4-郑西客专黄土隧道沉降问题研究
黄土及其他特殊地段隧道塌方案例和原因分析客专项目PPT课件
高压风管通风 套管钻机实施
人工导坑
利用中心沟
机械钻孔
通风、通讯、给 养、心理辅导
正面导坑 迂回导坑
钻机成孔 顶管成孔
被困人员逃生
进入救护总结阶段
3. 救护总结阶段
救援实施阶段
接受医疗救护 康复出院
救援总结
结束
（三）应急救援工作实施
1. 调查塌方基本情况
目的 为科学决策救援方案（逃生通道）提供依据。
（二）近六年来铁路隧道安全事故统计分析
序号
1 2 3 4 5 6
年份
2014 至8月 2013 2012 2011
2010
2009
关门塌方
发生3起。被困34人： 33人获救，1人失踪。
未发生。
发生2起。被困8人，全 部获救。 发生1起。被困6人，其 中5人获救，1人失踪。 发生3起。被困28人， 其中8人获救，20人遇 难。 发生1起。被困6人，全 部获救。
利用中心水沟逃生方案图
圆管型中心排水沟 矩形盖板沟型中心排水沟
人工开挖小导坑逃生 ➢形式选择：当能够判定一侧初期支护未被塌方破坏、 能被利用时可优先选择正面三角形断面形式，导坑开口 宜选在低位；当无法 判断初期支护是否可 能利用、或者能够判 断初期支护全部被破 坏时可优先选择正面 梯形断面形式，导坑 开口宜选在高位； 小盘岭1号隧道采用三角形小导坑救援成功
内容 ✓被困人员情况：人员数量、所处大概位置等； ✓塌方情况：塌方规模、距掌子面距离等； ✓地质情况：地层岩性、围岩级别和地下水情况等； ✓施工及周边情况：地表情况、监控量测情况等。
方法 询问塌方目击者、测量和技术人员；现场实地踏勘；
查询相关技术资料；生命通道施工情况；被困人员信 息反馈情况（“生命通道”被打通后）。 成果
浅谈超大断面黄土隧道初期支护中的几个问题
浅谈超大断面黄土隧道初期支护中的几个问题我国已在黄土地区修建了大量的铁路、公路隧道及各种洞室，从开挖净空约5m～6m的老百姓住的窑洞到开挖宽度6m:-10m的单双线隧道，应该说从设计理论到施工实践，人们对黄土隧道的认识水平也随着断面的不断增大而提高。
应该说目前我们设计120m z以下的黄土隧道经验比较成熟。
郑西客专超大断面黄土隧道群的修建在国内外尚无先例。
1郑西客专黄土隧道初期支护设计郑西客专超大断面黄土隧道在进行初期支护设计及施工时，国内没有类似工程参考。
为验证黄土隧道初期支护的稳定性，设计与我单位在贺家庄隧道共同进行锚杆及钢架的对比试验。
2问题的提出(1)黄土隧道系统锚杆的作用一直是争论的一个焦点，目前存在两种观点，一种观点认为，浅埋黄土隧道的拱部锚杆对黄土隧道稳定性不起作用，或起的作用较小，可以不设锚杆，另一种观点认为，锚杆对黄土隧道稳定性起重要作用，应该设置锚杆。
(2)黄土隧道钢架类型的选择是另一个争论的焦点，在黄土隧道钢架的采用上，我国公路部门较多采用型钢钢架，铁路部门以往两种钢架都有采用。
一种观点认为型钢钢架初期刚度大，应选用型钢钢架，另一种观点认为格栅钢架和喷砼共同受力效果好，应选用格栅钢架。
3现场科研试验及分析在郑西客专贺家庄隧道开展了锚杆对比和钢架对比试验。
该隧道位于黄土台塬区，洞顶地形平坦，隧道埋深为35m左右。
工程地质黏质黄土(Q2)，呈硬塑坚硬状，结构较紧密，地下水不发育。
3.1系统锚杆对比试验3.1.1试验概况隧道有、无锚杆施工力学对比试验历时一个多月，监测了每开挖步的位移和应力，得到有、无锚杆试验段的变形、应力、围岩压力随施工步的变化规律，对两试验段的各监测项目数据进行对比分析（表2）。
3.1.2试验结论(1)锚杆轴力。
有锚杆试验段拱部锚杆基本受压，边墙锚杆基本受拉，但量值均较小（一般不超过12kN）。
边墙受拉锚杆的最大轴力出现在第一个测点（距离隧道壁面40cm），向围岩方向锚杆拉应力迅速减小。
黄土隧道塌方原因分析及预控措施
黄土隧道塌方原因分析及预控措施中交一航局铁路工程分公司周杰摘要：本文就黄土本身的特性及施工管理方面的因数分析，浅析黄土隧道塌方的预控措施。
关键词：黄土隧道塌方预控措施一、黄土自身的特性造成黄土隧道塌方的主要因素1.黄土节理黄土常具有各方向的构造节理，有的原生节理呈X型，成对出现，且有一定的连续性。
在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。
如果此种地层位于隧道顶部，则极易产生“塌顶”；如果位于侧壁，则易出现侧壁掉块，若施工中处理不当，可能会引起较大的塌方。
2.黄土冲沟在黄土冲沟或源边地段施工时，往往由于受冲沟构造和地表水侵蚀影响较严重，当隧道覆盖层较薄或存在较大偏压时，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。
3.黄土洞穴与陷穴黄土洞穴与陷穴是黄土地区经常出现的不良地质现象。
当隧道位于其上方时，可能出现基础下沉的危害；当隧道位于其下方时，可能会出现冒顶的危险；当隧道位于其邻侧较近时，则可能因承受较大偏压而出现坍塌。
4.地下水的影响黄土在干燥时一般具有较高的强度和承载力，但当其受水浸湿后，则强度会急骤下降，出现不同程度的湿陷性，产生下沉，极易导致坍塌。
5.湿陷性黄土对隧道最不利的影响是其湿陷性，遇水后黄土的强度显著降低，并产生湿陷性，极易导致隧道基础沉降，引起衬砌开裂等病害。
二、施工管理造成黄土隧道塌方的主要因素1、未能按三台阶法施工目前黄土隧道施工采用的方法一般为三台阶七步流水法和三台阶临时仰拱法，对于湿陷性黄土及富水黄土隧道，需采取三台阶临时仰拱法施做，施工过程中要严格控制施工步距，如果不能严格施工工法，采用长台阶法施工，作业循环时间长,土体暴露时间过长,容易造成仰拱到掌子面之间出现塌陷。
