第３８卷第５期 ２ ０ １ ２年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｎＥＣＴＵＲＥ Ｖｏｌ＿３８ Ｎｏ．５ Ｆｅｂ． ２０１２ ・１８９・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０５—０１８９—０３ 砂层隧道穿越塌方区施工 张瑞俊 摘要：详细介绍了关角隧道进口ＩＩ线工程地质情况、塌方的原因以及穿越砂层隧道塌方区的施工方案，内容包括塌方 情况描述、塌方处理和穿越塌方区施工步骤与技术措施。施工实践表明，所介绍的施工方案合理可行，效果良好。 关键词：砂层，隧道，塌方，施工方案 中图分类号：Ｕ４５５．４ 文献标识码：Ａ １ 概述 关角隧道为双洞单线隧道，全长３２．６ ｋｍ，采用钻爆法施工。 隧道通过区属青藏高原亚寒带半干旱气候区，根据天竣县气象站 （地理坐标：Ｎ３７。１８ Ｅ９９。０２ ，海拔高程：３ ４１７．１ ｍ）资料，年平均 面，回填土及堆码的砂袋尽可能超出初期支护界限（目的是在泵 送完成混凝土填充后，填充混凝土的内轮廓不能侵入隧道初期支 护的轮廓内，防止施作初期支护时，再次对填充混凝土进行凿出 处理），并预埋至少两根输送泵管，一根用作灌注混凝土，一根作 为灌注混凝土高度的观察孔（基本了解塌腔内部填充混凝土的厚 气温一０．５ ，极端最高气温２８．０℃，极端最低气温一３５．８℃， 最大月平均日温差２４．７℃，年平均降水量３４１．６ ｍｉｌｌ，年最大降水 量４５３．２ ｍｍ，年平均蒸发量１ ７９１．４ ｍｍ，最大积雪厚度２１ ｅｍ，最 大冻结深度２９９ ｅｍ。 度），要求输送泵管超出现初期支护轮廓拱部１．５ ｍ，主要是确保 内部填充的泵送混凝土厚度基本能够达到１．５ ｍ，确保上部掉块 的冲击力不能将混凝土砸坏，导致后期初期支护的处理比较麻烦 （见图１）。除此之外还安装了接近塌方体顶端的预留￣ｔｏｏ喷砂 隧道进口位于布哈河阶地后缘，地形开阔，上部为第四系冲、 管道，便于最后进行剩余空腔的喷砂填充。 洪积砂质黄土、细砂及粉质粘土，厚度较大，进口段５５０ ｍ均以第 四系细砂为主，贫水区，地质条件差，开挖后洞室自稳能力极差， 极易发生塌方事故，施工风险较高。 ２００９年４月２８日凌晨２时许，正洞Ⅱ线ＤｙＫ２８０＋９９５前方 出现裂缝并迅速扩大，５ ｒａｉｎ左右便发生坍塌，此后拱部塌腔内不 断掉块，直至２００９年４月２８日１５时，拱部塌腔高约５ ｍ，沿隧道前 进方向长度约８ ｍ，宽度１０ ｍ。此处隧道塌方区埋深１２ ｍ～１９ ｍ， 塌方的主要原因是由于现场挖掘机出渣过程中，对拱部初期支护 的碰撞，导致初期支护发生变形，砂层连续滑塌，导致初期支护不 能承载滑塌粉细砂的重量，最终导致出现塌方。 图１稳定塌方区平面示意图 填充塌腔的同时，在塌方段向洞口方向铺垫作业平台，作业 平台采用洞外弃渣铺垫，铺垫高度根据现场施工需要确定。现场 施工时，利用ＰＣ１３０挖掘机及小松３８０装载机配合，将洞外运至 ２塌方处理 ２．１ 塌方情况 洞内的渣体向塌方口及塌腔下部进行堆放，确保堆放的渣体对塌 此次塌方面积较大，拱顶较高，塌方体体积至少在２００ ｍ 以 腔上部的掉块有一定的封挡作用，保证掉块不能沿塌方体斜坡向 上，拱部极其不稳定，局部掉土块，此次塌方持续时间有１０ ｈ之 下滚行，伤害施工人员及对机械设备造成威胁。另外堆放渣体填 多，基本稳定后，拱顶形成塌腔，塌方区向洞口方向已经支护的钢 充塌腔下部区域，有利于下部超前施作钢轨的下部支撑，确保填 拱架有４榀变形，故不敢轻易施工。