1.工程概况
秦东隧道是郑州至西安铁路客运专线重点隧道工程之一,全长7 684 m,开挖断面面积163 m2,洞室最大宽度15.18 m、最大高度13.32 m,为目前国内黄土隧道之最。隧道起迄里程:dk333+312～dk340+996,其中隧道进口dk333+390～dk333+465段采用“双侧壁导坑法”施工。dk333+465~+500段采用“crd法”施工。
隧道施工至dk333+487时,dk333+470～dk333+487段中隔壁右侧在无明显征兆的情况下突然坍塌。塌方后,中隔壁喷射砼局部开裂,部分钢支撑发生变形,左侧相邻段喷射砼开裂,洞顶正上方地面形成一个长22 m、宽16.2 m、深2~5 m的陷坑,且周边地表有多处裂缝。
2.地质水文情况
2.1地形地貌
隧道所经区域主要为黄土台塬区及黄河阶地区两大地貌单元,隧道进口段位于黄河ⅱ级阶地区。隧道进口dk333+390～dk333+500段埋深约7~26 m,中线与山体斜交,具有浅埋、偏压特点。隧道洞口坡面黄土冲沟较发育,洞顶均为荒地、坡地,植被稀疏。地下隐藏的古墓较多。dk333+465正上方上有一弃用的蓄水池。
2.2工程地质
黄河ⅱ级阶地表层为第四系上更新统风积的砂质黄土所覆盖,下伏上更新统冲积砂质黄土。
第四系上更新统风积砂质黄土:厚度10~18 m,坚硬—硬塑,ⅱ级,δ0=150 kpa。
冲积砂质黄土:厚度大于15 m,硬塑。局部软塑,ⅱ级,δ0=150kpa。
砂质黄土具ⅲ～ⅳ级自重湿陷性,湿陷性土层厚约22m。
dk333+430~dk333+545为一错落体,位于隧道洞身上部20 m,为不良地质地段。
2.3气象水文
工程所在地夏季炎热多雨,在坡面陡峭、冲沟稳定地段,降雨对隧道上覆围岩影响不大:但在易积水处,易下渗改变隧道上覆围岩含水量,影响围岩稳定。
3.塌方原因分析
3.1现场监控量测结果
秦东隧道塌方段施工过程中进行了拱顶下沉量测,每5 m布置一个测点,每天量测2次。dk333+475处拱顶下沉量测结果如图2所示。
dk333+475处拱顶下沉量测结果显示,dk333+470~dk333+475段在塌方前拱顶变形已趋于稳定,因而此次塌方应是在多种因素共同作用下造成的突然失稳。
3.2塌方原因
因塌方段为大断面、大跨度结构,开挖对较大范围内的围岩造成了扰动。使错落体内的围岩自稳性更低。因偏压的作用,初期支护受力复杂,易产生破坏。在雨水的渗透作用下,上覆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初期支护上。当初期支护局部强度不够。或者由于洞顶地表土体的垮塌形成冲击荷载而使初期支护强度相对不够时,就会造成局部坍塌,并很快引起连锁反应,造成大面积的突发性塌方。
此外,由于大断面黄土隧道施工经验不足,施工人员主观上对黄土的认识不足。缺乏对这种突变性情况的预见性,也是本次事故发生的间接原因。
4.塌方处理技术方案
4.1塌方处理原则
塌方段处理遵循“预加固、管超前、小断面、短开挖、强支护、早成环、快封闭、勤量测”的原则。
4.2具体的处理措施
在地表建立临时防排水设施。在塌坑上方搭设防雨棚,塌坑周边设置截排水沟,严防地表水灌入隧道。
加强中隔壁左侧支护。在中隔壁左侧上、下导坑钢架或木支撑中间加设环向封闭的型钢架进行支撑,钢架间采用φ42钢管进行纵向连接,钢管环向间距0.5 m。新增钢架与既有支护体系密贴,确保新增钢架与既有支护体系能组成整体受力体系。
地表加固及回填处理。在crd工法中隔壁左侧加固全部完成后,在地表陷坑裂缝以外5 m范围内采用φ42钢花管对塌陷土体进行注浆加固。钢花管间距1.2 mx1.2 m。注浆完成后将地表陷坑回填密实,并高出地表50 cm,回填表面3 m采用三七灰土隔水层,以有效引排地表水,防止地表水下渗。
开挖塌方体。超前注浆预支护施工完毕后,开始进行塌方段土体的开挖和支护。?塌方段土体开挖到原掌子面后,停止开挖,对掌子面进行封闭处理,及时施作已开挖地段的仰拱及二次衬砌。
4.3主要施工技术
4.3.1地表注浆
注浆施工前,先对陷坑表面进行平整,然后打设小导管。
注浆采用自下而上式孔口封闭注浆法。注浆材料为水泥浆,水灰比为0.8:1—1:1。注浆压力根据注浆深度控制在0.1~0.6 mpa。
注浆顺序,先施工边缘帷幕孔,再施工加固孔。
4.3.2大管棚施工
主要设备:htc-100管棚水平钻机、3塌方体开挖
开挖分上下台阶进行,先开挖上台阶,后开挖下台阶。
5.处理效果
塌方处理过程中各项变形均控制在允许范围内,现已安全渡过塌方段,塌方处理达到了预期的效果。
6.结语
由于受地质勘探的局限性、地质条件的多变性以及黄土成分的复杂性影响,黄土隧道施工中存在很多影响安全的不确定因素。施工中每一项工作都与安全紧密相关,环环相扣,这就需要工作一丝不苟。对于大断面黄土隧道施工,则应慎之又慎。 ◆
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