寶天高速公路右線隧道塌方成因及處理方法

寶天高速公路右線隧道塌方成因及處理方法

六公司哈齊項目部   聞發(fā)利

【摘要】此文章根據(jù)公路隧道塌方產(chǎn)生成因及處理方法的工程實踐，論述了公路軟弱圍巖段隧道施工應(yīng)盡早封閉成環(huán)、重視監(jiān)控量測工作、加強施工管理的重要性。
【關(guān)鍵詞】隧道塌方、軟弱圍巖、處理方法
　　1 地形及地質(zhì)概況
　　寶天高速公路隧道為分離式隧道，設(shè)計凈空斷面為12.0 m×7.0 m，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。按照新奧法施工，進出口段采用大管棚、超前小導(dǎo)管、鋼支撐、超前錨桿。
　　隧道處地形及地質(zhì)特點:①隧道地處丘陵地貌,山坡坡度約為20°～45°；隧道進出口處植被較發(fā)育。②隧道巖層走向與隧道軸線大角度相交，中間有斷裂及向斜構(gòu)造分布，巖層層理、裂隙發(fā)育較全，易產(chǎn)生坍塌和掉塊。③隧道進出口段處見風(fēng)化凹槽，地層巖性為砂加卵石巖層，厚度大、地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道,水量豐富。洞頂埋深淺，大部分處于埋深小于40～75 m的淺埋地段。由于隧道地層含水量豐富，導(dǎo)致側(cè)壁容易失穩(wěn)，拱部若無支護時容易產(chǎn)生坍塌。④隧道地下水主要有風(fēng)化層孔隙裂隙水和基巖裂隙水，受大氣降水及地下水側(cè)向補給，水量豐富。根據(jù)勘察資料表明隧道大部分穿行于粉砂巖、泥巖區(qū)，層理裂隙發(fā)育，且本隧道發(fā)育有兩條斷裂帶，為潛在的良好透水帶。
　　2 隧道塌方產(chǎn)生原因處理方法
　　2.1 設(shè)計因素
　　　公路隧道工程設(shè)計方法主要有工程類比法、理論計算法及現(xiàn)場監(jiān)控法等，這些方法又以工程類比法運用得最為廣泛。在設(shè)計過程中若對圍巖判斷不準或情況不明，從而設(shè)計的支護類型與實際要求不相適應(yīng)，也是導(dǎo)致施工中產(chǎn)生松馳坍塌等異�，F(xiàn)象的原因，且設(shè)計中的地質(zhì)勘查資料詳細與否也是造成施工塌方事故產(chǎn)生主導(dǎo)因素之一。
　　2.2 地形及地質(zhì)因素
　隧道工程地質(zhì)情況千變?nèi)f化,施工過程中受各種不可預(yù)見的地質(zhì)因素及地質(zhì)構(gòu)造的影響巨大。公路隧道受多變的地質(zhì)條件影響，如遇到地下水、斷層破碎帶、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件，使施工難度大，安全性差；且公路隧道開挖跨度大，單洞雙車道隧道開挖跨度達10 m，形狀扁平，且防水要求極高，無疑加大了公路隧道的施工難度和塌方事故的產(chǎn)生。
　　此隧道中地層巖性呈砂土加卵石巖層，厚度大、地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道，水量豐富。水滲入圍巖使軟化系數(shù)大的巖石強度降低，結(jié)構(gòu)面的抗剪強度減小，導(dǎo)致塌方。洞頂埋深較淺，大部分處于埋深處于40～75 m的淺埋地段。塌方處地表人工采土開挖范圍較大，未采取防護措施。
　　2.3 施工因素
　　有些施工單位及施工人員為了能賺取更多的利潤，甚至期盼著隧道塌方，從而增加工程數(shù)量或者設(shè)計變更以帶來更大的施工利潤。另一方面，有些施工單位抱著“地質(zhì)工作是設(shè)計人員的任務(wù),而不是施工人員的事”的觀念致使減少甚至忽略了施工過程中的地質(zhì)勘測及超前預(yù)報工作，從而加大了隧道施工塌方事故產(chǎn)生的可能性。施工單位在施工中的不規(guī)范或是違規(guī)施工也是導(dǎo)致塌方的重要因素之一。目前，公路隧道施工隊伍的技術(shù)、管理及施工水平相差甚遠，加之一些建設(shè)環(huán)節(jié)的操作不規(guī)范，有些施工單位及人員對新奧法原理缺乏深入的認識、學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用，導(dǎo)致不規(guī)范或是違規(guī)施工現(xiàn)象較為普遍。
　　2.4塌方的處理方法