已施工的￣５０超前注浆导管 充的混凝土对钢轨的压力不能导致钢轨变形较大，确保开挖后初 及超前管棚全部脱落，在隧道拱顶形成一个较大的空洞 此次塌方主要原因是： 期支护的净空要求。 回填渣体施工至距离已施作初期支护拱顶０．６ ｍ～１ ｍ时， 上台阶开挖时机械碰撞导致，对中下台阶的影响较小，上台 开始采用人工堆码砂袋对整个塌腔口进行封堵，封堵过程中，对 阶的操作空间较小，因此对于采用钢支撑支护塌方区的方案不能 内部空腔内塌方体及回填渣体没有超出初期支护界限的，用砂袋 实施，原因如下： 进行抛填，确保基本全部超出初期支护界限，避免泵送的混凝土 １）安全不能保证，拱顶较高，人员无法进行施工； ２）内部搭设木排架等施工方案均不能实行； 侵入。 上述工作于２００９年４月２９日２１时完成，回填渣体９８ ｍ ，堆 ３）从地表进行开挖，然后上台阶按照明洞进行支护的方案不 码砂袋３２４个。 能够满足环保的要求，因为此处隧道地表隶属高原草原生态环 ２．２．２施作初支加强环 境，生态结构相当脆弱。 由于ＤｙＫ２８０＋９９２一ＤｙＩ，：２８０＋９９５段为管棚洞室，比隧道正 ２．２塌方处理方案 ２．２．１ 回填塌腔及铺垫作业平台 常初期支护断面周边要扩大４０ ｃｍ～６０ ｅｍ，为加强已施工初支， 在不侵入二衬限界的情况下，在此段管棚洞室内加设Ｉ １６钢架 为了保证施工中人员及机械安全，先利用挖掘机往滑塌体上 （初支加强环），钢架间距５０ ｃｍ，挂 钢筋网，内钢架喷射２５ ｃｍ 尽可能多的回填土，并用人工配合填土或者堆码砂袋封闭掌子 厚混凝土，加强此区域初期支护强度，防止泵送混凝土填充时对 收稿日期：２０１１—１０－２６ 作者简介：张瑞俊（１９７８－），男，工程师，中铁十六局集团第一工程有限公司，北京１０１３００ ・１９０・ 第３８卷第５期 ２ ０ １ ２年２月 山 西 建 筑 此区域的影响。在Ｄｙｒ，２８０＋９９５处设置两榀并排Ｉ １６钢架，钢架 及时支护，喷射混凝土２６ ｃｍ，在５月２７日１１时下导施 ］＝＝完成，经 与现初期支护钢架间要预埋钢轨导向管，导向管采用ｄ￣１００ ｍｍ的 过量测，拱顶及边墙没有发生位移，５月２７日２０时，开始施工仰 钢管制作，长度１ ｍ，以便对钢轨穿过，导向管安装的上仰角度为 拱以及Ｃ１０片石回填，５月３０日８时施工二次衬砌。 ５。，埋设导向管２６根，两榀并排的钢架及导向管共同作为钢轨的 ２．２．６喷砂回填剩余空腔 后端支撑体，钢架问采用２２螺纹钢（环向间距８Ｏ ｅｍ）连接牢固， 完成二衬施工后，在２００９年６月１２日，对剩余空腔进行喷砂 喷射Ｃ２５混凝土进行加固，并与原有初支钢架连接成整体。上述 填充，喷砂采用河南耿力生产的干喷机，砂子规格采用粒径小于 工作于２００９年４月３０日２２时完成。 ５ ｍｍ的河砂，直至不能喷射为止，共计喷砂４８ ｍ （见图４）。 ２．２．３施打超前轻轨 待掌子面封闭、加强支护、支撑钢架及导向管施作完成后，施 作一环超前钢轨（２４ ｋｇ／ｍ），钢轨长度１０ ｍ～１５ ｍ，钢轨长度确保 能够插入前方未塌方的砂体内，作为钢轨的前支撑点，环向间距 ２０ ｃｍ，角度与预埋的导向管的角度一致，超前钢轨采用挖掘机顶 进。钢轨尾端采用箍筋与并列两榀工字钢焊接牢固（见图２）。 超前轻轨在２００９年５月２ Ｅｔ ２时施工完成。 图２插入钢轨示意图 ２．２．４灌注Ｃ２０混凝土 使用混凝土输送泵通过之前预埋的输送泵管泵送混凝土至 塌腔内，考虑到钢架的承重能力，分次泵送，严格控制泵送混凝土 速度及每次泵送混凝土的方量，每泵送混凝土７０ ｍ’时，停止３ ｈ， 待浆液从检查管溢出时，则停止施工。