2、未能按设计要求进行超前支护掌子面开挖前应按设计要求进行超前支护，超前小导管或大管棚必须施做，如果未能按照设计要求施做，容易造成掌子面开挖过程中掉块、坍陷现象。
3、仰拱一次开挖过长、未能及时封闭黄土隧道施工中要严格仰拱开挖进尺，一次开挖长度为2--3米，并及时做好初期支护，使仰拱开挖后尽早成环，如果一次开挖过长或开挖后未能及时成环，会造成已开挖仰拱部位不能承受土体压力而塌陷。
客运专线铁路黄土隧道仰拱隆起变形控制技术研究
客运专线铁路黄土隧道仰拱隆起变形控制技术研究发布时间：2021-04-26T08:30:29.608Z 来源：《防护工程》2021年3期作者：李亮亮[导读] 导致隧道基础出现隆起、下沉、开裂等问题，影响高铁运营安全。
中铁隧道集团二处有限公司河北三河 065201摘要：随着我国西部大开发和“一带一路”战略实施，黄土地区迎来隧道建设高潮，隧道工程线路质量直接影响到整个高速铁路运行的安全性与可靠性，而影响线路质量的最突出问题是地质变化带来的异常变形。
本文以宝鸡至兰州客运专线古城岭隧道工程实例为背景，主要针对隧道贯通后仰拱出现的隆起变形和产生原因以及控制技术进行了分析研究，以便为今后同类型隧道的隧底隆起裂损处理设计和施工提供一定的参考[1]。
关键词：客运专线；黄土隧道；仰拱；隆起变形；控制技术引言2013年10月，习近平主席提出“一带一路”战略构想，近年来穿越黄土地区的高速铁路超过2000公里，黄土地区铁路隧道建设突飞猛进，加之隧道断面不断增大，从目前黄土隧道的使用情况来看，由于隧道区域不良地质引起的基础变形等灾害频发，严重影响了隧道施工和运营安全，同时导致了维修工作量增加。
高速铁路的高安全性、高舒适度源于线路的高平顺性和高稳定性。
宝兰客专途经大范围的黄土区，这种地质的最大特点是遇水就软化，导致隧道基础出现隆起、下沉、开裂等问题，影响高铁运营安全。
本文结合现场实践经验，提出了大断面富水黄土隧道仰拱变形采用钢筋混凝土桩加固与增设排水系统疏导引排地下水相结合的处理方案。
该方案可有效提高承载力，在隧道有限空间内可快速施工，便于基础变形控制[2]。
1工程概况新建铁路宝鸡至兰州客运专线古城岭隧道位于甘肃省兰州市榆中县境内，全线重点控制性工程之一，起讫里程DK1012+450～DK1022+800，全长10350m。
隧道地处陇西黄土高原西北部，为单洞双线、大断面、I级风险隧道，最大埋深300m，最小埋深1.6m。
隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩长度分别为6630m、3320m、400m。
隧道围岩动态变形规律及控制技术研究
隧道围岩动态变形规律及控制技术研究赵勇【摘要】基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】隧道工程;围岩变形;控制要点;控制技术【作者】赵勇【作者单位】北京交通大学,隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;铁道部工程设计鉴定中心,北京,100844【正文语种】中文【中图分类】U451.2隧道的结构体系是由周围地质体和人工修筑的支护构件组成的,并且周围地质体起着主导作用,这是与地面结构体系完全不同的.从工程结构的角度看,这种结构体系的形成是通过一定的施工过程或者说一定的力学过程来实现的,这个过程状态的变化如图1所示[1].可以看出,隧道施工就是一个开挖与支护的过程,施工过程就是应力释放与应力控制、利用和控制围岩动态变形的过程.图1 施工过程与围岩力学状态变化过程示意图Fig.1 Construction and surrounding rock mechanical state change process chart对于隧道围岩变形规律及控制技术的研究,国内外学者做了大量工作,并取得了丰富的研究成果[2-5].本文作者基于前人的研究,结合日本龟浦隧道围岩变形试验和郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,根据实测数据总结隧道围岩变形动态规律,并提出具体的控制措施.1 隧道围岩变形动态规律大量的数值计算和现场监测资料均表明,隧道围岩变形是在开挖工作面的前方开始,而在开挖工作面后方距离d=1.5～2.0D(洞径)处的变形才与最大径向变形基本相等,这是隧道开挖引起围岩变形的一般规律.日本龟浦隧道施工时,在隧道拱顶上方2 m 的位置设一个长50 m的水平铝管,实测的弯曲应变计算变形如图2所示.图2 龟浦隧道掌子面变形监测实例Fig.2 The heading face displacement monitoring example of GuiPu Tunnel我国郑西客运专线大断面黄土隧道开挖监测数据分析的规律也大致相同.图3为2006-11—2007-09的实测数据,其中1#～8#分别对应隧道左右导洞及主洞断面上的8个测点.各分步施工引起隧道拱顶沉降占总沉降的比例分别为:超前沉降,5%～14%;导洞开挖,35%～50%;导洞开挖至全断面封闭前,40%～50%;全断面封闭后,3%～9%.可以看出,反映在掌子面前方到后方一定范围内的拱顶下沉分布规律为:隧道开挖后在掌子面前方一定范围(2～5倍洞径)产生下沉,称之为“先行变形”;在掌子面处,产生一定量的“初始变形”,此值与地质条件关系密切,约为最终变形值的20%～30%,这个变形是开挖后瞬间发生的;在掌子面后方,随掌子面的推进,产生不断增大的变形,其特点是初期的变形速度很大,而后增长的速度逐渐减缓,并趋于稳定.其变形过程如图4所示[2].