高洪濤

(滬昆鐵路客運(yùn)專線湖南有限責(zé)任公司，湖南 長沙　410008)

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大斷面鐵路隧道塌方處理過程中初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全評估

高洪濤

(滬昆鐵路客運(yùn)專線湖南有限責(zé)任公司，湖南 長沙410008)

摘要：為評估隧道塌方處理過程中初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，首先對某大斷面鐵路隧道Ⅳ級圍巖塌方處理方案進(jìn)行描述，通過涌入隧道內(nèi)的塌方量預(yù)估隧道上方坍塌空腔高度，并初步探測出塌體位于隧道上方的高度，加上混凝土填充高度，同時考慮一定的安全系數(shù)，計(jì)算松散體巖土柱作用于隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)上的垂直荷載強(qiáng)度；然后采用荷載-結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用ANSYS軟件對處理后的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載內(nèi)力模擬，同時結(jié)合《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》對其進(jìn)行安全性評估，為施工方案的確定提供理論依據(jù)和決策支持；最后在安全評估的基礎(chǔ)上，選擇合理的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保后續(xù)隧道施工安全及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時給出塌方段施工安全措施。

關(guān)鍵詞：大斷面鐵路隧道；塌方處理；注漿；數(shù)值模擬；CRD工法

0引言

目前，我國高速鐵路隧道修建得愈來愈多，但由于地質(zhì)條件復(fù)雜，影響因素眾多，隧道施工塌方時有發(fā)生，選擇正確的塌方處理方案是隧道安全施工的保障。目前國內(nèi)對大斷面鐵路隧道的塌方論述主要集中在塌方原因及塌方處理的工藝工法等方面，如雷代洲[1]闡述了西安—南京鐵路桃花鋪二號隧道大斷面塌方段塌方原因及施工技術(shù)；胡玉林[2]對某鐵路隧道塌方原因、處理方案、監(jiān)控量測等進(jìn)行了論述。可以看出，國內(nèi)對于隧道施工過程中塌方原因及處理的施工工藝、施工方法介紹眾多，然而針對特殊的塌方工程地質(zhì)環(huán)境，在支護(hù)參數(shù)的選擇上還是常常依靠經(jīng)驗(yàn)，或依靠類似的成功個案進(jìn)行選擇，很少有結(jié)合數(shù)值模擬方法計(jì)算并評估處理后的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承載安全性。國內(nèi)關(guān)于隧道結(jié)構(gòu)承載計(jì)算的研究有很多，但主要應(yīng)用于軟弱圍巖或大變形地段的結(jié)構(gòu)安全性評估，其模擬計(jì)算因荷載模式的不同而有很大不同，如文獻(xiàn)[3-7]等。

本文采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)荷載-結(jié)構(gòu)模型，把支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖分開考慮，將支護(hù)結(jié)構(gòu)視為承載主體，圍巖視為荷載的主要來源，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性地基梁對結(jié)構(gòu)施加約束來體現(xiàn)的；然后，采用ANSYS軟件并運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出超靜定體系的內(nèi)力，評估承載結(jié)構(gòu)——鋼拱架的安全性。本文依托某單洞雙線高速鐵路隧道塌方處理施工實(shí)例，探討采用ANSYS軟件運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理模擬主要初期支護(hù)承載結(jié)構(gòu)在塌方體松散自重應(yīng)力作用下的安全性，并正確選擇合理的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，確保了后續(xù)隧道的施工安全及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并為施工方案的確定提供了理論依據(jù)和決策支持。

1塌方經(jīng)過簡述

某鐵路隧道進(jìn)口里程DK217+400，出口里程DK223+025.82，隧道全長5 625.82 m，為雙線隧道，最大埋深341 m，斷面最大開挖高度為12.0 m，最大開挖寬度為14.3 m。隧址區(qū)山坡植被茂密，荊棘叢生，基巖大部分裸露，覆蓋層較薄，隧道地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖相變化較大，圍巖主要以泥質(zhì)、砂質(zhì)板巖為主，中厚層。隧道穿越區(qū)地下水的形成、徑流、排泄受地形地貌、巖性、構(gòu)造、植被、降雨量等多種因素的控制和影響，水量隨季節(jié)性變化明顯。