由于塌腔高度为５ ｍ，考虑 施工及运营安全，二衬施作完成后再次喷砂填满塌腔（见图３）。 图３泵送混凝土示意图 ２．２．５ 塌方区上台阶开挖及支护 ２００９年５月５日，塌腔内混凝土凝固后，以每循环进尺 ０．５ ｍ，严格按照七步台阶法开挖及设计支护参数支护，每个台阶 均加设临时横支撑。初支钢架与超前钢轨之间达到密实，若空间 小时，用喷射混凝土喷填密实；若空间过大，初支钢架与超前钢轨 间用钢架支撑连接，确保超前钢轨受力大部分转移至初支钢架 上。随着开挖进尺的不断推进，钢轨的后端支撑逐渐增强。为确 保钢轨前端的角度问题，填充的混凝土初期支护轮廓面较大，则 进行超前导管支护，设置双层 Ｏ小导管，导管长度３．５ ｍ，内部 注双液浆，水泥：水：水玻璃体积比为１：１：１，注浆压力控制在 ０．５ ＭＰａ一１ ＭＰａ之间，确保对松散砂体的局部固结及积压，保证 了开挖支护过程中的安全、稳定施工。 在２００９年５月１５ Ｅｌ对此段进行上台阶开挖及支护施工，施 工采用上台阶短进尺开挖，开挖采用人工配合机械开挖，机械采 用ＰＣ１３０挖掘机，将挖掘机斗齿进行改装，在挖斗两侧安装了两 块钢板，起到铲刀的作用，避免对后端初期支护的碰撞。开挖后 图４喷砂填充示意图 ３塌方处理注意事项 １）回填塌腔时，要确保塌腔大里程处的密封性，防止填充混 凝土时，将前方未塌方段灌满混凝土，影响下步施工，同时要有专 人负责对塌腔的观察，防止土层脱落，对施工机械及人员造成危害。 ２）施作加强环时，要预留钢轨穿越的足够空间，并确保加强 环的基底牢固，与现有初期支护进行有效连接，确保整体受力良好。 ３）采用挖掘机进行顶轨施工时，挖掘机挖斗与钢轨接触面设 置钢轨固定装置，可采用钢板及钢管焊接，确保顶轨过程中，安 全、准确的控制钢轨的方向及位置。 ４）填充混凝土时，要分次进行泵送，同时对初期支护段 （ＤｙＫ２８０十９９２一ＤｙＫ２８０＋９９５段）进行密切观察，如出现开裂等 现象，立即停止施工，及时进行加强支护。 ５）开挖过程中，严格控制台阶长度及开挖进尺，并及时施作 横向水平支撑，采用先拉中槽，再开挖两侧的施工方法。开挖后 要及时进行初期支护，并确保初期支护对钢轨或填充混凝土体有 充分的支撑作用。 ４塌方处理效果 ２００９年７月２５日对于此处塌方段，经过自检，没有出现任何 位移，在业主的几次地质雷达监测过程中，发现内部密实，不存在 任何的安全隐患。 经过此次塌方处理所总结的经验，这种施工工艺适用于公路 隧道或铁路隧道砂层、黄土及软弱围岩的隧道塌方，并且塌方区域 较大，处理时不能保证施工人员安全以及塌方有变大的趋势的隧道 施工。经过在关角隧道的实际中证明，这种工法的实用性较强， 用类似的工法，处理了其他几处小范围的坍塌，收到较好的效果。 ５结语 在关角隧道的几次隧道塌方中，应用此方案进行处理，施工 进展顺利，效果很好，得到业主、监理单位以及兄弟单位的好评。 参考文献： ［１］ 冯卫星，吴康保．铁路隧道设计［Ｍ］．成都：西南交通大学出 版社．１９９８． ［２］ 冯卫星，况勇，陈建军．隧道坍方案例分析［Ｍ］．成都：西 南交通大学出版社，２００２． ［３］铁道部基本建设总局．铁路隧道新奥法指南［Ｍ］．北京：中 国铁道出版社。１９８８． 『４］ 刘永志．凤凰山隧道塌方处理技术［Ｊ］．山西建筑，２０１１，３７ （１）：１７６—１７７． 第３８卷第５期 ２ ０ １ ２年２月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．