图3 大断面黄土隧道双侧壁导坑法施工拱顶沉降曲线Fig.3 Vault crown settlement curve of both-side head excavating method construction in large section loess tunnel因此,隧道开挖后隧道的变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种,且这3种变形是同时发生的.图4 隧道开挖围岩变形三维示意图Fig.4 Surrounding rock deformation during tunnel excavation three-dimensional chart2 隧道围岩变形控制要点隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面的失稳、坍塌,拱顶的失稳、坍塌,台阶法中拱脚下沉、失稳和围岩大变形等.2.1 控制掌子面失稳、坍塌1)倾斜掌子面.采用倾斜形状的掌子面开挖,配合掌子面喷混凝土封闭措施,可以抑制掌子面的变形,减少作业人员的风险,控制地表的下沉,大幅度改善进度和封闭时间,提高喷混凝土的品质和耐久性.2)掌子面锚杆.设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行变形和掌子面变形,也是为全断面和半断面开挖创造条件.掌子面锚杆的长度一般在12～24 m之间,为开挖方便,通常采用玻璃纤维锚杆.采用掌子面锚杆技术的关键是长锚杆的快速施工工艺和配套施工机具.3)留核心土.在台阶法施工中,为了掌子面的稳定,经常采用弧形开挖法,即留核心土法.日本进行的一项研究表明:不留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分可达到掌子面前方1.3 m;而留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分只达到掌子面前方0.6 m 处.可见核心土对掌子面起到控制挤出的效果.2.2 控制拱顶失稳、坍塌控制拱顶失稳坍塌的技术要点是采用超前支护和加强初期支护.1)超前支护.根据构筑方法,超前支护通常分为短超前支护、中超前支护和长超前支护3种情况.①短超前支护:一般支护长度为2～5 m,通常采用超前小导管、插板法和预衬砌技术;②中超前支护:一般支护长度为5～10 m,通常采用中管棚(直径89 mm,长度10 m)或水平喷射注浆方式;③长钢管超前支护:一般采用长度在15～20 m、直径大于108 mm的长钢管,即大管棚超前支护,以有效控制拱顶失稳、坍塌.2)加强初期支护.加强初期支护通常有两种做法,其一是加大喷混凝土的厚度,加密钢架间距或缩小锚杆间距;其二是改变喷混凝土的性能,提高钢架的规格和采用抗拔力大的锚杆.实践证明,第二种方法更有利于控制拱顶下沉.采用初期高强度喷混凝土技术能减薄喷层厚度,有效加快施工进度,符合技术发展的趋势.2.3 控制拱脚下沉、失稳在台阶法施工中,控制拱脚下沉的方法通常有扩大拱脚、设置锁脚锚杆、临时仰拱封闭和设置横撑等方法.日本近期开发出了利用弯曲钻机,设置弯曲形脚部钢管桩或采用高承载力的脚部支撑钢管来控制钢架的下沉,效果较好,如图5所示.另外,也可用喷射混凝土来加固拱脚,如图6所示.图5 控制隧道拱脚下沉失稳的曲线形钢管桩工法Fig.5 Shaped form pipe pile method for controlling tunnel arch springing subsidence instability图6 控制隧道拱脚下沉失稳的拱脚喷射混凝土工法Fig.6 Shotcrete method for controlling tunnel arch springing subsidence instability2.4 控制软岩大变形通常认为初期变形速率快、变形值大、长时间无收敛趋势,且超过预计变形值的变形,可以称为“大变形”.这种围岩一般为软弱围岩,这种变形也通常被称作“软岩大变形”.控制软岩大变形的方法有:①在喷混凝土中设置伸缩缝来吸收一部分变形;②采用长锚杆(8～15 m)来控制围岩的后期变形;③采用掌子面锚杆控制围岩的先行变形等.这些方法对解决大变形问题起到一定的作用,特别是长锚杆和掌子面锚杆.日本在东海道新干线的饭山隧道(长22.2 km)的大变形地段试验,采用多重支护方法取得了成功.多重支护方法的特点是:不需要进行反复扩挖和反复支护,即没有拆除顶替已经承载的支护构件和对围岩的多次扰动的问题,留出充分的变形富裕值,先释放一部分变形进行第一次支护,然后继续释放变形.第一次支护达到极限状态后,再继续第二次支护,必要时可继续第三次支护,将变形控制在容许范围之内.多重支护的基本观点是:容许一次支护变形,以减轻作用在二次支护的土压,并在最内侧形成健全的壳体,使整个支护稳定.因此,二次支护的设置最好在围岩内应力释放到某一程度后实施.3 隧道围岩变形控制技术3.1 开挖过程控制隧道开挖后,随着时间的推移,变形也在发展.一般说,开挖过后,变形发展很快,即初期变形速度很快,而且变形值也比较大,如果能够控制住初期的变形速度,就可以控制隧道围岩的松弛.因此通常强调开挖后要迅速喷射混凝土,迅速架设钢支撑,其目的就是要求初期支护及时闭合.另外需要关注的是从开挖到初期支护全断面闭合的时间.在复杂地形、地质条件下,从开挖到全断面初期支护的闭合时间,要求越短越好.闭合距离也是越短越好.因为,初期支护全断面闭合的过程,就意味着隧道围岩变形逐渐趋于稳定的过程.而闭合距离,基本上要求在距掌子面2～3倍隧道开挖跨度之内,甚至更短一些.