朔黄铁路石河口隧道冒顶塌方整治技术

孟宪洪

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁 062350)

朔黄铁路石河口隧道冒顶塌方整治技术

孟宪洪

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁 062350)

朔黄铁路石河口隧道在运营期间发生冒顶，通过查阅隧道施工期间的资料，结合物探和钻探等方法，掌握了冒顶段隧道衬砌及围岩基本状况，提出了重新夯填、采用小导管注浆及喷钢筋混凝土加固陷穴、封堵地表水的综合治理措施，治疗效果明显。

隧道冒顶 无损检测 病害整治

朔黄铁路隧道整体运营状态基本良好，在竣工验收及后期运营过程中，部分隧道出现过不同程度病害。如衬砌开裂掉块、冒顶、渗漏水、基底下沉等，影响到了列车的安全运营。石河口隧道在施工过程曾发生过多次冒顶现象，给施工造成了极大的困难，在后期运营过程中，冒顶段再次出现塌陷。鉴于此，对病害的成因进行了分析，提出了朔黄铁路石河口隧道拱顶冒顶病害整治措施。

1 隧道顶部塌陷病害概况

朔黄铁路原平分公司于2011年3月27日汛前设备大检查时发现，石河口隧道顶部山坳处，原隧道冒顶处(K92+015—K92+037)浆砌片石约600 m2(长30 m×宽20 m)铺砌范围发生严重变形，浆砌片石周边与山体脱落，中间有直径5 m的塌坑，塌坑可见深度1.0～1.5 m，砌石表面勾缝破损2处，尺寸为15 m×6 m(长×宽)，15 m ×3 m，坑边浆砌片石厚度为20～30 cm。塌陷位置示意如图1～图2所示。

图1 石河口隧道拱顶塌陷平面示意

图2 石河口隧道拱顶塌陷剖面示意(单位：m)

2011年6月24日现场踏勘发现隧道内K91+980—K92+050有少量裂纹存在，裂纹处均有漏水痕迹。在K92+002—K92+004边墙及拱顶裂纹处及K92+000下行侧右边墙离地3 m，6 m处渗水并有渗漏泥浆的痕迹。

2 隧道顶部塌陷病害区段施工情况

由于该隧道地质条件复杂，施工期间经常发生塌方事故。通过对施工日志的查阅，施工期间共发生塌方42次，其中于1998年10月11日凌晨5时发生冒顶1次，冒顶地点位于K92+015—K92+037(K93+823—K93+845)。施工日志记录的冒顶原因是由于此段千枚岩层节理、裂隙发育，风化严重，呈土加石状，屡次塌方形成的顶上空洞较大，以及雨水渗透作用使围岩强度降低而冒顶。在此段距线路中心线15 m的山谷中形成22 m ×16 m(长×宽)的穴坑。洞内塌至K92+012(K93+818)处。

在隧道施工过程中，针对冒顶采取了以下处理方法：①将K92+012(K93+818)处塌方体进行喷混凝土封堵，厚度不小于10 cm;②采用双排小导管注浆加固地层，采用水泥水玻璃双液注浆;③护拱采用喷混凝土，厚25 cm，将格栅改为43 kg/m钢拱架，施工顺序为先立钢拱架后喷混凝土;④用钢筋混凝土衬砌结构;⑤下沉空间用土石方回填至地表，夯实后用浆砌片石封口;⑥衬砌背后设背贴式盲沟排水，每8 m设一道，衬砌施工缝采用橡胶止水带，每6 m设一道，洞口仰坡顶外10 m截水天沟与线路路堑边坡外天沟顺接，见图3。

图3 石河口隧道病害段施工措施(单位：cm)

3 隧道顶部塌陷病害成因分析

石河口隧道勘查资料表明，病害区段地下水不发育，洞身有少量基岩裂隙水，主要由大气降水补给;围岩为新黄土，具有湿陷性。

开通运营以来，雨水从浆砌面与周围土石接触面处渗入，在雨水长期冲蚀作用下，黄土小颗粒被地下水带走，产生空洞，引起土石方沉陷，并导致整体的封堵面下沉，后大量雨水经陷坑处灌入顶部隧道，引起隧道内涌泥。K92+002—K92+004边墙及拱顶裂纹处及K92+000下行侧右边墙离地3 m，6 m处渗水，并有泥浆渗漏。

4 隧道顶部塌陷病害检测

4.1 衬砌质量无损检测

根据隧道病害现状及初步的原因调查分析，为进一步确定隧道衬砌质量现状，给病害整治工作提供依据，2011年5月31日采用地质雷达法对石河口隧道病害部位的衬砌质量进行检测。检测里程为K91+900—K92+150，位置为上下行拱腰及边墙，测线布置如图4所示，图5和图6为雷达探测图。