５ Ｆｅｂ．２０１２ ・１９１・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２）０５－０１９１—０２ 公路桥梁无损检测技术及应用 景运峰 摘要：阐述了对桥梁结构进行病害和损伤检测的必要性，重点介绍了回声波检测法、探地雷达检测法、射线探伤法等几 种无损检测技术，以及无损检测技术在桥梁工程中的应用，以期促进我国桥梁检测技术的发展，为公路桥梁的检测和维 护提供了一些指导。 关键词：无损检测，回声波检测，探地雷达，射线法 中图分类号：Ｕ４４６ 文献标识码：Ａ 体情况。 ０ 引言 通常，为了校正ＮＤＴ的结果，有必要对结构物进行选择性损 近年来，随着我国现代化建设事业的快速发展，桥梁使用年 限的增长，以及交通荷载的增加，桥梁出现病害和损伤的数量越 伤检测。本文主要介绍了几种在桥梁检测中典型ＮＤＴ测试方法。 来越多。对旧桥梁结构进行维修和改造之前，必须完成对桥梁结 以推广ＮＤＴ在桥梁结构检测中的应用。构状况进行监测、检测与评价。 １ 回声波检测法 回声波法检测原理是：通过在结构上作用一个短的持续作 传统的外观肉眼检测不能提供可靠的损伤证据，传统的钻孔 产生应力（声）波，通过结构，并由缺陷和外表面反射。假如声 检测对桥梁结构有一定的损害且检测精度受钻孔位置的制约，难 用，这些低频率应力波以不同速度传播。采用传感器记录 以准确全面反映桥梁的整体健康状况。因此，桥梁的无损检测技 阻力不同，表面移置是由反射波到达冲击表面引起的。将振幅和 术（ＮＤＴ）有较大的发展空间，包括超声检测、红外检测、声发射、 表面移置，自然电位检测、冲击回波检测、ｘ射线检测、光干涉、脉冲雷达、振 频率保存于后处理中。空洞检测的准确性可以用可检测到的最 小侧向空洞尺寸来表示。根据冲击器直径的变化，出入频率有所 动试验分析等。 但是 在公路桥梁结构中应用ＮＤＴ，可以提高新建结构质量的安全 不同，即冲击器直径越小，冲击器的频率越高，分辨率越高， 性；可以提供结构损伤的标志，例如，污染程度，钢筋混凝土桥梁 穿透深度越小。的氯侵蚀程度；可以记录支座处的声发射，反映了裂纹或过大的 回声波具有显著的优点。因为没有放射性或ｘ射线的危险， 摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可 该方法的使用安全能够得到保证。该方法能够检测到在金属和 塑料管道中空洞的出现、空洞的深度、与加强区的距离及单元的 以作为结构评估的辅助。 仅需要一面的检测通路，能检测金 在一些情况下，与侵入检测相比，无损测试更快捷，缩短了测 厚度。回声波法检测法风险低，该方法仅能检测到大尺寸的空洞。 试期间的交通管制时间，从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜 属和塑料管道中的空洞。然而，在的结构空洞，雷达在ＮＤＴ中的使用证明了ＮＤＴ的速度和便捷 回声波可检测到空洞的最小尺寸往往大于很多管道中空洞 并且大于对钢筋耐久性有重要影响的空洞尺寸。在关键 性。声传播的使用进一步说明了调查的有效性。声传播可以用 的直径，很多管道都不能从下端背面进行检测。如果仅限制到从 于检测长护栏的潜在腐蚀。随后可对疑似区进行更细致的检测， 截面区，面观察，这进一步减小了潜在的缺陷范围。不能检测到水充满 例如使用钻孔、直接量测和超声技术来确定未腐蚀厚度。ＮＤＴ间 不能提供其他结构 接测量了外形特征，测试结果依赖于信号在结构内非连续区的反 于空洞的情况。除了初始空洞表面信息以外，射时间。