因此,有效控制隧道围岩变形的开挖方法,应该是首选全断面法,其次是短台阶法.总之,开挖分部越少,封闭时间越短,变形就越小.3.2 辅助工法控制以改善围岩条件为目的而采用的辅助或特殊工法称为辅助工法,如图7所示.隧道开挖中最危险的应力释放面是掌子面和一次开挖长度的无支护区间.为了控制其危险度,了解地下水分布状况和掌子面前方围岩的动态是非常重要的.图7 辅助工法概念示意图Fig.7 Assistant construction method concept chart 在隧道围岩变形及控制技术措施中,辅助工法占据重要地位.常用稳定掌子面的辅助工法有:超前锚杆、超前长钢管、掌子面喷混凝土、掌子面锚杆、脚部补强锚杆、临时仰拱等.在地下水处理中常用排水钻孔等工法.在控制地表下沉对策中有:长超前钢管、管棚等.在地下水对策中有:排水钻孔、降低地下水位、排水坑道等工法.4 隧道围岩变形控制建议隧道施工主要分为开挖和支护两大工序,变形控制是开挖和支护中的技术关键点.开挖是应力释放的过程,不同的开挖方法,应力释放的过程及程度也是不同的.支护则是应力控制的过程,不同的支护方法应力控制的过程和程度也是不同的.除开挖、支护作业外,其他作业都是辅助性的,如运输、排水、通风、量测、地质超前预报等.但这些作业也是左右开挖、支护成败的关键,不能忽视.因此,控制隧道围岩变形的关键措施主要指开挖、支护过程中控制围岩变形的措施及必要的辅助作业工法.在隧道施工过程中,开挖和支护是密切相关的,根据围岩地质情况,其关系可大致分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况.1)只挖不支,适用于坚硬、自支护能力比较高,应力释放后能够自行控制稳定的围岩,围岩级别为Ⅰ级、Ⅱ级.关键技术:减少爆破振动和少扰动的开挖技术.基本措施建议:控制开挖进尺,控制一次起爆炸药量,采用电子雷管,采用机械开挖或机械与爆破并用的开挖方法.2)先挖后支,适用于一般地质条件,围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级.关键技术:加强初期支护控制围岩的松弛、坍塌,确保开挖工作面的稳定.基本措施建议:采用全断面法或超短台阶法,提高初期支护的支护效果,控制隧道围岩变形的发展和收敛;严格控制各开挖工作面的步距,尽快闭合;提高机械化程度,缩短各单项作业的时间.3)先支后挖,适用于特殊地质、地形条件,一般用于软岩大变形、掌子面或拱脚易失稳、底部鼓起等情况,围岩级别为Ⅴ级、Ⅵ级.关键技术:加强超前预支护,确保开挖工作面稳定,控制围岩松弛、坍塌,提高围岩的自支护能力.基本措施建议:采用掌子面超前锚杆、喷混凝土封闭掌子面、倾斜掌子面或留核心土的施工方法;超前管棚、管幕、插板等超前支护;加强初期支护,采用高强度、高刚度喷混凝土技术;采用锁脚锚杆等控制拱脚下沉.只挖不支的场合主要是控制爆破振动,采取减少围岩扰动的施工方法;先挖后支的场合主要是控制掌子面后方的变形,采取加强初期支护和快速封闭的施工方法;先支后挖的场合重点是控制掌子面前方的变形和掌子面变形,采取超前预支护、掌子面支护和掌子面后方支护,及时封闭的措施和工法.5 结语1)隧道围岩变形包括掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方的变形,其中掌子面变形是隧道开挖过程围岩变形发展的重要阶段,是隧道围岩变形控制的重点.2)隧道围岩变形控制是隧道围岩稳定性控制的核心,要采取系统的控制措施.既要控制掌子面前方的先行变形,又要控制掌子面和掌子面后方的变形.3)隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和失稳及围岩大变形等几种形式.4)隧道围岩变形控制重在开挖过程控制和辅助工法控制,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是控制隧道围岩变形的关键.5)隧道开挖和支护相互作用关系可分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况,且每种情况有其关键技术和建议的基本措施,在隧道施工过程中,应根据围岩条件和工程特点选定合理的工序.参考文献:[1]关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993.GUAN Baoshu.Generality of Tunnel Mechanics[M].Chengdu:Southwest Jiaotong University Press,1993.(in Chinese)[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.WANG Mengshu.Technology of Shallow Tunnel Excavation[M].Hefei:Anhui Education Press,2004.(inChinese)[3]张顶立,王梦恕,高军,等.复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(2):290-296.ZHANG Dingli,WANG Mengshu,GAO Jun,et al.Research on Construction Technology of Large Span Tunnel in Complex Rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics andEngineering,2003,22(2):290-296.