隧道DK217+860～+920設(shè)計(jì)為Ⅳ級圍巖，實(shí)際施工中采用臺階法開挖，上臺階高約5.5 m，下臺階高約5.0 m，仰拱滯后下臺階約60 m。初期支護(hù)為Ⅰ20型鋼全環(huán)支護(hù)。開挖面位于里程DK217+916時，揭露出的圍巖為泥質(zhì)砂巖，薄層狀，并發(fā)育有多組較大裂隙，裂隙水沿裂隙縫流出，呈渾濁流淌狀態(tài)，圍巖整體性破碎。在支護(hù)過程中拱頂突然出現(xiàn)掉塊并逐漸增多，工作面上渾濁裂隙水量增多，噴混凝土無法封閉工作面，施工人員及機(jī)械立即撤離工作面，約2 h后，掌子面拱頂上方的塊石攜帶水流坍塌而下，致使塌方體完全充填了前方約16 m的隧道空間，2 d后塌腔上方仍有掉塊掉落的響聲。塌方段圍巖為泥質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖，弱風(fēng)化，中厚層狀，巖質(zhì)較硬，呈塊石及碎石狀，鑲嵌結(jié)構(gòu)。塌體將隧道開挖工作面全部淹埋，并危及相鄰已施工完的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，DK217+890～+900初期支護(hù)型鋼拱架在拱腰部分出現(xiàn)折疊彎曲，噴混凝土出現(xiàn)剝落及開張性裂縫。根據(jù)里程推測，塌方體約2 000 m3，隧道拱頂上方至少出現(xiàn)10～20 m高的空腔。塌方體剖面位置示意如圖1所示，塌方體現(xiàn)場如圖2所示。發(fā)生塌方事故時，由于塌穴附近沒有人員作業(yè)，所以沒有發(fā)生人身傷亡事故。

圖1　塌方體剖面位置示意圖

圖2　塌方現(xiàn)場

2塌方處理

該處隧道拱頂埋深超過了50 m，且地表無異常，故塌方處理以洞內(nèi)治理加固為主。

2.1整體治理方案

1)掌子面進(jìn)行反壓回填至上臺階高度，于DK217+900處設(shè)置C20混凝土封堵墻兼做管棚導(dǎo)向墻，封堵墻厚度2.5 m，封堵墻與周邊圍巖間設(shè)置φ22 mm砂漿錨桿。錨桿環(huán)向間距1.0 m，長2.5 m，嵌入基巖深度不小于1.5 m，伸入封堵墻1.0 m。封堵墻內(nèi)預(yù)留混凝土泵送管、觀測管及φ100 mm PVC排水管。對隧道上方塌腔采用泵送C25混凝土回填，混凝土厚度不小于3.0 m，并吹砂不小于2.0 m厚，空腔內(nèi)預(yù)留2根φ100 mm PVC排水管，并引排至側(cè)溝，排水管管頭采用紗布包裹。

2)在拆除DK217+890～+900段已變形破壞的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)前，對拱部約125°范圍內(nèi)增加徑向鋼花管注漿加固。徑向鋼花管采用φ42 mm無縫鋼管制作，長4.5 m,梅花形布置，間距1.0 m×0.8 m(環(huán)向×縱向)。注漿采用水泥凈漿，注漿壓力0.1～0.2 MPa，注漿量為加固體積的5%，根據(jù)注漿效果調(diào)整注漿壓力。拆換已施作的上臺階初期支護(hù)時，采用“逐榀更換，逐榀加強(qiáng)”的方法施工，保證施工工序的緊湊、及時、連續(xù)。拆換時，除進(jìn)行嚴(yán)格的施工監(jiān)測外，還應(yīng)加強(qiáng)對未拆換部位初期支護(hù)的保護(hù)，必要時可采取設(shè)置臨時豎撐、橫撐等措施對初期支護(hù)體系進(jìn)行臨時支撐。

3)DK217+890～+916段開挖按Ⅴ級C型復(fù)合式襯砌斷面開挖,全環(huán)采用I22b型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間距0.5 m/榀；DK217+900處拱部采用φ108 mm管棚超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)38根，每根長暫定30 m，管棚鉆孔兼做地質(zhì)探孔，施工中根據(jù)大管棚鉆孔揭示溶洞情況調(diào)整管棚長度，管棚嵌入基巖長度不小于3.0 m，管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠。其余段落拱部采用φ42 mm小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)38根，每根長4.5 m。采用CRD法開挖。

4)DK217+900～+916段開挖后，再增加徑向鋼花管注漿，注漿參數(shù)同換拱段。

2.2管棚注漿方案[8]

