朔黃鐵路石河口隧道冒頂塌方整治技術(shù)

孟憲洪

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧 062350)

朔黃鐵路石河口隧道冒頂塌方整治技術(shù)

孟憲洪

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北肅寧 062350)

朔黃鐵路石河口隧道在運(yùn)營(yíng)期間發(fā)生冒頂，通過(guò)查閱隧道施工期間的資料，結(jié)合物探和鉆探等方法，掌握了冒頂段隧道襯砌及圍巖基本狀況，提出了重新夯填、采用小導(dǎo)管注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴、封堵地表水的綜合治理措施，治療效果明顯。

隧道冒頂 無(wú)損檢測(cè) 病害整治

朔黃鐵路隧道整體運(yùn)營(yíng)狀態(tài)基本良好，在竣工驗(yàn)收及后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，部分隧道出現(xiàn)過(guò)不同程度病害。如襯砌開(kāi)裂掉塊、冒頂、滲漏水、基底下沉等，影響到了列車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)。石河口隧道在施工過(guò)程曾發(fā)生過(guò)多次冒頂現(xiàn)象，給施工造成了極大的困難，在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，冒頂段再次出現(xiàn)塌陷。鑒于此，對(duì)病害的成因進(jìn)行了分析，提出了朔黃鐵路石河口隧道拱頂冒頂病害整治措施。

1 隧道頂部塌陷病害概況

朔黃鐵路原平分公司于2011年3月27日汛前設(shè)備大檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，石河口隧道頂部山坳處，原隧道冒頂處(K92+015—K92+037)漿砌片石約600 m2(長(zhǎng)30 m×寬20 m)鋪砌范圍發(fā)生嚴(yán)重變形，漿砌片石周邊與山體脫落，中間有直徑5 m的塌坑，塌坑可見(jiàn)深度1.0～1.5 m，砌石表面勾縫破損2處，尺寸為15 m×6 m(長(zhǎng)×寬)，15 m ×3 m，坑邊漿砌片石厚度為20～30 cm。塌陷位置示意如圖1～圖2所示。

圖1 石河口隧道拱頂塌陷平面示意

圖2 石河口隧道拱頂塌陷剖面示意(單位：m)

2011年6月24日現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)K91+980—K92+050有少量裂紋存在，裂紋處均有漏水痕跡。在K92+002—K92+004邊墻及拱頂裂紋處及K92+000下行側(cè)右邊墻離地3 m，6 m處滲水并有滲漏泥漿的痕跡。

2 隧道頂部塌陷病害區(qū)段施工情況

由于該隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，施工期間經(jīng)常發(fā)生塌方事故。通過(guò)對(duì)施工日志的查閱，施工期間共發(fā)生塌方42次，其中于1998年10月11日凌晨5時(shí)發(fā)生冒頂1次，冒頂?shù)攸c(diǎn)位于K92+015—K92+037(K93+823—K93+845)。施工日志記錄的冒頂原因是由于此段千枚巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育，風(fēng)化嚴(yán)重，呈土加石狀，屢次塌方形成的頂上空洞較大，以及雨水滲透作用使圍巖強(qiáng)度降低而冒頂。在此段距線(xiàn)路中心線(xiàn)15 m的山谷中形成22 m ×16 m(長(zhǎng)×寬)的穴坑。洞內(nèi)塌至K92+012(K93+818)處。

在隧道施工過(guò)程中，針對(duì)冒頂采取了以下處理方法：①將K92+012(K93+818)處塌方體進(jìn)行噴混凝土封堵，厚度不小于10 cm;②采用雙排小導(dǎo)管注漿加固地層，采用水泥水玻璃雙液注漿;③護(hù)拱采用噴混凝土，厚25 cm，將格柵改為43 kg/m鋼拱架，施工順序?yàn)橄攘摴凹芎髧娀炷?④用鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu);⑤下沉空間用土石方回填至地表，夯實(shí)后用漿砌片石封口;⑥襯砌背后設(shè)背貼式盲溝排水，每8 m設(shè)一道，襯砌施工縫采用橡膠止水帶，每6 m設(shè)一道，洞口仰坡頂外10 m截水天溝與線(xiàn)路路塹邊坡外天溝順接，見(jiàn)圖3。

圖3 石河口隧道病害段施工措施(單位：cm)

3 隧道頂部塌陷病害成因分析

石河口隧道勘查資料表明，病害區(qū)段地下水不發(fā)育，洞身有少量基巖裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給;圍巖為新黃土，具有濕陷性。

開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，雨水從漿砌面與周?chē)潦佑|面處滲入，在雨水長(zhǎng)期沖蝕作用下，黃土小顆粒被地下水帶走，產(chǎn)生空洞，引起土石方沉陷，并導(dǎo)致整體的封堵面下沉，后大量雨水經(jīng)陷坑處灌入頂部隧道，引起隧道內(nèi)涌泥。K92+002—K92+004邊墻及拱頂裂紋處及K92+000下行側(cè)右邊墻離地3 m，6 m處滲水，并有泥漿滲漏。

4 隧道頂部塌陷病害檢測(cè)

4.1 襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)

根據(jù)隧道病害現(xiàn)狀及初步的原因調(diào)查分析，為進(jìn)一步確定隧道襯砌質(zhì)量現(xiàn)狀，給病害整治工作提供依據(jù)，2011年5月31日采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)石河口隧道病害部位的襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)里程為K91+900—K92+150，位置為上下行拱腰及邊墻，測(cè)線(xiàn)布置如圖4所示，圖5和圖6為雷達(dá)探測(cè)圖。