(in Chinese)[4]吕勤,张顶立,黄俊.城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践[J].中国安全科学学报,2003,13(7):29-34.LU Qin,ZHANG Dingli,HUANG Jun.Mechanism of Stratum Deformation and Its Control Practice in Tunneling Urban SubwayAt Shallow Depth[J].China Safety Science Journal,2003,13(7):29-34.(in Chinese)[5]岳广学,何平,蔡炜.隧道开挖过程中地层变形的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(增2):3793-3803.YUE Guangxue,HE Ping,CAI Wei.Statistic Analysis of Stratum Deformation During Tunnel Excavation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(S2):3793-3803.(in Chinese)。
郑西客专湿陷性黄土地基处理技术研究
铁
道
工 程
学
报
Ｓ ｅ ｐ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ２ ０１ ３
第 ９期 （ 总１ ８ ０ ）
ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＳＯＣＩ ＥＴＹ Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＲＡＩ Ｌ ＷＡＹ
Ｎ Ｏ ． ９ （ Ｓ ｅ ｒ ． １ ８ ０ ）
文章 编号 ： １ ０ ０ ６— ２ １ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ ０ １ ５— ０ ５
郑 西 客 专 湿 陷 性 黄 土 地 基 处 理 技 术 研 究
姚 裕 春 料 李 安 洪 罗照 新 孙 莺
（ 中铁 二 院工程 集 团有 限责任 公 司 ， 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
摘要 ： 研 究 目的 ： 郑西客专沿线黄 土分 布广 泛 ， 其 中黄土的 ６ ０ ％为 易对工程造成严重影 响的湿 陷性 黄土地基 ， 郑西客专为 国内外首次在湿 陷性黄 土地基 上修建 的无砟轨 道高速铁 路 ， 有效解 决黄土地 基 的湿 陷性和工 后
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｃ ｏｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｐ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｌ ｏ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｚ ｈｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ — Ｘｉ ＂ ａ ｎ Ｐａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｇ ｅ ｒ
沉降是高速铁路路基修建 的关键 。 研究结论 ： 根据郑西客专湿陷性黄土 的具体特征 ， 通过理论分 析 、 离 心模型试 验、 现场试 验等方法研 究 了 路基桩板 结 构 、 水泥 土柱 锺 冲扩 桩 、 水泥 土挤 密桩 和 Ｃ Ｆ Ｇ桩处 理湿 陷性 黄 土地基 的适 应性 和效 果 ， 得出： （ １ ） 分幅顶置式路基桩板结构对深层湿 陷性 黄土地基和桥 隧间短路基具 有明显 的优 势 ； （ ２ ） 水 泥土柱锤 冲扩 桩适宜于处理浅层和 中厚层湿 陷性 黄土 ； （ ３ ） 水泥 土挤密桩 可用 于处理浅 层湿 陷性黄土 ， 但应充 分考虑 其适 用条件 限制 ； （ ４ ） Ｃ Ｆ Ｇ桩处理 湿陷性黄土宜采用小直径小问距方案 ； （ ５ ） 研究成 果可为湿 陷性 黄土地基 加 固提 供重要参 考。 关键 词 ： 郑西客专 ； 湿陷性黄土 ； 沉 降控制 ； 地基处理
黄土隧道拱顶初支下沉侵限治理技术探究
黄土隧道拱顶初支下沉侵限治理技术探究摘要：黄土隧道初支下沉侵限会影响隧道二衬结构安全，对初支下沉侵限治理工作不可避免，初支下沉侵限治理实际施工存在一定安全风险，本文针对黄土隧道初支下沉侵限具体情况，提出了治理方案，对黄土隧道拱顶下沉侵限治理具有借鉴意义。
关键词：黄土隧道初支下沉侵限拱架拆除换拱1 工程概况XX隧道位于榆林市定边县杨井镇以北，隧道沿杏树沟穿越马洼梁终于史峁子山西麓，进口位于杨井镇贺崾岘村，出口位于砖井镇左庄村。
隧道总体自南向北布线，与山脊近于垂直。
左线隧道起止桩号为ZK117+846～ZK120+237，左线隧道长2391m，最大埋深105.6m，隧道采用分离式结构，进口左右线间距44.47m，出口间距80.55m，洞身最小间距位置在隧道进口，最大间距在隧道出口。
ZK118+897.5处左右线间距50.3m，埋深105.5m。
XX隧道进口左洞进尺1051m，出口左洞进尺1078m，剩余262m贯通。