超前大管棚注漿加固縱向長度20 m，徑向加固范圍為隧道頂部開挖輪廓線外2.5～3 m，漿液擴(kuò)散半徑1.3 m，孔間距20 cm，注漿終壓1～2 MPa，注漿速度10～100 L/min，采用前進(jìn)式分段注漿(結(jié)合全孔一次性)，注漿段長3～5 m，管棚注漿孔數(shù)量38個/循環(huán)。施工中可根據(jù)鉆孔揭示的地質(zhì)情況，對注漿范圍進(jìn)行合理優(yōu)化。

注漿材料以普通水泥-水玻璃雙液漿為主，W∶C(水灰質(zhì)量比)為(0.8～1)∶1，C∶S(體積比)為1∶1；輔助普通硅酸鹽水泥單液漿W∶C(水灰質(zhì)量比)為(0.8～1)∶1?，F(xiàn)場注漿施工中，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行漿液種類和配比的選擇調(diào)整。

注漿順序按“由外及內(nèi)、由上到下、間隔跳孔”的原則進(jìn)行，以達(dá)到控域注漿、擠密加固的目的。

2.3開挖支護(hù)方案

注漿加固處理后采用CRD法開挖。首先，進(jìn)行隧道右側(cè)1、2部臺階法開挖支護(hù)，先施作超前支護(hù)，采用φ42 mm小導(dǎo)管預(yù)注漿，長4.0 m，間距0.5 m，每步開挖高度3.5～4.0 m，開挖長度為每循環(huán)0.5 m，開挖后立即施工封閉的初期支護(hù)及臨時支撐，1、2部縱向滯后約5 m，錨桿φ22 mm，長3.5 m，噴射混凝土厚30 cm，分2～3次完成，Ⅰ22型鋼拱架間距0.5 m/榀，拱架之間采用φ22 mm的鋼筋縱向連接，1、2部成環(huán)支護(hù)后形成右隧道支護(hù)整體；然后，再采用類似方法施工滯后2部下臺階約5 m的隧道左側(cè)3、4部；最后，開挖支護(hù)同樣滯后5 m左右的隧道底部仰拱，在全隧道斷面范圍內(nèi)形成封閉的網(wǎng)格狀支護(hù)體系(含臨時中隔墻支護(hù))。開挖方法如圖3所示。

為了解塌體加固后初期支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載及其安全度大小，采用ANSYS數(shù)值分析軟件對塌方段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

3塌方段初期支護(hù)安全度計(jì)算

3.1模型選取

選用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖分開考慮，視支護(hù)結(jié)構(gòu)為承載主體，圍巖視為荷載來源及支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支撐，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性地基梁對結(jié)構(gòu)施加約束來體現(xiàn)的，然后運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出超靜定體系的內(nèi)力。此模型應(yīng)特別適用于模擬隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上方松動圍巖壓力的情況，同時，結(jié)合ANSYS常用于小變形的平面應(yīng)變模式，來計(jì)算初期支護(hù)的型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)該較為準(zhǔn)確。

模型上方的荷載(隧道上方松散體圍巖)是通過預(yù)加一定的垂直作用力來實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)隧道結(jié)構(gòu)模型仰拱部分均布地基彈簧(只承受壓應(yīng)力)，模擬隧道結(jié)構(gòu)與圍巖間相互作用，彈性系數(shù)由地層彈性抗力系數(shù)K值確定；同時，假定初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為小變形的平面應(yīng)變模式，計(jì)算時忽略初期支護(hù)結(jié)構(gòu)自重應(yīng)力。

在隧道塌方處理過程中，型鋼拱架支護(hù)前，需要對坍塌體進(jìn)行大管棚注漿加固及超前小導(dǎo)管支護(hù)等(提高初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承載系數(shù)，減少坍塌體坍落拱高度等)，但模擬計(jì)算均未考慮以上因素，只是視坍塌體直接作用于型鋼拱架上，實(shí)際初期支護(hù)承載要比模擬計(jì)算結(jié)果更安全一些。如果模擬計(jì)算型鋼拱架能承載，則結(jié)構(gòu)的安全是有保障的。

選取的荷載結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

圖4　荷載結(jié)構(gòu)模型

3.2主要取值參數(shù)