　　塌方事故發(fā)生后，要及時對塌方體進行封閉處理，對塌方體表面噴一層25cm厚的C25早強噴射混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，然后進行超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護加固、穩(wěn)定圍巖。針對現(xiàn)場塌方的實際情況，對受塌方影響的初期襯砌裂縫地段進行加固，并及時施作二次襯砌，對塌方體進行加固處理。
　　2.4.1 塌方侵限段的加固處理
　　塌方事故直接導(dǎo)致初期支護拱體長達16 m～22 m，拱頂初期支護下沉變形較大，出現(xiàn)多條較大裂縫，拱頂侵限等。為了防止塌方范圍繼續(xù)擴大，以及防止前端的初期襯砌支護下沉變形加大，對初期襯砌裂縫地段采取了如下加固措施:
　　(1)對初期支護裂縫地段的加固支護，拱部增設(shè)徑向 Φ50 mm×5 mm小導(dǎo)管，呈梅花型布置，間距為100 cm×100 cm。施工后及時注漿以加固圍巖，防止洞室周圍圍巖在圍巖裂隙水的作用下進一步擴張。通過監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)整理的結(jié)果可以總結(jié)出小導(dǎo)管注漿后圍巖變形量減小，達到了通過增設(shè)小導(dǎo)管，對導(dǎo)管內(nèi)進行注漿，有效加固裂縫地段的預(yù)期效果。
　　(2)先對每榀鋼拱架拱腳底部每側(cè)各施打向下為45°的兩根4.5 m 長注漿小導(dǎo)管進行鎖腳，然后用工字鋼做臨時支撐，槽鋼做底梁。待鋼支撐施工完畢后，設(shè)水平橫向支撐形成環(huán)，工字鋼用Φ25鋼筋縱向連接,環(huán)向間距為80 cm。鋼拱架按間距為70 cm進行安裝,加設(shè)楔形砼墊于噴射混凝土與型鋼之間塞縫。
　　(3)未塌方段由于受到塌方地段的影響，緊鄰塌方體10 m范圍內(nèi)的圍巖也發(fā)生較大變形。為了確保二次襯砌的厚度，對侵限地段已經(jīng)施工完畢的鋼支撐進行了更換處理。更換采取間隔換拱，型鋼更換后,對侵入二襯范圍的噴射砼進行鑿除，達到設(shè)計初期支護厚度后再進行重新補噴，然后再進行二次襯砌的正常施工。
　　2.4.2塌方處理總體方案
　　本隧道圍巖結(jié)構(gòu)大部分屬于V級圍巖，此塌方體厚度為13 m～21 m，高度為41 m,塌方空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排水和保證安全的前提條件下，建議按照下列方案和工藝進行塌方體處理。
　�、� 加強對塌方體的監(jiān)控量測
　　對隧道塌方范圍進行定時、定位觀測，隨時掌握塌方體動向，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行回歸分析，以便對圍巖穩(wěn)定進行分析，修正和完善應(yīng)急方案。
　�、� 洞內(nèi)塌方影響段處理
　　(1)對塌方體表面噴一層25 cm厚的C25早強噴射混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。應(yīng)在塌方體下部打入Φ50 mm×5 mm成梅花形布置的小導(dǎo)管，對所布置的小導(dǎo)管內(nèi)進行注漿處理，且在裂隙水流向處預(yù)留導(dǎo)管，以利于塌方體內(nèi)排水問題。
　　(2)在塌方影響段內(nèi)采用Φ89 mm×6 mm 超前注漿鋼管,環(huán)向、縱向間距分別為50 cm、100 cm,扇形布置,外插角為30°、45°,長度為25 m。
　　(3)待塌方體注漿固結(jié)強度及超前支護強度達到設(shè)計要求后，方可對塌方段進行開挖。嚴格采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，必要時加上下臺階法進行掘進，逐段清理塌方體并開挖到設(shè)計輪廓線后，隨即噴射5 cm混凝土,架設(shè)工字鋼進行支撐(間距為50 cm)。并用注漿小導(dǎo)管鎖腳(每處施做兩根4.5 m長,Φ50 mm×5 mm小導(dǎo)管)，鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位。