XX隧道ZK118+873-ZK118+897.5段为深埋段，设计开挖断面102.9㎡，该段纵坡2.2%，Ⅴ级围岩，采用SⅤ-2（Q）支护类型，围岩为老黄土，围岩物理力学指标均稍低，该段隧道处于水位线以下，5月20日实测含水率9.3%。
该段采用环形开挖留核心土法，具体设计参数如下：①超前支护：φ50×4mm钢管，长4.5m，环向间距40cm，纵向间距3m，每环29根；②初期支护：钢架为I20a型钢，间距75cm；锁脚φ22砂浆锚杆，长3.5m，每榀8根；C25喷射砼厚度26cm；φ22砂浆系统锚杆，长3.5m，间距120×75cm （环向×纵向）；③二次衬砌：C30钢筋砼，厚度45cm。
2 病害变形情况简介5月21日凌晨3时10分，XX隧道左线掌子面ZK118+897.5完成开挖后，挖掘机进行左侧下台阶ZK118+881.5开挖作业时（右下台阶里程ZK118+886），掌子面突然掉土垮塌，同时掌子面附近出现拱顶初支下沉并伴随异响，出现异常后现场开挖作业施工人员立即撤离现场。
郑西客运专线湿陷性黄土勘察探讨
Ｗ ＡＮ Ｇ ｕｏ ｉ Ｇ ｘ ｎ
Ｄ ｓ ｒ ｃｔ： ｅｒ ｉ ｅｓ ｘｐｅｒｅｎｃ ｏ ｕｒ ｅ ｉ ｇ ｉ ｏｌ ｐｓ ｄ ｏ ｓ ｒ ａ ｗｈｅｒ ｇ ｓ ｅｅ ａｉｗａ ｐａ ｓ ｓｔ ｒ ｕｇ Ｓ ｏ Ａｂ ｔ ａ Ｔｈ ｅ ｓｌ ｓｅ ｉ ｅ ｆｓ ｖ ｙ ｎ ｎ ｃ ｌａ ｅ ｌｅ ｓａ ｅ ｅ ｈｉｈ—ｐ ｄ ｒ ｌ ｙ ｓ ｅ ｈ ｏ ｈ， Ｏ ａ ｌｔ
郑 西 客 运 专 线 湿 陷 性 黄 土 勘 察 探 讨
汪 国 信
（ 中铁二 院工程集 团有 限责任公 司 ， 成都 ６ ０３ ） １０ １
摘
要： 高速铁路通过湿 陷性黄 土地段勘察经 验较少 ， 待研究 、 总结 的问题 较多 ； 郑州至西安 客运 专线 ， 是穿越
我国黄土地 区的第一条高速铁路 ， 刚建成通 车 ； 现 通过对郑西 客专湿 陷性 黄土勘察 的总结及有 关指标进行 数 理统计后认 为 ： 采用探井现场环刀法取原状 土样试 验 ， 可最大限度地减少 了对黄土 土样 的扰 动 ， 试验结果最可
堆 积环 境 、 理位 置 、 候 条 件 的 不 同 ， 土在 堆 积厚 地 气 黄 度、 物理 力学 性质 等 方 面 有 明 显差 别 。湿 陷性 总 体 上
具 自西 向东 和 自北 向南 逐 渐 减 弱 的规 律 ； 陷 性 黄土 湿 主要 分 布在 陇西 、 东 陕北 及 山西 部 分 地 区 。根据 区 陇
ｌ ｓｄｌ ｓ ｃｎｂ ｅ ｒ ｎ ｄａ ｅ ｅｓｒｅ ａａ（ｈ ｅｉ ａ ｅｐｒ ｎ ｅｔｉｋ ｅｓ ａ ｎｙｆ ｆｒｎ ｅ ． ａ ｅ ｅｓ ａ ｅｄｔ ｍｉ ｓ ｒ ｈ ｕ ｙｄ ｔ ｔｅｒｇｏ ｌ ｘ ｅｉ ｃ ｃ ｎｓ ｔ ｉ ｏ ｌ ｏ ｒ ｅｅ ｃ ） ｐ ｏ ｅ ｅ ｐ ｔ ｖ ｎ ｅ ｈ ｄａｓ ｒｅ
郑州至西安客运专线基础工程沉降观测指导方案
郑州至西安客运专线基础工程沉降观测指导方案一、项目背景郑州至西安客运专线是我国高速铁路网的重要组成部分，全长约456公里。
为确保客运专线基础工程的稳定性和安全性，沉降观测工作是必不可少的环节。
本指导方案旨在为项目团队提供一套全面、系统的沉降观测方案，确保工程质量和进度。
二、观测目标1.掌握客运专线基础工程范围内的沉降变化情况，为调整施工方案提供依据。
2.确保沉降观测数据的准确性，为评估工程质量提供数据支持。
3.预警可能出现的安全隐患，保障工程顺利进行。
三、观测范围与内容1.观测范围：客运专线基础工程范围内的路基、桥梁、隧道等结构物。
2.观测内容：地表沉降、地下水位、桥梁桩基沉降、隧道结构变形等。
四、观测方法与流程1.地表沉降观测：（1）采用水准仪、全站仪等仪器进行观测。
（2）设置观测点，点间距不宜超过50米。
（3）定期进行观测，观测周期根据工程进度和地质条件确定。
（4）记录观测数据，绘制沉降曲线。
2.地下水位观测：（1）采用水位计、测斜仪等仪器进行观测。
（2）设置观测井，井深应大于地下水位变化幅度。
（3）定期进行观测，观测周期根据地下水位变化情况确定。
（4）记录观测数据，绘制水位变化曲线。
3.桥梁桩基沉降观测：（1）采用水准仪、全站仪等仪器进行观测。
（2）在桥梁桩基上设置观测点。
（3）定期进行观测，观测周期根据工程进度和地质条件确定。
（4）记录观测数据，绘制沉降曲线。
4.隧道结构变形观测：（1）采用收敛计、测斜仪等仪器进行观测。
（2）在隧道内设置观测点，点间距不宜超过10米。
（3）定期进行观测，观测周期根据工程进度和地质条件确定。
（4）记录观测数据，绘制变形曲线。
五、观测数据分析与处理1.对观测数据进行整理，确保数据真实、可靠。
2.分析观测数据，掌握沉降变化规律。
3.结合地质条件、施工方案等因素，评估工程质量和安全性。
4.及时发现安全隐患，提出预警。
六、观测成果应用1.根据观测数据，调整施工方案，确保工程顺利进行。
郑西铁路客运专线湿陷性黄土隧道基底处理技术
郑西铁路客运专线湿陷性黄土隧道基底处理技术王新东【摘要】为有效控制客运专线隧道基础沉降变形,根据湿陷性黄土隧道工程特点,结合郑西客运专线凤凰岭隧道设计方案、理论分析以及现场施工情况,阐述郑西客运专线湿陷性黄土隧道基底处理技术.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2007(000)0z1【总页数】3页(P90-92)【关键词】郑西客运专线;黄土隧道;湿陷性;挤密桩【作者】王新东【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安,710043【正文语种】中文【中图分类】U459.1目前，我国较少有铁路隧道基底处于湿陷性黄土内的，以往对于少数隧道部分区段的湿陷性黄土，由于列车运行速度低，轨道对基底沉降控制要求不高，除洞门基础进行换填处理外基本未作特殊处理。