3.2.1初期支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部垂直荷載及側(cè)向水平荷載

對于隧道結(jié)構(gòu)承載計(jì)算來說，其頂部作用力的計(jì)算非常關(guān)鍵。

首先計(jì)算塌腔高度，充填隧道空間的塌方體積約2 000 m3，且經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)塌方體在隧道左側(cè)拱部形成一個長約16 m、寬約6 m的塌穴，涌出的石碴松散系數(shù)按1.2計(jì)算，則可計(jì)算出塌方體的最大高度約為2 000/1.2/(16×6)=17 m。其次，可按普氏平衡拱理論計(jì)算松散體坍落拱高度，普氏理論認(rèn)為塌方發(fā)生后會在一定時間內(nèi)趨于穩(wěn)定，且會在隧道上方形成拋物線的平衡拱，平衡拱高度

h= b /fm。

(1)

式中：b為平衡拱的半跨度，m；fm為巖石堅(jiān)固性系數(shù)，土層fm=tan φ,巖石fm=R/10；φ為土的摩擦角；R為巖石抗壓極限強(qiáng)度，MPa，取值考慮巖石層理、裂隙的影響。

當(dāng)隧道側(cè)壁穩(wěn)定、拱部塌方時，平衡拱寬度就是開挖寬度，即b=bt；當(dāng)側(cè)壁不穩(wěn)定時，平衡拱寬度

b=bt+Ht·tan (45°-φ/2)。

(2)

式中：Ht為隧道凈高，m；bt為隧道凈寬之半，m。

塌方時隧道側(cè)壁穩(wěn)定，僅拱部塌方，故平衡拱寬度就是開挖寬度，約為14 m，平衡拱的半跨度b取值為7 m；塌方體為松散土石體，按《工程地質(zhì)手冊》其內(nèi)摩擦角取值為35～42°，且由于地下水的浸濕作用，需要再降低2～3°。按式(1)計(jì)算，可得出塌方體高度至少約為10.8 m。

也就是說，按理論計(jì)算，隧道上方至少存在約11 m的空間。

在現(xiàn)場對塌腔進(jìn)行混凝土灌注填充時，通過混凝土灌注管施工角度及長度，已經(jīng)基本上探測出隧道上方剩余塌體高度在5～7 m，加上混凝土預(yù)計(jì)灌注高度及吹砂厚度約5 m，則隧道上方的巖土柱至少達(dá)到了12 m，再加上一定的保險(xiǎn)系數(shù)(混凝土比重大于松散巖)，按17 m計(jì)算處理后初期支護(hù)承載其上方巖土柱高度荷載是合理的。

按Py=γH(γ取值為25 kN/m3)計(jì)算塌方處理后的隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部垂直荷載約為25×17=425 kN/m2=0.425 MPa。

本次計(jì)算取松散砂石側(cè)壓力系數(shù)約為0.5。

3.2.2其他參數(shù)取值[9]

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，隧道Ⅳ級圍巖彈性抗力系數(shù)約為300 MPa/m。塌方體圍巖及材料力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1圍巖及材料物理力學(xué)參數(shù)

Table 1Physico-mechanical parameters of surrounding rocks and materials

類別 彈性抗力系數(shù)/(MPa/m)容重/(kN/m3)彈性模量/GPa泊松比塌方體300250.0080.38Ⅰ22b型鋼拱架782000.3

經(jīng)過計(jì)算，得到塌方體加固后再施工的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)承載情況，如表2所示。

表2　荷載計(jì)算表

3.3隧道成環(huán)支護(hù)后承載內(nèi)力計(jì)算

對周圍土體施加約束，限制水平和豎直方向的位移，以重力加速度的方式施加重力荷載。開挖過程分為6部分，采用Ekill命令殺死開挖區(qū)域的單元，實(shí)現(xiàn)土體開挖和荷載釋放。最后一步拆除臨時支護(hù)，拆除臨時支護(hù)的同時將隧道洞周上部分節(jié)點(diǎn)的荷載全部釋放，仰拱處釋放70%作為初期支護(hù)的最終受力狀態(tài)。

由計(jì)算結(jié)果可知：開挖完成且拆除臨時支撐后，初期支護(hù)的軸力增大，且先開挖側(cè)(右側(cè))的軸力大于后開挖側(cè)的軸力(左側(cè))，最高可達(dá)到492.439 kN，如圖5所示。初期支護(hù)彎矩如圖6所示，拱頂和仰拱處產(chǎn)生了最大的正彎矩，為349.995 kN·m，拱角處產(chǎn)生了最大的負(fù)彎矩，為-140.629 kN·m。

