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包西铁路隧道（陕西段）中铁第一勘察设计院集团有限公司工程硕士学位论文预防坍塌与坍塌处理技术的应用与研究欢迎各位领导、专家欢迎各位领导、专家 莅临指导！莅临指导！包西铁路工程（陕西段）中铁第一勘察设计院集团有限公司黄土隧道剩余工程设计排查报告概 述剩余段落黄土隧道的初步设计参数及施 工注意事项原设计隧道地质及结构设计情况施工揭示的地质情况隧道内黄土坍塌原因分析目 录包西线隧道进展情况概 述包西线大保当至张桥段，共有隧道94座，总 延长151.838km，其中大保当至延安段增建二线 ，速度目标值160km/h，共有单线隧道29座，总 延长49.832 km；延安至张桥段，速度目标值 200km/h，为新建双线隧道，共计65座，总延长 102.006km目前全线共有81座隧道已经贯通，开挖完成约 143.849km，13座隧道未贯通，开挖约剩余7989 米4座双线隧道未贯通，开挖约剩余1669米；单 线隧道进展较慢，有9座隧道未贯通，开挖约剩余 6320米包西线隧道进展情况包西线隧道进展情况其中5座为黄土隧道——邓家楼一号隧道剩余 约310米、寨山村隧道剩余约36米、石沟渠隧道剩 余约300米、新贾渠沟隧道剩余约434米、新七楞 山隧道剩余约1500米、庆兴隧道剩余约225米。

包西线隧道进展情况1、地质特征隧道穿越地层为第四系全新统坡积砂质黄土，上更新统 风积砂质黄土，中更新统黏质黄土及三叠系上统砂岩剩余 段落主要地层岩性特征详述如下： （1）砂质黄土（Q3eol3）：全段分布，厚5~15m，局部达 25m淡黄-浅灰黄色，土质较均一，具孔隙及虫穴，垂直节 理较发育，直立性较好坚硬—硬塑，具湿陷性，Ⅱ级普通 土，Ⅴ级围岩，σ0=120~150kPa （2）黏质黄土（Q2eol3）：分布于洞身风积黄土下，厚 0~80m深黄色，土质较均一，垂直节理较发育，直立性较 好坚硬—硬塑，Ⅲ级硬土，Ⅴ级围岩，σ0=150kPa原设计隧道地质及结构设计情况邓家楼1号隧道2、剩余段落结构设计 全隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ初期支护均设置有钢架，除洞口明 洞外，剩余段落具体设计情况如下： （1）ⅡDK344+707～+800为洞口浅埋段，为保证施工安全， 采用Ⅴ级围岩加强衬砌钢筋混凝土结构，拱墙设1榀/0.8m的 I16型钢钢架，底部采用临时横撑封闭隧道洞口通过黄土 层，易塌落，施工时应短进尺，勤支护，衬砌紧跟隧道暗 进时在ⅡDK344+707~+737拱部设一环Φ89大管棚，管棚长 30m，环向间距0.5m，外插角1°～3°。

ⅡDK344+735~+800 拱部设Φ42超前小导管预支护，小导管长3.5m，环向间距 50cm，纵向间距2.4m，外插角10～15°超前预支护设计详 见“包西施隧参107”图原设计隧道地质及结构设计情况邓家楼1号隧道（2）ⅡDK344+800～ⅡDK345+019段为Q2地层，隧道埋 深逐步增大，为保证施工安全，采用Ⅳ级围岩加强衬砌 ，拱墙设1榀/1.2m格栅钢架仰供施工应跳槽开挖施做 ，并加强施工组织，快速施工及时封闭，尽量减少开挖 漏空时间原设计隧道地质及结构设计情况邓家楼1号隧道1、地质特征 工点范围内主要地层为第四系全新统洪积砂质黄土，上更新 统风积砂质黄土，中更新统风积黏质黄土，上第三系上新统 泥岩，三叠系上统砂岩夹页岩剩余段落主要地层岩性特征 详述如下： 黏质黄土（Q2eol3）：下伏于风积砂质黄土，厚1~75m不等 棕黄-浅棕红色，土质较致密，菱形节理发育，含少量砂 礓石中密，坚硬-硬塑，Ⅲ级硬土，Ⅳ级围岩， σ0=200kPa 2、剩余段落结构设计 全隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ初期支护均设置有钢架，剩余段落 具体设计情况如下：DK363+930~DK363+967段采用Ⅳ级围岩 加强衬砌，拱墙设1榀/1.2m格栅钢架。