郑西客运专线隧道内铺设无碴轨道，要求隧道内线路有高度的平顺性，基底工后沉降要求不大于15 mm，设计标准高，而隧道洞口段基底多位于湿陷性黄土地层中，必须采用有效基底处理措施，严格控制工后沉降。
就湿陷性黄土地基处理而言，我国有较为成熟的技术和实践经验，主要的处理方法有：碾压、换填、强夯、动力/振动挤密桩、静力挤密(预制)桩、CFG桩、注浆、高压灌浆、高压旋喷桩等。
这些方法是在隧道以外的土木工程中形成，并得到广泛的应用，但尚缺乏在隧道开挖后洞内处理实施的实例。
结合郑西客运专线湿陷性黄土隧道基底处理的设计方案、理论分析及施工情况，阐述郑西客运专线湿陷性黄土隧道基底处理技术，以供参考和借鉴。
1 工程概况郑西客运专线凤凰岭隧道位于陕西省华阴市，起讫里程DK349+776～DK350+615，全长839 m，为双线黄土隧道。
隧道位于郑西客运专线工程试验段起点，洞身纵坡为3.5‰的下坡，进口与磨沟河桥桥台紧密相连，于2007年1月1日顺利贯通。
隧道位于潼关黄土台塬区，通过区范围内地层岩性简单，黄土台塬区表层为第四系上更新统风积砂质黄土，下伏第四系中更新统风积的砂质黄土，中间夹有数层粉质黏土古土壤层，洞身地下水不发育。
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张 茅隧道 贺家庄隧道 富村二号 隧道
黄龙村隧道 阌乡隧道
DK225+650
DK241+640~ DK242+430
2006-6-24 ——
—— —— 2006-11-4
2007-1-16 ——
—— —— 2007-3-9
1.3 2～12
3～10 2～8 8
富水黏质 无水黏质
无水黏质 砂质黄土 砂质黄土
六、黄土隧道基础处理及科研
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验
分题3：黄土隧道地基处理技术研究 张茅隧道内轻型动力触探试验结论 ⑴ 新开挖隧底受扰动和地下水浸水软化的厚度一般 为10～30cm；在排水沟、积水坑等地方，土层软化厚度 更大；
⑵ 对于富水粘性土隧底，建议在隧底铺设一层厚度
10cm～20cm的喷混凝土保护层。
洞径左右；隧底以下取45m；隧道纵向长度方
向10m。
四、黄土隧道工后沉降数值计算
轨道及道板单独作用下隧道填充顶面的最大
沉降值为1.85mm。列车荷载单独作用下（即工后 沉降）隧道填充顶面的最大沉降值为7.17mm。
五、黄土隧道基础沉降现场量测
五、黄土隧道基础沉降现场量测
对现场已经施工的黄土隧道开展了隧道
师家沟隧道设置 12 个观测断面，截至 2007 年 10 月 21日，最短观测时间121天，最长观测时间198天，累计 最小沉降0.3mm，累计最大沉降1.5mm。
沉降量(时间-速度) 5
沉降量(左侧观测桩-位移)
贺家庄隧道沉降观测里程及部位:DK241+640左侧 4
沉 降 变 形 （mm）
3
2
沉 降 变 形 （mm）
3
2
1
0
-1
20 07 .0 7. 13 20 07 .0 7. 20 20 07 .0 7. 27 20 07 .0 8. 03 20 07 .0 8. 10 20 07 .0 8. 17 20 07 .0 8. 24 20 07 .0 8. 31
时间（天）
五、黄土隧道基础沉降现场量测
一、郑西客专黄土隧道概况 二、黄土隧道基础沉降问题的提出 三、已建公铁黄土隧道基础处理 四、黄土隧道工后沉降数值计算
五、黄土隧道基础沉降现场量测
六、黄土隧道基础处理及科研 七、工后沉降分析及结论
一、郑西客专黄土隧道概况
一、郑西客专黄土隧道概况
概况
郑西客专全长458km，是我国在黄土地区新建设计 时速为 350km/h 的第一条客运专线。全线隧道共计 38 座，总长76.3km，其中黄土隧道总长50km。
故站前专业的设计重点之一在于，如何把各种构筑物的工
后沉降控制在允许范围之内。 《客运专线无碴轨道铁路设计指南》规定，路基工后 沉降一般不应超过 15mm ，长度大于 20m 的路基，允许的最 大工后沉降为30mm；桥梁墩台均匀沉降量不大于20mm；涵
洞的地基为压缩性土层时，其工后沉降量不应大于30mm。
身地段老黄土可压缩性很小。目前大家普遍认为：隧
道基础以下土体已经承受了几百万年的上覆土体的重 量，这个重量远大于围岩压力 + 隧道自重 + 列车荷载，
故隧道基础不用再进行加固。
六、黄土隧道基础处理及科研
2、郑西客专基础处理措施
一般新老黄土隧道基础不做特殊 处理，但仰拱落底前应清除底部虚 土；有水黄土隧道基底要防止隧底受 水浸泡，避免人为扰动基础。
进口基岩为安山岩 夹砂泥页岩和灰岩
DK223+370附近发育 一断层，破碎带宽度 约50m。
出口段黄土、粗 圆砾土；
全长8483m，最大埋深193 m。其中黄 土段为3.2km（位于地下水位以下30m）。
二、黄土隧道基础沉降问题的提出
二、黄土隧道基础沉降问题的提出
客运专线不同于普通铁路的一个最大的特征之一，在 于线路的高度平顺性及对线下工程严格的工后沉降要求，
能满足设计要求时，应适当延长观测期。
五、黄土隧道基础沉降现场量测
贺家庄无水老黄土隧道共设置30个断面，截至2007 年 10 月 25 日，最短观测时间 105 天，最长观测时间 215
天，累计最小沉降0.3mm，累计最大沉降0.9mm。
