B3山隧道进口塌方段处理专项施工方案

XSGZQ-7标段

屏峰山隧道进口塌方段

处理专项施工技术方案

编 制：   邓   俊   晔   

审 核：   胡   继   峰   

批 准：                  

中能建设总公司厦深铁路(广东段)工程指挥部

二〇〇九年十一月十日

屏峰山隧道进口塌方段处理专项施工技术方案

1、工程概况

1.1  塌方事故发生经过

屏峰山隧道进口目前掌子面开挖里程为DK347+786.2，仰拱浇筑里程DK347+735，二衬浇筑里程DK347+705.1。2009年11月4日早上7:10，仰拱DK347+735～DK347+744段进行爆破开挖作业，10:05洞内带班作业人员发现DK347+735仰拱上部拱顶发生开裂并且掉块，决定现场停止作业并加强观测，10:35拱顶开裂速度加快，并伴随响声，现场带班人员决定人员机械马上撤离，并于10:45分撤离完毕，10:55拱顶发生塌方，并不断扩大，拱顶上部地表发生沉陷，沉陷区域约为30×20米。

塌方发生后，分部迅速向工程指挥部汇报。11:30指挥部领导赶往现场，进行应急布置。

1.2  隧道设计及变更情况

屏峰山隧道原设计DK347+699～DK348+742为III级围岩，在DK347+732有一处综合洞室，综合洞室尺寸为4m（宽）×3.18m（高）×5m（深），15cm厚喷射混凝土。但根据TSP超前地质预报（编号：XSGZQB7-TSP13，预测里程DK247+699～DK347+819）预报结果，该里程范围隧道围岩为IV～V级，并且在DK347+736、DK347+761、DK347+773附近发育较大结构面。

2009年7月4日在隧道掘进至DK347+699，现场围岩松散，上部为土质，并在隧道开挖过程中伴有塌方，洞内塌方及围岩性质见图 1。据此我部提请围岩等级变更（建议书编号：XSGZQ-7标段（隧）2009-030），建议将隧道围岩等级变更为V级加强复合式。2009年7月6日由业主主持召开四方会议，形成会议纪要（会议纪要编号：厦深铁路广东段7标段隧（变）纪29号）决定将DK347+699～DK347+719段隧道围岩变更为V级复合式，采用超前小导管进行预支护，初期支护为Φ25格栅钢架＋锚杆＋网喷支护。

图 1  DK347+699洞内塌方现场

2009年7月21日在隧道掘进至DK347+719，现场围岩软弱，强风化，局部全风化，裂隙极发育，中部为土质夹层（见图 2）。据此我部提请围岩等级变更（建议书编号：XSGZQ-7标段（隧）2009-035），建议将隧道围岩等级变更为V级加强复合式。2009年7月23日由业主主持召开四方会议，形成会议纪要（会议纪要编号：厦深铁路广东段7标段隧（变）纪34号）决定将DK347+719～DK347+739段隧道围岩变更为V级复合式，采用超前小导管进行预支护，初期支护形式为Φ25格栅钢架＋锚杆＋网喷支护。

图 2  DK347+719掌子面围岩性质

1.3  实际施工情况

在实际施工过程中，为了确保隧道施工安全，我部将DK347+699~DK347+723段，总长24m的隧道初期支护形式加强为I20工字钢钢架，间距按照V级复合式衬砌的0.8m/榀进行施工，其余设计均按照V级复合式衬砌进行施工。综合洞室2009年10月24日开挖，2009年10月29日开挖完成，采用机械开挖，为了确保施工安全，我部除按照设计要求喷射15cm混凝土外，我部对综合洞室初期支护进行了加强，增加了5榀Φ22格栅钢架，间距0.8m/榀。

图 3  初期支护采用I20钢拱架，小导管注浆

1.4  监控量测情况

根据隧道施工组织设计，我部进行了隧道的拱顶沉降与净空收敛的监控量测工作，监控点里程为DK347+732，DK347+742，每个断面有拱顶沉降观测点1组，净空收敛观测点2组。

观测结果表明，前期施工的上台阶、中台阶、下台阶拱顶沉降及净空收敛均已趋于稳定。开挖综合洞室后我部继续对该段进行观测，直至11月3日，净空收敛无变化，拱顶沉降处于匀速发展阶段，但沉降收敛幅度均在规范允许的安全范围之内，不需要进行加强观测或加强支护。观测数据如所示：

图 4  DK347+742监控量测数据变化曲线图（CM）

图 5  DK347+732监控量测数据变化曲线图（CM）

1.5  塌方现场隧道断面及地表情况

塌方发生时，隧道掌子面开挖里程为DK347+786.2围岩为凝灰岩红褐色，弱风化局部强风化。仰拱浇筑里程为DK347+735，为V级复合式衬砌。二衬浇筑里程为DK347+705.1，为V级复合式衬砌。隧道地表沉陷里程为： DK347+730.82~DK347+751.1，塌陷深度约为6m。导致DK347+710~DK347+770段初期支护拱部变形大，初期支护侵限。