　　(4)初期支護采用Φ50 mm×5 mm小導(dǎo)管(長為5 m,外插角為60°)，小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距分別為1 m、0.3m和掛網(wǎng)噴C25砼(厚30 cm)，工字鋼支撐(間距為50 cm)。
　　(5)二次襯砌比原設(shè)計加強加厚處理，厚度按60 cm（原設(shè)計為50cm），混凝土標號采用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑采用Φ22 mm,間距為10 cm。
　　(6)注漿:為了保證水泥靜漿在土體中一定范圍內(nèi)擴散，注漿材料采用C30細粒水泥漿和環(huán)氧樹脂混合料，注漿壓力為3.0 MPa。施工時注漿量根據(jù)現(xiàn)場試驗進行確定。注漿時先拱墻、后拱部，并采用隔孔注漿方式。注漿結(jié)束標準，注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿15 min以上，注漿量一般為20 L/min～30 L/min。
　(7)初期支護完成后,仰拱緊跟施作,盡快形成隧道斷面封閉成環(huán)，并要求二襯襯砌緊跟，使塌方體變形小并保證塌方體穩(wěn)定。側(cè)壁臨時支護拆卸前必須對注漿過的圍巖鉆孔取芯，檢測注漿效果，若注漿效果達不到要求，須重新補注加固。
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　　(1)修筑洞頂塌陷坑周邊的截排水溝,以阻止地表水繼續(xù)向塌方區(qū)匯集。
　　(2)在山體周邊表面裂縫填灌C20水泥漿(上邊大裂縫可用黏土填筑,表面再用水泥砂漿隔水),回填地表凹陷處并進行夯實,在其上噴一層厚20 cm的C20早強混凝土將塌方體封閉,保持地表塌方體的穩(wěn)定。
　　3 塌方處理的施工要求
　　(1)監(jiān)控量測要求,先期監(jiān)控頻率每班監(jiān)控1次,待變形基本控制住后可改為每天1次,及時向設(shè)計代表和總監(jiān)辦匯報監(jiān)控結(jié)果。
　　(2)遇到突發(fā)事件,立即采取應(yīng)急處理措施。在施工過程中,應(yīng)確保施工安全,采用3班工作制,安全員應(yīng)隨時注意觀察圍巖變化。若有突變,所有人員必須立即撤離。同時要加快處理速度,以盡量減少裂縫發(fā)展。
　　4 結(jié)論
　　在處理此隧道的塌方中,我們遇到了困難,進行了反思,總結(jié)得到以下幾點經(jīng)驗:
　　(1)加強在隧道施工實踐中對新奧法原理的理解和實施,“設(shè)計、施工、量測、設(shè)計”是新奧法的根本所在,屬動態(tài)信息管理。加強監(jiān)控量測工作,按規(guī)定進行量測、科學(xué)分析、信息及時反饋,指導(dǎo)工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ級的圍巖施工中,該項工作顯得更為重要。
　　(2)在Ⅴ、Ⅳ級軟弱圍巖含水地段開挖施工中,應(yīng)嚴格遵循“短進尺,弱爆破,緊支護,勤量測”的指導(dǎo)方針。實踐證明,及時支護并初噴4 cm厚砼封閉的施工工序至關(guān)重要,可避免隧道開挖后圍巖暴露過久產(chǎn)生風(fēng)化作用而降低其強度和穩(wěn)定性,使支護和圍巖作為一個統(tǒng)一的整體共同工作,降低塌方事故發(fā)生的可能性。
　　(3)公路軟弱圍巖段隧道施工必須早封閉成環(huán)及緊跟二次襯砌,使其與初期襯砌共同參與受力。避免初期支護被壓垮,導(dǎo)致隧道塌方。
　　(4)隧道塌方后,必須迅速、及時地處理現(xiàn)場,科學(xué)合理的制定塌方處理方案。塌方事故發(fā)生后,各方負責(zé)人和技術(shù)人員應(yīng)迅速到達塌方地點,詳細勘察塌穴尺寸及塌穴穩(wěn)定情況,研究工程地質(zhì)、水文地質(zhì),檢查塌方對初期支護的損壞情況和影響區(qū)域,分析塌方的主要原因和可能繼續(xù)發(fā)展的趨勢。在現(xiàn)場掌握情況的基礎(chǔ)上,認真制定處理的步驟、方法及預(yù)防對策。
　　(5)隧道塌方后,應(yīng)先待塌方體相對穩(wěn)定后,對塌方體表面進行噴混凝土封閉,防止塌方體滑移,然后再加固未塌方地段,防止塌方范圍擴大,最后向塌方體注漿加固為后序開挖做好準備。

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