该信号的速度依赖于结构材料的性质，该性质不一定明 信息，如果假定从底部表面和水平表面测量，可能导致管道尺寸 一确。因此，需要专业知识和经验来解释收集的数据，并判断在物 减小。该方法并不像冲击雷达一样速度很快，并且需要管道尺寸 等信息来帮助解释说明。布置拥挤的管道和加固区都可能给检 理特征或材料性质方面的意义。 通常情况下，进行无损测试时，将无损测试设备置于结构附 测增加困难。近，正对结构或固定结构表面。无损测试最大的优点在于对结构 ２探地雷达（ＧＰＲ）检测法 ＧＰＲ是一种电磁回声方法。采用一个传感器（发射器或者接 不会造成损伤，从而避免了对可能已有损伤的结构的削弱。ＮＤＴ 该传感器以某一指定速度穿过结构表面。声波较短的持续 技术并没有确定性的答案，还应该参考其他信息来评估结构的整 收器），Ｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄ－ｌａｙｅｒ ｔｕｎｎｅｌ ｔｈｒｏｕｇｈ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｒｅａｓ ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ－ｊｕｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅｓ ｏｆ ｈｅ ＩｔＩ ｌｉｎｅ ｏｆ Ｇｕａｎｊｉａｏ ｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｒ ｔｆｈｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓａｎｄ－ｌａｙｅｒ ｔｕｎｎｅｌ ａｔ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｒｅａｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏＵａｐｓｅ，ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔｅｐｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃｌａ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｈｅｔ ｐａｓｓｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｒｅａｓ，ａｎｄ ｐｒｏｖｅｓ ｂｙ ｈｔｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｈａｔｔ ｈｅ ｔｉｎ・ ｔｒｏｄｕｅｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉＳ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｗｉｔｈ ｂｅｔｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓａｎｄ－ｌａｙｅｒ，ｔｕｎｎｅｌ，ｃｏｌｌａｐｓｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ 收稿日期：２０１１—１１．０２ 作者简介：景运峰（１９７１－），男，工程师，山西运城路桥有限责任公司，山西运城０４４０００