沉降量(时间-速度) 5
沉降量(左侧观测桩-位移)
贺家庄隧道沉降观测里程及部位:DK243+150左侧 4
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验 张茅隧道激振试验元件埋设
张茅隧道现场观测试验 共埋设垂直振动速度传感 器、土压力传感器、孔隙水压 力传感器、应变传感器等元件 合计40个。
土压计埋入指定位置
试验人员正在读取元件初读数
六、黄土隧道基础处理及科研
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验 张茅隧道激振试验元件埋设
也是均匀沉降，结构不会有问题。
七、工后沉降分析及结论
通过以上分析得出以下几点结论：
（1）隧道工程的沉降控制标准：应当以不超过路
பைடு நூலகம்
基工后沉降，并且应满足隧道在发生微小沉降时，结
构不破坏为原则； （2）计算结果说明郑西客专黄土隧道沉降量满足 无碴轨道工后沉降要求；
七、工后沉降分析及结论
（3）郑西客运专线黄土隧道基础处理应以消除洞口新黄 土湿陷性为目的，水泥土挤密桩法可以作为隧道内消除黄土
时，隧道底部黄土变形主要为压缩变形；当隧道基底为湿
陷性黄土时，必须考虑消除黄土的湿陷性。
六、黄土隧道基础处理及科研
1、黄土的变形特征 隧道工程和路基、桥涵工程不一样，衬砌施工后
背后土体始终处于三轴压缩状态 ，限制了土体的变
形，土体体积如果结构没有破坏，则体积也不会有变 化，微小的工后沉降以黄土的压缩变形为主，一般洞
DK240+870~ DK241+430
DK244+280~ DK244+560 DK298+482~ DK298+566
五、黄土隧道基础沉降现场量测
无碴轨道铺设前，应对隧道基础沉降作 系统的评估，确认其工后沉降符合设计要求。 隧道主体工程完工后，变形观测期原则上不应 少于3个月。观测数据不足或工后沉降评估不
六、黄土隧道基础处理及科研
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验 张茅隧道激振试验元件埋设
张茅隧道现场观测试验
试验方法：在隧底增 设 Φ10cm 钢 管 做 为 钻 机 抽 测钻心观测取样预留孔 检测时间：部分孔在 激振试验期间或无碴轨道 板铺设以前，部分孔在激 振试验期间或试运营之后
仰拱埋设钢管
六、黄土隧道基础处理及科研
型有影响，一般结构部分没问题。
七、工后沉降分析及结论
过去我们修普速铁路对隧道工后沉降问题研究的不 多，对岩石隧道若洞口有土层的情况，一般仅在土石分
界处设沉降缝，其目的主要是防止衬砌开裂，而较少考
虑隧道的下沉问题。因为即使隧道下沉可以通过预留沉 落量、调整道碴高度等措施解决。而对于整个隧道位于
土层中，则一般不考虑基础处理，认为隧道即使有沉降
六、黄土隧道基础处理及科研
六、黄土隧道基础处理及科研
1、黄土的变形特征
据我国学者对黄土的研究，在一定压应力作用下，黄 土变形大体有四种形式：弹性变形、压密变形、塑性变形
和蠕变变形。黄土是一种天然状态下结构比较强的土质，
常处于欠压密状态，主要为压密变形，而压密变形又表现 为压缩变形和湿陷变形。故当隧道基底为非湿陷性黄土
六、黄土隧道基础处理及科研
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验 张茅隧道基底现场激振试验 目的：回答黄土隧道基底黄土 的动力特性，尤其是高速动载作用 下富水黄土隧道基底的泥化和稳定 特性问题。同时分析高速列车运行 对隧道底部的动力影响深度，以解 决高速铁路隧道设计中的仰拱及填 充层的深度问题。
激振试验设备
一、郑西客专黄土隧道概况
概况
郑西客专黄土隧道开挖面积为 155 ～ 164m2 。分为 Q2 粘质黄土和 Q3 、 Q2 砂质黄土，其中粘质黄土又分为无水
和有水。张茅隧道出口 3km 、交口隧道全长 4012m 位于地
下水位线以下，含水量达 23 ％。富水黄土隧道基础稳定 性是郑西一大难题。砂质黄土隧道以函谷关隧道为代 表，其中个别隧道进出口位于湿陷性黄土范围，而且湿 陷性土层厚度达20m以上，湿陷性黄土隧道基础处理为另 一难题。
四、黄土隧道工后沉降数值计算
四、黄土隧道工后沉降数值计算
采用大型有限差分软件对地基处理的工后沉 降进行计算。造成工后沉降的荷载取为列车荷载 与钢轨荷载，按 ZK 标准活荷载图示考虑，并考虑
列车的振动造成的动力效应。
四、黄土隧道工后沉降数值计算
选取富村二号隧道的Ⅴ级黄土段，覆盖层
为10米，根据实际地形建模，先生成初始应力 场，施做二次衬砌并且进行隧底填充，然后追 加道板及轨道的荷载，最后位移置 0 ，追加列 车荷载。沿横截面方向左右各取 70m ，约 5 倍
六、黄土隧道基础处理及科研
2、郑西客专基础处理措施 首次在隧道内进行基础水泥土挤密桩施工： 对于 基础位于湿陷性黄土内的隧道，基础采用水泥土挤密桩 来消除黄土湿陷性。
洞内水泥土挤密桩施工情况
洞外挤密桩试验
六、黄土隧道基础处理及科研
3、针对黄土隧道正在开展的科研试验 郑西客运专线大断面黄土隧道设计与施工技术 分题3：黄土隧道地基处理技术研究
二、黄土隧道基础沉降问题的提出
该指南对隧道只要求底部加仰拱，对沉降并未做明确规 定，主要考虑隧道是埋于地下的封闭结构，土体处于三
轴压缩状态，工后沉降量一般很小。黄土隧道同样有沉
降问题，隧道结构不同于桥涵、路基，隧道的沉降有其 自身的特点。
三、已建公铁黄土隧道基础处理
三、已建公铁黄土隧道基础处理
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