提取拱頂位置單元的彎矩和軸力，彎矩M=349.995 kN·m，外側(cè)受拉、內(nèi)側(cè)受壓，軸力N=492.439 kN，受壓。

圖5　塌方段臨時支護(hù)拆除后初期支護(hù)軸力圖(單位：kN)

Fig.5Axial force diagram of primary support structure of collapse section after removing temporary support (kN)

圖6　塌方段臨時支護(hù)拆除后初期支護(hù)彎矩圖(單位：kN·m)

Fig.6Bending moment diagram of primary support structure of collapse section after removing temporary support (kN·m)

結(jié)構(gòu)屬于偏心受壓受力形式。按等效抗彎剛度和等效抗拉剛度原則，綜合EI=5.38×104kN·m2，EA=5.81×106kN，根據(jù)彎曲應(yīng)力計(jì)算公式和拉壓應(yīng)力計(jì)算公式，分別得到等效應(yīng)變：

彎曲最大壓應(yīng)變ε1=Mh/(2EI)=7.156×10-4；

受壓最大壓應(yīng)變ε2=N/(EA)=0.85×10-4；

總最大壓應(yīng)變ε總=ε1+ε2=8.006×10-4；

型鋼的最大正應(yīng)力(受壓在外側(cè)邊緣)σs=ε總×Es=8.006×10-4×210×103=168.162 MPa。

計(jì)算(由圖5和圖6)結(jié)果表明：在拱頂近0.425 MPa垂直荷載的作用下，于Ⅰ22b型鋼拱架拱頂處產(chǎn)生了最大壓應(yīng)力，應(yīng)力值達(dá)到了168.126 MPa。

依據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，對于采用HRB335(20MnSi) 鋼材制作而成的型鋼拱架，其強(qiáng)度規(guī)定如表3所示。

表3TB 10003—2005《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中HRB335(20MnSi)強(qiáng)度值

Table 3Strength values of HRB335 (20MnSi) specified in TB 10003—2005 Code for Design of Railway TunnelMPa

抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值容許應(yīng)力(主要荷載附加荷載)335268230

根據(jù)以上分析，塌方段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)最終承載了168 MPa的應(yīng)力，塌方段初期支護(hù)型鋼拱架應(yīng)力小于容許應(yīng)力230 MPa即可認(rèn)為是安全的。在初期支護(hù)型鋼容許工作應(yīng)力范圍內(nèi)，證明塌方段在經(jīng)過注漿等措施加固后，采用Ⅰ22b型鋼拱架結(jié)構(gòu)是安全的。

采用Q235型鋼，其屈服強(qiáng)度為σy=235 MPa，因此結(jié)構(gòu)安全系數(shù)K=σy/σs=1.40，結(jié)構(gòu)是安全的。

4施工安全措施

4.1重型型鋼拱架

塌方段隧道應(yīng)采用預(yù)支護(hù)、預(yù)加固的方法，分區(qū)分塊先護(hù)后挖。采取承重式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，加大型鋼拱架承載支護(hù)強(qiáng)度與剛度，以儲備開挖支護(hù)好后跨度由小跨變大跨的支護(hù)能力。

盡管塌方段采用的Ⅰ22b型鋼拱架能滿足支護(hù)要求，但安全富余度仍不是很高，建議在今后類似工程處理中采用H175型鋼拱架，以確保結(jié)構(gòu)及運(yùn)營安全。

4.2鎖腳支護(hù)

塌方段隧道由于拱頂圍巖壓力較大，有較大的松馳地壓，從而使得拱頂下沉位移遠(yuǎn)大于水平位移。因此，開挖支護(hù)時應(yīng)加強(qiáng)拱腳支護(hù)，控制下沉，避免發(fā)生破壞而再次引起塌方。措施是采用長4 m、φ42 mm注漿錨管進(jìn)行鎖腳錨固支護(hù)，必要時在錨管內(nèi)置φ22 mm鋼筋。

4.3網(wǎng)噴混凝土支護(hù)

噴混凝土強(qiáng)度由C20提高到C25，鋼筋網(wǎng)φ8 mm，網(wǎng)格100 mm×100 mm～150 mm×150 mm。必要時采用噴射鋼纖維混凝土，混凝土中鋼纖維摻入量為55～65 kg/m3。

