寶天高速公路右線(xiàn)隧道塌方成因及處理方法
寶天高速公路右線(xiàn)隧道塌方成因及處理方法
六公司哈齊項(xiàng)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(shí)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(cè)工作、加強(qiáng)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(jì)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(jìn)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(diǎn):①隧道地處丘陵地貌,山坡坡度約為20°～45°；隧道進(jìn)出口處植被較發(fā)育。②隧道巖層走向與隧道軸線(xiàn)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(jìn)出口段處見(jiàn)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?gòu)?qiáng)過(guò)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(wú)支護(hù)時(shí)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(bǔ)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(jì)因素
公路隧道工程設(shè)計(jì)方法主要有工程類(lèi)比法、理論計(jì)算法及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控法等，這些方法又以工程類(lèi)比法運(yùn)用得最為廣泛。在設(shè)計(jì)過(guò)程中若對(duì)圍巖判斷不準(zhǔn)或情況不明，從而設(shè)計(jì)的支護(hù)類(lèi)型與實(shí)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(jì)中的地質(zhì)勘查資料詳細(xì)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(guò)程中受各種不可預(yù)見(jiàn)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(kāi)挖跨度大，單洞雙車(chē)道隧道開(kāi)挖跨度達(dá)10 m，形狀扁平，且防水要求極高，無(wú)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?gòu)?qiáng)過(guò)水通道，水量豐富。水滲入圍巖使軟化系數(shù)大的巖石強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)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(kāi)挖范圍較大，未采取防護(hù)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(rùn)，甚至期盼著隧道塌方，從而增加工程數(shù)量或者設(shè)計(jì)變更以帶來(lái)更大的施工利潤(rùn)。另一方面，有些施工單位抱著“地質(zhì)工作是設(shè)計(jì)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(guò)程中的地質(zhì)勘測(cè)及超前預(yù)報(bào)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(duì)伍的技術(shù)、管理及施工水平相差甚遠(yuǎn)，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(duì)新奧法原理缺乏深入的認(rèn)識(shí)、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(shí)對(duì)塌方體進(jìn)行封閉處理，對(duì)塌方體表面噴一層25cm厚的C25早強(qiáng)噴射混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，然后進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)加固、穩(wěn)定圍巖。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方的實(shí)際情況，對(duì)受塌方影響的初期襯砌裂縫地段進(jìn)行加固，并及時(shí)施作二次襯砌，對(duì)塌方體進(jìn)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(hù)拱體長(zhǎng)達(dá)16 m～22 m，拱頂初期支護(hù)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(kuò)大，以及防止前端的初期襯砌支護(hù)下沉變形加大，對(duì)初期襯砌裂縫地段采取了如下加固措施:
(1)對(duì)初期支護(hù)裂縫地段的加固支護(hù)，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(shí)注漿以加固圍巖，防止洞室周?chē)鷩鷰r在圍巖裂隙水的作用下進(jìn)一步擴(kuò)張。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)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(dá)到了通過(guò)增設(shè)小導(dǎo)管，對(duì)導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行注漿，有效加固裂縫地段的預(yù)期效果。
(2)先對(duì)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(zhǎng)注漿小導(dǎo)管進(jìn)行鎖腳，然后用工字鋼做臨時(shí)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(jìn)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(duì)侵限地段已經(jīng)施工完畢的鋼支撐進(jìn)行了更換處理。更換采取間隔換拱，型鋼更換后,對(duì)侵入二襯范圍的噴射砼進(jìn)行鑿除，達(dá)到設(shè)計(jì)初期支護(hù)厚度后再進(jìn)行重新補(bǔ)噴，然后再進(jìn)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(jí)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(jìn)行塌方體處理。
Ⅰ 加強(qiáng)對(duì)塌方體的監(jiān)控量測(cè)
對(duì)隧道塌方范圍進(jìn)行定時(shí)、定位觀測(cè)，隨時(shí)掌握塌方體動(dòng)向，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以便對(duì)圍巖穩(wěn)定進(jìn)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(duì)塌方體表面噴一層25 cm厚的C25早強(qiáng)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(duì)所布置的小導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)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(wèn)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(zhǎng)度為25 m。
(3)待塌方體注漿固結(jié)強(qiáng)度及超前支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可對(duì)塌方段進(jìn)行開(kāi)挖。嚴(yán)格采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，必要時(shí)加上下臺(tái)階法進(jìn)行掘進(jìn)，逐段清理塌方體并開(kāi)挖到設(shè)計(jì)輪廓線(xiàn)后，隨即噴射5 cm混凝土,架設(shè)工字鋼進(jìn)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(zhǎng),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(hù)采用Φ50 mm×5 mm小導(dǎo)管(長(zhǎng)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(jì)加強(qiáng)加厚處理，厚度按60 cm（原設(shè)計(jì)為50cm），混凝土標(biāo)號(hào)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(kuò)散，注漿材料采用C30細(xì)粒水泥漿和環(huán)氧樹(shù)脂混合料，注漿壓力為3.0 MPa。施工時(shí)注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定。注漿時(shí)先拱墻、后拱部，并采用隔孔注漿方式。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)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(hù)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(shí)支護(hù)拆卸前必須對(duì)注漿過(guò)的圍巖鉆孔取芯，檢測(cè)注漿效果，若注漿效果達(dá)不到要求，須重新補(bǔ)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(jìn)行夯實(shí),在其上噴一層厚20 cm的C20早強(qiáng)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(cè)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(shí)向設(shè)計(jì)代表和總監(jiān)辦匯報(bào)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(guò)程中,應(yīng)確保施工安全,采用3班工作制,安全員應(yīng)隨時(shí)注意觀察圍巖變化。若有突變,所有人員必須立即撤離。同時(shí)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(jìn)行了反思,總結(jié)得到以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn):
(1)加強(qiáng)在隧道施工實(shí)踐中對(duì)新奧法原理的理解和實(shí)施,“設(shè)計(jì)、施工、量測(cè)、設(shè)計(jì)”是新奧法的根本所在,屬動(dòng)態(tài)信息管理。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作,按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)、科學(xué)分析、信息及時(shí)反饋,指導(dǎo)工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ級(jí)的圍巖施工中,該項(xiàng)工作顯得更為重要。
(2)在Ⅴ、Ⅳ級(jí)軟弱圍巖含水地段開(kāi)挖施工中,應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺,弱爆破,緊支護(hù),勤量測(cè)”的指導(dǎo)方針。實(shí)踐證明,及時(shí)支護(hù)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(kāi)挖后圍巖暴露過(guò)久產(chǎn)生風(fēng)化作用而降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,使支護(hù)和圍巖作為一個(gè)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(hù)被壓垮,導(dǎo)致隧道塌方。
(4)隧道塌方后,必須迅速、及時(shí)地處理現(xiàn)場(chǎng),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(fù)責(zé)人和技術(shù)人員應(yīng)迅速到達(dá)塌方地點(diǎn),詳細(xì)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(duì)初期支護(hù)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(shì)。在現(xiàn)場(chǎng)掌握情況的基礎(chǔ)上,認(rèn)真制定處理的步驟、方法及預(yù)防對(duì)策。
(5)隧道塌方后,應(yīng)先待塌方體相對(duì)穩(wěn)定后,對(duì)塌方體表面進(jìn)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(kuò)大,最后向塌方體注漿加固為后序開(kāi)挖做好準(zhǔn)備。
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