原设计隧道地质及结构设计情况寨山村隧道1、地质特征 工点范围内主要地层为第四系全新统洪积、溜坍堆积砂质黄 土，上更新统风积砂质黄土，中更新统风积黏质黄土、冲积 细圆砾土，上第三系上新统泥岩夹砾岩，三叠系上统砂岩夹 页岩剩余段落主要地层岩性特征详述如下： （1）黏质黄土（Q2eol3）：下伏于风积砂质黄土，厚1~80m 不等棕黄-浅棕红色，土质较致密，菱形节理发育，含少 量砂礓石中密，坚硬-硬塑，Ⅲ级硬土，Ⅳ级围岩， σ0=200kPa原设计隧道地质及结构设计情况石沟渠隧道（2）泥岩夹砾岩（N2Ms+Cg）：分布于部分地段黏质黄土之 下，棕黄-棕红色，层状构造，泥质（碎屑）结构，近水平 层理，成岩作用差，全风化-强风化Ⅳ级软石，Ⅳ级围岩 风化层σ0=300kPa，风化层以下σ0=500kPa泥岩具弱膨 胀性 2、剩余段落结构设计全隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ初期支护均设置有钢架，剩余 段落具体设计情况如下：DK365+565~DK365+875段为Ⅳ级围 岩破碎地段，洞身位于土石分界变化段，采用Ⅳ级围岩加强 衬砌设1榀/1.2m的格栅钢架，边墙锚杆局部使用，适当设 置拱部超前锚杆原设计隧道地质及结构设计情况石沟渠隧道1、地质特征隧道通过地区出露主要地层岩性为第四系冲洪积及风积 砂质黄土，第三系红黏土、砾岩及上三叠系砂岩夹页岩、煤 层。

主要地层现分述如下： （1）黏质黄土（（Q2eol3））：分布于黄土梁峁中部，厚 10～90m，浅黄色-棕黄色，粉粒成分为主，具孔隙及垂直节 理，含有少许姜石，土质紧密硬塑-坚硬Ⅲ 级硬土， σ[0]=200kPa （2）红黏土（N2Cr）：分布于山梁区第四系地层以下，呈 透镜体状，尖灭于隧道洞身，厚0～30m棕红色，粘粒为主 ，含砂粒及姜石，多含水，土体呈团粒状土体结构紧密， 网状裂隙发育，硬塑，Ⅲ级硬土，σ0=300kPa，为弱膨胀土 原设计隧道地质及结构设计情况新七楞山隧道2、剩余段落结构设计全隧道围岩级别为Ⅳ、Ⅴ初期支护均设置有型钢钢架， 具体设计情况如下：原设计隧道地质及结构设计情况新七楞山隧道原设计隧道地质及结构设计情况 新七楞山隧道1、地质特征隧道通过范围属中低山区，自然山体高陡,黄土峁及冲沟 发育，山体自然坡度较陡，一般坡度为40°～60°主要地 层岩性特征详述如下： （1）中更新统风积黏质黄土（Q2eol3）：厚度大于25m，浅 黄色，硬塑，Ⅲ级硬土，σ0＝180kPa （2） 页岩与砂岩互层：砂岩（T3Ss）：黄色、灰色，中细 粒结构，钙质胶结，产状平缓略倾向北西方向。

强风化层： Ⅳ级软石，σ0＝400kPa弱风化层,Ⅳ级软石，σ0＝ 800kPa页岩（T3Sh）：深灰色，层状结构，钙、质胶结， 水平层理明显，产状平缓略倾向北西方向强风化层：Ⅳ级 软石，σ0＝400kPa弱风化层,Ⅳ级软石，σ0＝600kPa原设计隧道地质及结构设计情况新贾渠沟隧道2、剩余段落结构设计 （1）DK480+650~DK481+007段为Ⅲ级围岩深埋段，采用Ⅲ级 围岩衬砌 （2）DK480＋551~DK480+650段采用Ⅲ级围岩一般锚段衬砌 原设计隧道地质及结构设计情况新贾渠沟隧道1、地质特征 隧道洞身出露地层主要以风积粘质黄土为主，下部基岩为页 岩夹砂岩、泥岩、砾岩，底部为石灰岩主要地层岩性特征 详述如下： （1）粘质黄土（Q2eol3）：分布于黄土梁峁的中部，风积 为主，褐黄或棕黄色，厚度大于50米，坚硬－硬塑最大湿 陷深度22m夹有数层古土壤层，棕红色，厚1～5m，硬塑— 坚硬，黏性较强，Ⅲ级硬土，σ0＝180kPa （2）页岩夹砂岩（C3Sh+Ss）：属煤系地层，呈薄层状砂页 岩互层，夹有约1～5m薄层煤层及煤线，砂岩为粉砂岩，原设计隧道地质及结构设计情况庆兴隧道灰色，泥质胶结，薄层，层理发育。