4.4開挖方法

采用機(jī)械或人工開挖，需要爆破時則采用弱爆破，盡量減小圍巖松動圈范圍。采用CRD工法施工時，每部盡量及時封閉成環(huán)。整體初期支護(hù)閉合成環(huán)時間控制在15 d內(nèi)，支護(hù)閉合環(huán)與工作面距離控制在20 m。每步循環(huán)進(jìn)尺與鋼支撐間距基本一致。

4.5二次襯砌

塌方段初期支護(hù)成環(huán)且沉降穩(wěn)定后，進(jìn)行中隔墻初期支護(hù)拆除，一次拆除長度不超過3 m；拆除6 m后立即施作二次襯砌，一次二次襯砌長度不超過6 m，確保二次襯砌提前承受荷載。

拆模時混凝土強(qiáng)度不得低于8 MPa，養(yǎng)護(hù)時間不低于14 d。

4.6監(jiān)控量測

進(jìn)行初期支護(hù)結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測時要注意安全，量測頻率為1～2次/d，成環(huán)支護(hù)后可視圍巖穩(wěn)定情況適當(dāng)降低頻率，直至二次襯砌完成后可結(jié)束量測。

5結(jié)論與體會

通過采取長管棚及超前預(yù)注漿加固支護(hù)、分部分塊CRD法施工、二次襯砌及時緊跟等方法已順利通過塌方段。塌方體處理效果明顯，保證了結(jié)構(gòu)及施工作業(yè)的安全，避免了次生事故的發(fā)生，加固后的塌方體穩(wěn)定，二次襯砌結(jié)構(gòu)安全可靠。

1)首先，塌方段圍巖為奧陶系淺變質(zhì)砂質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，當(dāng)局部出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)破壞時，會造成在較長地段發(fā)生牽引型連續(xù)坍塌，這是此次塌方的基本原因；其次，由于基巖裂隙水發(fā)育，軟化及降低了結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，加大了圍巖容重，是本次塌方的直接誘因；第三，隧道拱頂上方松散巖土荷載完全作用于初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，較大的自重應(yīng)力使得隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而引起了較大的塌方，是引起塌方的間接原因。

2)在拱頂近0.425 MPa垂直荷載的作用下，隧道Ⅰ22b初期支護(hù)結(jié)構(gòu)能承載的最大拉應(yīng)力達(dá)到了205 MPa，該值在Ⅰ22b型鋼的容許工作應(yīng)力(230 MPa)以內(nèi)，結(jié)構(gòu)是安全的，但安全富余度顯得不足，有待加強(qiáng)。建議在今后類似工程中采用H175型鋼進(jìn)行初期支護(hù)。

3)以上計(jì)算或分析僅僅考慮的是初期支護(hù)承載，實(shí)際上二次襯砌施工后亦能承載一部分初期支護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞的松散塌方體圍巖壓力，通過注漿加固隧頂上方松散體亦能減少再次坍落拱高度，長管棚亦能承載一部分垂直荷載，這些措施能從總體上減小圍巖壓力，提高塌方段結(jié)構(gòu)的承載能力。

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Safety Evaluation of Primary Support Structure during Collapse Treating of Large Cross-section Railway Tunnel

GAO Hongtao

(Hunan Co.,Ltd.of Shanghai-Kunming Passenger-dedicated Railway,Changsha 410008,Hunan,China)

Abstract:The treating scheme of collapse of surrounding rock of Grade Ⅳ of a large cross-section railway tunnel is described.The distance between collapse cavity and the tunnel is predicted and detected according to collapse volume;and the vertical stress on the primary support structure of the tunnel induced by rock and soil is calculated.The bearing internal force of the primary support structure of the tunnel is simulated by means of ANSYS software and load-structure model;and the safety evaluation of the primary support structure of the tunnel is made according to Code for Design of Railway Tunnel.Finally,rational primary support structure is adopted and safe construction technologies for collapse section are provided.

Keywords:large cross-section railway tunnel;collapse treatment;grouting;numerical simulation;CRD method

收稿日期：2016-04-19;修回日期:2016-05-23

作者簡介：高洪濤(1974—)，男，陜西西安人，2007年畢業(yè)于西安科技大學(xué),土木工程專業(yè)，本科，高級工程師，現(xiàn)從事鐵路土木工程技術(shù)管理工作。E-mail:sxghth10@126.com。

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.06.016

中圖分類號：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)06-0756-06