有關鐵路隧道塌方段治理方法及原則分析

1、有關鐵路隧道塌方段治理方法及原則分析 摘要：在鐵路隧道的建設過程中，塌方是最為常見的安全事故之一，不僅會大幅度的提高工程費用、延誤工期、損害施工器械，而且對施工人員的生命安全也會造成嚴重的威脅。本文以近年來我國鐵路隧道典型塌方事故為研究對象，從引發(fā)隧道塌方事故的主要因素出發(fā)，并就塌方段治理原則及治理方法進行了重點的分析與探討。 關鍵詞：鐵路隧道；塌方段；治理方法；治理原則 鐵路隧道工程具有縮短行車里程、保證運營安全和保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境等方面優(yōu)點，因此在我國鐵路建設中，得到了廣泛的應用和普及。截止2012年，我國已成功修建了9500多座，總延長6000多公里的鐵路隧道，隧道的數(shù)量與總長度均居于世界

2、首位。然而我國鐵路隧道的建設起步相對較晚，技術積累仍處于初步階段，加上隧道工程施工技術復雜、施工周期長、不可預見風險因素多以及受環(huán)境因素影響大等特點，都極易引發(fā)隧道塌方、涌水、巖溶塌陷等地質災害，在下表1中，即為近年來我國鐵路隧道施工中的典型塌方事故。從表1中可看出，鐵路隧道塌方事故的發(fā)生，給施工正常建設和施工人員的生命安全都帶來了極大的危害。為此，必須采取有效的治理方法與治理措施，以保障鐵路施工建設的安全。 表1 20072012年典型鐵路隧道塌方事故 一、引發(fā)鐵路隧道塌方的主要因素 1、直接因素 圖1 大管棚施工工藝示意圖 （1）地質因素。當鐵路隧道需穿越風化嚴重的堆積層、破碎帶，或者需要

3、穿越斷裂褶皺帶時，都極易出現(xiàn)塌方事故；若隧道洞口處地形陡峭、洞口處有不利的地形、地貌或地質，都容易導致隧道洞口端巖體出現(xiàn)變形或塌方；若隧道洞身端的巖體為溶洞發(fā)育或不穩(wěn)定的危巖體，當出現(xiàn)地層應力超過巖體的長期強度時，則會導致巖體的變形或塌方。 （2）水文氣候因素。大量鐵路隧道塌方案例表明，自然界中的大氣降水、裂隙水、溶洞水等對隧道巖體的風化與侵蝕是導致隧道塌方的重要因素之一。尤其是地下水位的改變或者地表的大量降水，往往會導致隧道圍巖結構的改變，使巖體的承載力和強度都受到大幅度降低，從而引發(fā)塌方事故。 2、間接因素 （1）勘查設計因素。鐵路隧道的勘查設計作為隧道施工建設的一個重要環(huán)節(jié)，若地質勘查設

4、計不詳，則不能真實反映鐵路隧道的實際地質情況與地質構造，也會影響到后續(xù)施工方法與施工方案的確定，從而給后面的施工建設帶來嚴重的安全隱患。 （2）施工因素和管理因素。一方面是隧道施工人員和管理人員素質偏低，在施工過程中心存僥幸心理，沒有嚴格按照相應安全管理章程進行管理，施工單位也沒有嚴格遵循施工技術、施工方案進行規(guī)范化、標準化施工；另一方面則是現(xiàn)場施工人員的施工經驗不足，對于易塌方段的防塌意識不強，或者對于突然出現(xiàn)的不良地質現(xiàn)象沒有充分估計，導致安全準備不充分或沒有采取適宜的補救措施，而引發(fā)塌方事故或更嚴重的塌方。 二、鐵路隧道塌方段的總體治理原則 對鐵路隧道塌方段的綜合治理，應嚴格遵循“安全、

5、高質、高效和適用”原則。 1、安全原則 為保障施工設備與施工人員的安全，避免塌方事故的再次發(fā)生，應遵循“確保安全，寧強勿弱”的安全原則，以制定出切實可行與安全可靠的施工方案與工藝措施。 2、高質原則 為保障鐵路隧道近期施工的安全通過，以及在交付運營后隧道襯砌結構在長期使用過程中的安全性與可靠性，因此要切實保證塌方段治理后的工程質量，做到“一次實施，不留后患”。 3、高效原則 為盡量降低塌方事故對鐵路建設的不良影響，確保工期的順利實現(xiàn)，在鐵路隧道塌方段的治理，應采用高效、先進的治理方法與治理措施，并做好總體性的協(xié)調工作，使塌方段得到盡快的治理。 4、適用原則 應細化與落實設備、機械、人員、管理等

6、各項實施方案，以確保治理方案的可操作性與適用性， 三、鐵路隧道塌方段的主要治理方法 1、塌方段情況及原因分析 （1）塌方段情況 某隧道工程起止里程為dk3+430dk6+655，全長3225米，共設置有5座斜井施工。3#斜井位于線路左側，線路交與正線dk5+268。2012年12月，該隧道3號斜井掌子面發(fā)生流沙坍塌事故，塌方段局部還伴有初期支護開裂和變形現(xiàn)象，共有5名施工人員受傷。 （2）塌方原因分析 地質因素：該隧道洞身段原設計為第三系砂巖，級圍巖，采用級加強支護結構。開挖顯示巖體的成巖性差，掌子面普遍滲水，擾動后呈砂狀。且圍巖結構的穩(wěn)定性差，掌子面及拱部易坍塌，為高風險鐵路隧道。 人為因素