页岩，青灰色，页理发 育，泥质，极易风化，地表风化成土状，在与砂岩互层地段 常常因为风化速度不一产生负坡，产状N60°E/12°S， Ⅳ 级软石，σ0＝800 kPa风化层一般厚1～5m，Ⅳ级软石， σ0＝600kPa原设计隧道地质及结构设计情况庆兴隧道2、剩余段落结构设计 （1）DK691+371～DK692+300为石炭系砂岩夹页岩，并含煤 层及瓦斯，为Ⅳ级围岩，设计采用Ⅳ级围岩衬砌，钢筋混凝 土结构拱墙设置格栅钢架，间距为1榀/1.2m （2）DK692+350～DK693+550段长1200m边墙及拱顶位于泥岩 、第四系冲积粉土、粉质黏土，圆砾土及砂层，为Ⅴ级围岩 ，设计采用Ⅴ级围岩衬砌，钢筋混凝土结构全断面设1榀 /0.8m的I18型钢钢架为保证施工安全，拱部设φ42超前小 导管进行超前支护，小导管环向间距50cm，长3.5m，外插角 度10º～15º，纵向2.4m/环原设计隧道地质及结构设计情况庆兴隧道本线剩余黄土隧道均位于延安以北，大多以砂质黄 土为主，洞身通过段围岩主要为第四系中更新统砂质黄 土，根据目前黄土隧道开挖情况看，实际地层与原勘察 资料基本相符，土体总体均匀，粉粒含量较高，正常情 况下定为Ⅳ级围岩符合相关规范要求。

但由于砂质黄土局部不均匀，土体含砂量较高，发育的 偶然性和不可预见性较强，特别是对外界的扰动敏感性 强，施工单位对砂质黄土认识不足，易导致安全隐患其中新贾渠沟隧道实际开挖后，地质出现变化，进 口从DK480+390开始拱部位于土石分界面，上部为黄 土，下部为页岩夹砂岩，且有渗水目前考虑采用围岩 变更和加强初期支护等措施施工揭示的地质情况黄土坍塌有时是瞬间产生，有时是缓慢发展的总体上 可分为三个阶段:第一阶段隧道初期支护变形、开裂，在某一侧坍塌，然 后波及拱顶和另一侧;如寨山村隧道进口、马家岔2号隧道进 口等初期支护变形第二阶段初期支护和围岩局部失稳，坍塌也进一步扩大 ，拱顶塌落，另一侧也坍塌，形成穹隆状塌落顶;如冒天山隧 道3号斜井坍塌第三阶段形成拱部坍塌，地层较浅时产生冒顶折家坪1 号隧道进口坍塌冒顶、石沟渠隧道出口坍塌冒顶、庆兴隧道 2号斜井正洞坍塌冒顶一般坍塌冒顶多是因为二次坍塌， 且都离不开水的综合效应如折家坪1号隧道进口、石沟渠 隧道出口坍塌冒顶，受连续降雨雨水渗透的影响，围岩自重 增大，同时砂质黄土含砂率高，雨水渗透快，围岩整体稳定 性下降隧道内黄土坍塌原因分析庆兴隧道2号斜井正洞坍塌冒顶，与村民对目前的洞顶 上方的果园、麦地进行了冬灌后，又连续三天阴雨天气，灌 溉水、地表水下渗导致洞内黄土含水量增大，稳定性变差。

隧道内黄土坍塌原因分析黄土隧道初期支护的变形量与黄土性质（如新老黄土、 砂质粘质黄土）、洞室跨度，尤其是土体的含水量有着密切 的关系新黄土变形量大，老黄土变形量小；砂质黄土变形 量大，粘质黄土变形量小；双线隧道变形量大，单线隧道变 形量小；土体含水量大时变形量大，土体含水量小时变形量 小变形的主要表现形式为初期支护的整体下沉[20-22]黄土 隧道变形发展的规律性很强，施工监控量测资料表明：初期 支护的变形发展一般分为3个阶段第一阶段：上导坑开挖 后1～3天，变形（下沉）小，拱部仅轻微下沉拱脚轻微内移 ，变形量一般为1～3cm第二阶段：迅速发展阶段，该阶段 从下半断面落底挖边墙马口开始，洞室变形发展迅速，变形 量往往达到3(无水)～20cm(有水)初期支护 的变形规律隧道内黄土坍塌原因分析第三阶段：变形趋于稳定阶段，该阶段从仰拱初期支护 封闭成环，仰拱模筑混凝土施工完成后开始，至二次拱墙模 筑衬砌施工完成止施工量测表明，该阶段变形（沉降）趋 于稳定 隧道开挖后总的变形量值和迅速变形阶段结束的时间， 完全受控于仰拱封闭的时间，仰拱早封闭则总变形量小，仰 拱晚封闭则总变形量大黄土隧道初期支护变形量与仰拱施 作时间的关系如下页图:初期支护 的变形规律隧道内黄土坍塌原因分析初期支护 的变形规律隧道内黄土坍塌原因分析在黄土体中开挖地下洞室，改变了土体中原来的应力分 布状态，尤其是因开挖形成了临空面，造成了土体发生变形 和位移的自由空间。

如果洞室周边的围岩的强度不。