2、编制依据

（1）厦深铁路广东段7标段隧(变)纪〔2009〕 81 号

（2）设计图纸及相关参考图

（3）《屏峰山隧道施工组织设计》

（4）《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ 214－2005）

（5）《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005] 160号）

（6）《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003、J287-2004）

3、水库段处理方案及施工流程

3.1  处理方案

3.1.1 变更设计方案

根据《厦深铁路广东段7标段隧(变)纪〔2009〕 81 号》会议纪要，屏峰山隧道进口塌方段的处理方案为：

（1）立即停止掌子面的开挖，封闭掌子面。

（2）对塌方体DK347+700~DK347+720段进行回填洞渣反压，回填至拱脚。

（3）DK347+710~DK347+770段隧道拱脚部位及回填洞渣底部设置30cm厚C20喷砼临时仰拱，临时仰拱内设I22a钢架，间距0.8m，钢架须和初期支护内的钢架焊接并封闭成环；上台阶中部设竖向扇形支撑，支撑采用I22a钢架，间距0.8m。

（4）在DK347+720~DK347+760段采用Φ108长管棚加强，环向间距为0.2m，施工参照《厦深汕深隧参04（Y）-14》图，注浆压力为0.5~2Mpa。

（5）在DK347+725~+756段采用双层小导管注浆，施工参照《厦深汕深隧参04（Y）-12》图。

（6）在DK347+710~+770段拱部初期钢架变更为I20工字钢钢架，间距0.8m，拱部工字钢于边墙格栅钢架连接板连接。

（7）对DK347+730~+751塌方段初期支护进行加强处理，钢架间距由0.8m调整为0.4m，钢架与钢架之间连接筋由1m调整为0.5m，喷砼厚度调整为30cm。

（8）DK347+730~+751塌方段初期支护施工完毕之后，对DK347+710~+730段及DK347+751~+770段进行换拱，换拱前临时仰拱及竖向支撑必须施工完毕。

（9）在DK347+710~+730段及DK347+751~+770拱部采用径向小导管注浆，小导管长5m，环向间距1m，纵向间距2.4m，小导管需和钢架焊接，注浆采用水泥浆液，其设计详见厦深汕深隧参04(Y)-17。

（10）侵限地段隧道换拱的前提条件：侵限地段隧道初期支护变形已稳定，径向小导管注浆及中部设竖向支撑已施工完成。钢架要求逐榀更换，每更换完成一模长度，应及时进行二次衬砌浇筑。

（11）做好地表塌陷处的防排水措施。

（12）待本段换拱施工完毕及初期支护变形稳定后方可进行掌子面的开挖。

（13）待二衬施工完成后，地表塌陷处进行回填。

（14）施工中应加强监控量测，作好应急预案和安全防护，保证施工安全。

（15）加强洞内外监控量测，作好应急预案和安全防护，保证施工安全。现场实施方案

3.1.2 现场实施方案

（1）塌方处理方案的目的

1）塌方处理方案首先在隧道拱腰顶部位置形成施工作业平台。

2）在施工作业平台上将原有钢拱架进行加固处理，形成长管棚的支撑点。

3）施工长管棚，将洞顶以上塌方体与洞内塌方体分隔，上部塌方体不再往下滑落。

4）逐步向前开挖，施工竖向支撑，通过塌方区域。

5）塌方体稳定后，再对已经变形侵限的拱架进行换拱处理。

（2）屏峰山隧道进口塌方段实施性处理方案

根据变更处理方案，现场实施性处理工艺流程为：

图 6  屏峰山隧道塌方段施工工艺流程图

（3）第一阶段施工

分离塌方段上下土层，保护洞内施工安全。

1）回填反压

采用洞渣料进行回填，挑选质量坚硬的石渣进行回填，块度过大、洞口开挖的土料不能作为回填主要材料。回填的高程为拱脚，即离拱顶4.5m的位置。反压完成后在顶部修筑施工平台，平台宽度为隧道宽度，修筑长度为10m，DK347+707～DK347+717。从隧道仰拱至洞顶施工平台设置施工便道，便道坡度15％，便道里程为DK347+662～Dk347+707。便道及平台表面采用粒径较小的碎石及粘土铺垫20cm厚，以便在其上放置临时仰拱时基础受力均匀。

2）临时仰拱及竖向支撑施工

临时仰拱采用I22工字钢，两端与原拱墙格栅钢架采用连接板连接，连接板大小20×30cm，分别与格栅拱架、临时仰拱工字钢焊接牢固，之间采用M24螺栓连接。临时仰拱及竖向支撑设置见图 7。

