大管棚+大外插角φ42小导管注浆加固，大管棚采用φ89钢花管，每根长9m，环向间距0.4m，纵向间距7m，搭接2m，共设3环，每环2

8、4根。每环大管棚施作前设置1榀钢架支撑定位，注浆完毕后于管口设置法