7、：一方面是施工方法沒有嚴格遵循設計方法進行，導致開挖與支護方案與實際圍巖不符；另一方面則是現(xiàn)場工人施工經驗不足，對于隧道施工時的安全意識和防塌意識不強，沒有重視監(jiān)控量的預警作用，對已出現(xiàn)的一些巖裂、支護變形等信息沒有及時的重視與反饋。 2、具體治理方法的應用 （1）施工方案的確定 對該隧道塌方段現(xiàn)場實際調查分析，該塌方段為大塌方，塌方影響區(qū)域約為40m，拱頂埋深約為60m。由于該塌方段圍巖結構穩(wěn)定性差，在塌方后圍巖的平衡力極弱，容易再次發(fā)生塌方，因此其施工方案主要確定為：地表坍穴的排水處理臨時支撐加固措施大管棚施工工藝措施監(jiān)控測量。 （2）地表坍穴的處理 對地表坍穴的處理是進行隧道塌方段治理的

8、首要步驟，其目的是防止地表降水或徑流進入到地表坍穴當中，而導致圍巖結構承載力與強度的進一步降低，并對后續(xù)的治理工作帶來不便。 首先，應當在坍塌區(qū)域周圍適當設置截水溝和搭設遮雨棚，以有效避免地表降水和徑流進入到地表坍穴；其次，由于該隧道塌方段周邊土體多為粉質黏土，土體較為松散，為避免治理過程中土體繼續(xù)出現(xiàn)坍塌，應當在地表坍穴周邊約4m范圍內進行注漿固結；最后，由于沉陷坑體邊坡多不規(guī)整，且坡度較大，不利于錨噴防護的效果，為此還應當對沉陷坑體的邊坡進行適當?shù)男拚?（3）臨時支撐加固措施 為防止隧道塌方段的繼續(xù)擴大，并為下一步治理工作做好準備，則應當進行相應的臨時支撐加固措施。具體措施有以下幾個方面

9、： 可在初期支護的內側塌方段設置小導管進行注漿固結，以加強塌方段的穩(wěn)定性；在塌方段的坡面處，可先回填部分土體并修整平順后，再噴射混凝土進行封閉，以防止塌方段在后續(xù)注漿壓力下出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象；對于初期支護已出現(xiàn)局部開裂、變形的區(qū)域，可采用圓木排架等措施亦防止支護的繼續(xù)變形。 （4）大管棚施工工藝措施 針對該塌方段的情況，主要采用了大管棚施工工藝，其方法為利用管棚支護與超前小導管注漿相結合，以實現(xiàn)對巖體的超前預加固。其主要施工工藝流程見下圖1所示。 該塌方段管棚采用的是1336mm的無縫鋼管，根據(jù)管棚工作室的實際長度，管棚可按照2m或4m每節(jié)進行絲扣對接，要求相鄰管的接頭處應錯開位置，在管身處進行注漿

10、孔的鉆進；在大管棚鉆進到位后，即可在管內進行鋼筋籠的安放，并在封孔口裝設注漿嘴，采用的注漿漿液為純水泥漿，其水灰比應控制在0.81.1左右，注漿時的壓力則應控制在2mpa以內；由于該塌方段大管棚的設計長度為30，其鉆進過程較為困難，因此可考慮分兩個批次進行施工，從而根據(jù)第一批注漿的效果對第二批的相應注漿參數(shù)進行調整。 （5）監(jiān)控測量 由于在臨近塌方區(qū)域的支護結構，很容易受到塌方的影響而出現(xiàn)支護的開裂與變形，并給塌方段的治理帶來安全風險。因此，為了保證隧道塌方段治理過程中的施工安全，應重點做好相應區(qū)域的監(jiān)控測量措施。 首先，應在臨近塌方段的支護區(qū)域、施工區(qū)域，做好監(jiān)控點的布設，主要是監(jiān)測巖體周邊的收斂情況、拱頂下沉情況以及支護的變形情況等等，要求監(jiān)測工作應與施工建設同時進行；其次，對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理應做到及時、準確，并繪制出相應的時間位移曲線，若曲線正常則表明塌方段的治理施工正在穩(wěn)步進行，若曲線出現(xiàn)突然的轉折與反常，則表明隧道圍巖結構的應力出現(xiàn)較大的變化，則應當迅速采取相應的補救與處理措施，以保障施工建設的安全。 總結： 塌方作為鐵路隧道建設中的常見工程地質災害，不僅給工程建設帶來巨大的損失，而且嚴重威脅到施工人員的生命安全。目前，我國對于鐵路隧道塌方事故的治理，已積累了較多寶貴的經驗，并且不乏成功治理塌方事故的典范。本文結合某隧道塌方段的實際治理為