圖4 地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線(xiàn)布置

通過(guò)檢測(cè)，得出如下結(jié)論：

1)與設(shè)計(jì)襯砌厚度相比，上行拱腰、下行拱腰、上行邊墻以及下行邊墻等多段二襯實(shí)測(cè)襯砌厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體如表1所示。

2)檢測(cè)里程段內(nèi) K91+904—K91+929，K91+984—K92+020，K92+045—K92+051，K92+102—K92+132，K92+137—K92+150段有鋼架分布，局部分布不均勻。

3)從隧道襯砌及襯砌背后回填情況看，上行拱腰、上行邊墻、下行拱腰、下行邊墻段等多個(gè)部位存在不密實(shí)與脫空現(xiàn)象。具體如表2所示。

圖5 下行拱腰K91+967—K91+984段空洞雷達(dá)探測(cè)剖面

圖6 下行邊墻K92+030—K92+050段不密實(shí)雷達(dá)探測(cè)剖面

表1 襯砌厚度不足區(qū)段統(tǒng)計(jì)

表2 襯砌不密實(shí)或脫空區(qū)段統(tǒng)計(jì)

4.2 襯砌鉆孔及孔內(nèi)攝像檢測(cè)

為了驗(yàn)證雷達(dá)檢測(cè)效果，選取13處典型地段進(jìn)行鉆探，并進(jìn)行孔內(nèi)攝像探測(cè)，鉆探結(jié)果如表3所示。對(duì)鉆孔進(jìn)行了孔內(nèi)攝像，典型孔內(nèi)攝像如圖7所示。

通過(guò)鉆探及孔內(nèi)攝像圖像分析可知，鉆探部位的二次襯砌實(shí)測(cè)厚度均小于設(shè)計(jì)厚度，襯砌背后存在空洞，與雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果一致。

5 隧道頂部塌陷病害整治方案

通過(guò)分析隧道頂部塌陷的形成原因及襯砌質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，確定該病害整治的方案為：采用重新開(kāi)挖天溝嚴(yán)格防排水，拆除全部原有漿砌片石重新夯填，采用小導(dǎo)管注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴，并布設(shè)排水波紋管，原土夯填加高并用黏土包坡植草等措施，將地表水徹底封堵。具體如下：

1)施作截水天溝。根據(jù)地形條件，在塌方體外側(cè)，從隧道前進(jìn)方向左側(cè)陡坎處呈環(huán)形，通過(guò)塌方體上游向隧道前進(jìn)方向右側(cè)開(kāi)挖并用漿砌片石鋪砌截水天溝，按規(guī)范截水天溝排水坡不得緩于1%。

2)拆除原塌方體上部漿砌片石鋪砌。從本次新發(fā)現(xiàn)的陷穴開(kāi)始，由內(nèi)向外將原塌方體漿砌片石鋪砌全部拆除。

3)開(kāi)挖并夯填原塌方體。自外而內(nèi)呈環(huán)形分臺(tái)階開(kāi)挖原塌方體，環(huán)形臺(tái)階寬2～3 m，深0.5 m進(jìn)行夯填，最后用黏土夯至同一坡面。

4)對(duì)原塌方體進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，噴混凝土加固。小導(dǎo)管長(zhǎng)5 m，環(huán)向間距0.8 m，梅花形布置。注漿材料采用水泥漿，注漿壓力0.5 MPa。注漿完成后，將露出地面小導(dǎo)管尾部用φ16鋼筋焊接，補(bǔ)充φ8鋼筋形成25 cm×25 cm網(wǎng)片，并噴C25混凝土形成20 cm厚的鋼筋混凝土柔性結(jié)構(gòu)。

表3 鉆探結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖7 典型孔內(nèi)攝像

5)埋設(shè)排水波紋管。在鋼筋混凝土柔性結(jié)構(gòu)上，預(yù)埋兩道φ30兩側(cè)帶孔波紋管，埋設(shè)深度15 cm，噴混凝土固定后用φ15波紋管連接，呈樹(shù)枝狀布置。φ30兩側(cè)帶孔波紋管滿(mǎn)鋪并直通下游出水口。

6)分臺(tái)階填筑、加高、加固塌方體，高出原地面0.3 m后，采用黏土包坡、植草防護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

隧道拱頂冒頂在隧道施工過(guò)程中較為常見(jiàn)，但運(yùn)營(yíng)隧道較少出現(xiàn)，鮮有成功整治案例。朔黃鐵路石河口隧道拱頂上部地表塌陷，惡化隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力，對(duì)隧道襯砌傷害嚴(yán)重，治理難度極大。作者在詳細(xì)查閱相關(guān)勘察、設(shè)計(jì)、施工及竣工資料的基礎(chǔ)上，采取地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔及孔內(nèi)攝像等多種檢測(cè)方法，綜合分析檢測(cè)結(jié)果，有目的性地提出了拆除全部原有漿砌片石重新夯填，注漿及噴鋼筋混凝土加固陷穴，堵排結(jié)合治理地表水的方案，成功治理了石河口隧道冒頂病害，運(yùn)營(yíng)一年多來(lái)從未出現(xiàn)問(wèn)題，為此類(lèi)病害的治理提供了參考。

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［3］北京鐵五院工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司．朔黃鐵路石河口隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告［R］．北京：北京鐵五院工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，2011．

［4］董勤銀．包蘭線(xiàn)東崗隧道病害整治措施與施工技術(shù)［J］．現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007(10)：77-79．

［5］卓益平．某隧道病害原因分析及整治加固技術(shù)［J］．公路交通技術(shù)，2010(8)：114-116．

U458.3

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．22

1003-1995(2013)05-0072-04

2012-12-20;

2013-02-20

孟憲洪(1966— )，男，山東章丘人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)