图 7  临时仰拱及竖向支撑设置

3）大管棚施工

利用已经加固的拱架作为支撑点施工大管棚，大管棚采用钢花管。大管棚水平投影长度25m，搭设角度15～18°，搭接长度5m，即每20m施工一环。大管棚施工范围为拱顶120°，间距20cm，共计施工81根。施工两环，第一环施工里程为DK347+717，管棚作用范围为DK347+717～DK347+737；第二环施工里程为DK347+737，作用范围为DK347+734～DK347+757。

4）双层小导管施工

大管棚施工完成后进行双层小导管施工，双层小导管采用钢花管，长度5m，外层打设角度40°，内层打设角度10～15°。小导管环向间距30cm，每3m施作一环。详细结构参见《厦深汕深隧参04（Y）－12》图。

5）隧道掘进

完成大管棚及小导管施工后进行隧道掘进，隧道掘进首先将塌陷的原结构格栅拱架找出并拆除，然后安装I20工字钢拱架，工字钢拱架的尺寸及结构参见《厦深汕深隧参04（Y）－04～07》图。

在DK347+717～DK347+730段，I20工字钢拱架间距为80cm，与原有格栅拱架连接，连接处采用连接板，连接板大小为20cm×30cm，一块与原有格栅拱架连接角钢焊接，另一块与工字钢拱架焊接，两块之间采用M24螺栓连接。为增强工字钢拱架的支撑强度，每个单元两端均设置锁脚钢管，每处设置4根（上台阶共有三个单元A＋2B，共设置16根），锁脚钢管为钢管，长4.5m，锁脚钢管与钢拱架连接处采用马蹄形碗口焊接。拱架安装完成后按照第2）点要求设置临时仰拱及竖向支撑。拱架之间采用连接钢筋将内侧翼缘板连接，连接点为焊接，连接钢筋间距为1m。

在DK347+730～塌方体掘通，I20工字钢拱架间距为40cm，其中一半与原有格栅拱架连接，连接要求同前，另外一半采用说教钢管固定于拱墙上，底部采用喷射混凝土回填密实，钢拱架之间的连接钢筋间距为50cm。其余要求同上

钢拱架、临时仰拱及竖向支撑施工完成后，对临时仰拱进行素喷混凝土施工，喷射混凝土厚度30cm。

重新安装系统锚杆及喷锚支护，采用的支护参数为V级围岩加强复合式衬砌的锚杆与喷射混凝土施工参数，详见《厦深汕深隧参01（Y）－14～15》。

6）重复上述工序施工，直至塌方体贯通。

（4）第二阶段施工

第二阶段施工为拱顶换拱，设计的换拱部位初定为DK347+710～DK347+717及DK347+756～DK347+770两端，最终按照测量数据确定。此时两段施工可以同时进行。

1）洞渣回填

对于塌方体的大里程方向，继续回填洞渣至工作平台高度，以便进行临时仰拱及竖向支撑的施工。

2）DK347+756～DK347+770段临时仰拱及竖向支撑施工，施工参数与第（3）大点第2）小点相同，若其后测量放样中DK347+770以后仍然有侵限，这增加临时仰拱及竖向支撑的施工范围，至无侵限情况发生。

3）测量放样

对DK347+705.1～DK347+717及DK347+756～掌子面进行测量放样，确定初衬侵限的范围

4）径向小导管注浆

径向注浆采用钢管，钻孔长度5m，钢管长1m，注浆孔环向间距1m，纵向间距2.4m，注浆采用水泥浆，水灰比1:1，注浆压力0.5～2MPa。其余参数参考《厦深汕深隧参04（Y）－17》。

5）换拱

换拱为每单元一换，禁止同时换超过2个单元，换拱工字钢采用I20工字钢拱架，间距与原有间距相同。

6）连接钢筋、网喷混凝土施工

换拱完成后重新施工连接钢筋及网喷混凝土，连接钢筋间距1m，网喷混凝土厚度28cm，钢筋网为钢筋网，网眼间距15cm×15cm。

（5）第三阶段施工

进行中台阶及下台阶的开挖，并更换侵限的钢拱架。

1）中台阶左导坑开挖

2）测量钢拱架是否侵限

3）若不侵限，继续开挖，若发生侵限，按照第（4）点第4）～6）小点规定的施工流程进行换拱。

4）滞后5m后开挖中台阶右导坑，并换拱。

5）滞后5m后开挖下台阶左导坑，并换拱。

6）滞后5m后开挖下台阶右导坑，并换拱。

7）滞后3m拆除临时仰拱及竖向支撑并开挖核心土。

3.2  主要工程量

表 1  屏峰山塌方段处理工程数量表