图4 地质雷达测线布置

通过检测，得出如下结论：

1)与设计衬砌厚度相比，上行拱腰、下行拱腰、上行边墙以及下行边墙等多段二衬实测衬砌厚度不满足设计要求。具体如表1所示。

2)检测里程段内 K91+904—K91+929，K91+984—K92+020，K92+045—K92+051，K92+102—K92+132，K92+137—K92+150段有钢架分布，局部分布不均匀。

3)从隧道衬砌及衬砌背后回填情况看，上行拱腰、上行边墙、下行拱腰、下行边墙段等多个部位存在不密实与脱空现象。具体如表2所示。

图5 下行拱腰K91+967—K91+984段空洞雷达探测剖面

图6 下行边墙K92+030—K92+050段不密实雷达探测剖面

表1 衬砌厚度不足区段统计

表2 衬砌不密实或脱空区段统计

4.2 衬砌钻孔及孔内摄像检测

为了验证雷达检测效果，选取13处典型地段进行钻探，并进行孔内摄像探测，钻探结果如表3所示。对钻孔进行了孔内摄像，典型孔内摄像如图7所示。

通过钻探及孔内摄像图像分析可知，钻探部位的二次衬砌实测厚度均小于设计厚度，衬砌背后存在空洞，与雷达检测结果一致。

5 隧道顶部塌陷病害整治方案

通过分析隧道顶部塌陷的形成原因及衬砌质量检测结果，确定该病害整治的方案为：采用重新开挖天沟严格防排水，拆除全部原有浆砌片石重新夯填，采用小导管注浆及喷钢筋混凝土加固陷穴，并布设排水波纹管，原土夯填加高并用黏土包坡植草等措施，将地表水彻底封堵。具体如下：

1)施作截水天沟。根据地形条件，在塌方体外侧，从隧道前进方向左侧陡坎处呈环形，通过塌方体上游向隧道前进方向右侧开挖并用浆砌片石铺砌截水天沟，按规范截水天沟排水坡不得缓于1%。

2)拆除原塌方体上部浆砌片石铺砌。从本次新发现的陷穴开始，由内向外将原塌方体浆砌片石铺砌全部拆除。

3)开挖并夯填原塌方体。自外而内呈环形分台阶开挖原塌方体，环形台阶宽2～3 m，深0.5 m进行夯填，最后用黏土夯至同一坡面。

4)对原塌方体进行小导管注浆，喷混凝土加固。小导管长5 m，环向间距0.8 m，梅花形布置。注浆材料采用水泥浆，注浆压力0.5 MPa。注浆完成后，将露出地面小导管尾部用φ16钢筋焊接，补充φ8钢筋形成25 cm×25 cm网片，并喷C25混凝土形成20 cm厚的钢筋混凝土柔性结构。

表3 钻探结果统计

图7 典型孔内摄像

5)埋设排水波纹管。在钢筋混凝土柔性结构上，预埋两道φ30两侧带孔波纹管，埋设深度15 cm，喷混凝土固定后用φ15波纹管连接，呈树枝状布置。φ30两侧带孔波纹管满铺并直通下游出水口。

6)分台阶填筑、加高、加固塌方体，高出原地面0.3 m后，采用黏土包坡、植草防护。

6 结语

隧道拱顶冒顶在隧道施工过程中较为常见，但运营隧道较少出现，鲜有成功整治案例。朔黄铁路石河口隧道拱顶上部地表塌陷，恶化隧道衬砌结构受力，对隧道衬砌伤害严重，治理难度极大。作者在详细查阅相关勘察、设计、施工及竣工资料的基础上，采取地质雷达、钻孔及孔内摄像等多种检测方法，综合分析检测结果，有目的性地提出了拆除全部原有浆砌片石重新夯填，注浆及喷钢筋混凝土加固陷穴，堵排结合治理地表水的方案，成功治理了石河口隧道冒顶病害，运营一年多来从未出现问题，为此类病害的治理提供了参考。

［1］中华人民共和国铁道部．TB 10003—2005 铁路隧道设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2005．

［2］中华人民共和国铁道部．TB 10233—2004 铁路隧道衬砌质量无损检测规程［S］．北京：中国铁道出版社，2004．

［3］北京铁五院工程试验检测有限公司．朔黄铁路石河口隧道衬砌质量检测报告［R］．北京：北京铁五院工程试验检测有限公司，2011．

［4］董勤银．包兰线东岗隧道病害整治措施与施工技术［J］．现代隧道技术，2007(10)：77-79．

［5］卓益平．某隧道病害原因分析及整治加固技术［J］．公路交通技术，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

孟宪洪(1966— )，男，山东章丘人，高级工程师。

(责任审编 王 红)