1、公路隧道工程塌方產(chǎn)生原因及治理方法全面1 工程概況 某隧道為分離式隧道,設(shè)計凈空斷面為14.0 米×5.0 米,曲墻復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu).按新奧法施工,進(jìn)出口段采用大管棚、超前小導(dǎo)管、型鋼支撐或超前錨桿、鋼格柵拱架成洞.隧道特點:隧道地處丘陵地貌,山坡坡度約為10°30°, 植被較發(fā)育.中部山脊走向接近南北向,未見崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害.隧道巖層走向與隧道軸線大角度相交,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.隧道進(jìn)出口段處見風(fēng)化凹槽,地層巖性為砂土狀及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層,厚度大、地層滲透系數(shù)大,屬強(qiáng)過水通道,水量豐富.洞室埋深淺,大部分處

2、于埋深小于40 米的淺埋地段.側(cè)壁易失穩(wěn),拱部無支護(hù)時易產(chǎn)生坍塌.隧道地下水主要風(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,水量貧乏,但隧道中部的構(gòu)造斷裂帶位于小山谷旁,富水性較好.勘察期間對鉆孔進(jìn)行穩(wěn)定水位恢復(fù)觀測,未見涌水等地下水發(fā)育跡象,但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)育有多條斷裂帶,為潛在的良好透水帶.2 塌方產(chǎn)生原因 2.1 地質(zhì)因素 隧道工程屬地下工程,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)現(xiàn)象及地質(zhì)構(gòu)造的影響巨大.公路隧道工程受多變的地質(zhì)條件影響,如遇到地下水、巖溶、斷層破碎帶、高地應(yīng)力、巖爆、瓦斯、偏壓淺埋、膨脹土等條件,使施工

3、難度大,安全性差;而且公路隧道開挖跨度大,單洞三車道隧道開挖跨度達(dá)16 米,形狀扁平,且防水要求高,加之受勘查水平及其他很多相關(guān)因素的制約,這些無疑加大了 公路隧道的施工難度和塌方事故產(chǎn)生.此隧道中地層巖性為砂土狀及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層,厚度大、地層滲透系數(shù)大,屬強(qiáng)過水通道,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.洞室埋深淺,大部分處于埋深小于40 米的淺埋地段.塌方處地表人工采土開挖范圍較大,未采取防護(hù)措施.2.2 設(shè)計因素 公路隧道工程設(shè)計方法當(dāng)前主要有工程類比法、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(yùn)用得最為廣泛.在設(shè)計過程中若對

4、圍巖判斷不準(zhǔn)或情況不明,從而設(shè)計的支護(hù)類型與實際要求不相適應(yīng),也是導(dǎo)致施工中產(chǎn)生松馳坍塌等異常現(xiàn)象的原因,而且設(shè)計中的地質(zhì)勘查周密詳盡與否也是造成施工塌方事故產(chǎn)生的誘發(fā)甚至主導(dǎo)因素.2.3 施工因素 施工中的不規(guī)范施工也是導(dǎo)致塌方的重要因素之一.目前, 中國公路隧道施工隊伍的技術(shù)、管理及施工水平參差不齊,加之一些建設(shè)環(huán)節(jié)的操作不規(guī)范,有的施工 企業(yè)及人員對新奧法原理缺乏深入學(xué)習(xí)、認(rèn)識、研究和應(yīng)用,導(dǎo)致不規(guī)范施工現(xiàn)象較為普遍.2.4 認(rèn)識因素 不可否認(rèn)的是,“不塌方、不賺錢”的觀念目前還在一定范圍內(nèi)存在.有些施工單位及施工人員甚至期盼著塌方,從而增加工程量或者設(shè)計變更以帶來更大的施工利潤.另一方

5、面,“地質(zhì)工作是設(shè)計人員的任務(wù),而不是施工人員的事”這一傳統(tǒng)觀念致使減弱甚至忽略了 施工過程中的地質(zhì)勘測及預(yù)報工作,從而也加大了 施工塌方事故產(chǎn)生的可能性.3 隧道塌方處理方法 塌方事故發(fā)生后,及時對塌方體進(jìn)行處理,對塌方體表面噴一層20 厘米厚的C25早強(qiáng)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(jìn)行加固,并及時施作二次襯砌,對塌方體進(jìn)行加固處理,對地表進(jìn)行封閉.3.1 開裂、侵限段落的加固處理 塌方事故直接影響初期支護(hù)拱體長達(dá)7 米19 米,拱頂初期支護(hù)下沉變形較大,出現(xiàn)多條較大裂縫.為了 防止塌方范圍繼續(xù)擴(kuò)

6、大,以及防止前端的初期襯砌支護(hù)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)對樁號初期襯砌裂縫地段的初期支護(hù),拱部增設(shè)徑向 50 米米×5 米米小導(dǎo)管,呈梅花型布置,間距為100 厘米×100 厘米.施工后及時注漿以加固圍巖,防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展.通過監(jiān)控量測結(jié)果可以看出小導(dǎo)管注漿后圍巖變形減少,達(dá)到了 預(yù)期的效果.(2)先對每榀型鋼拱腳底部每側(cè)各施打向下為45°的兩根3.5 米 長注漿小導(dǎo)管鎖腳,然后用工字鋼做臨時支撐,工字鋼(或槽鋼)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25鋼筋縱向連接,環(huán)向間距為100 厘米.

7、工字鋼按70 厘米間距安裝,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體的影響,緊鄰塌方體10 米范圍內(nèi)的周壁圍巖發(fā)生較大變形,嚴(yán)重侵占了 二次襯砌規(guī)定的5 厘米10 厘米,最薄處只有40 厘米.為了 確保二襯尺寸,對侵限地段已經(jīng)施工完畢的工字鋼支撐進(jìn)行了 抽換.抽換采取間隔抽換,型鋼更換后,對侵入二襯范圍的噴射砼進(jìn)行鑿除,滿足設(shè)計初支厚度后進(jìn)行重新補(bǔ)噴,然后再進(jìn)行二襯的正常施工.3.2 塌方整治總體方案 塌方體圍巖結(jié)構(gòu)屬V級圍巖,塌方體厚度為8 米17 米,高度為36 米,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,按照下列方案和

8、工藝過程進(jìn)行塌方體處理.3.2.1 加強(qiáng)對塌方體的監(jiān)控量測 對洞周塌方范圍進(jìn)行定時、定位的觀測,隨時掌握塌方體動向,并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析p ,以便對圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析p ,修正和完善搶險方案.3.2.2 洞內(nèi)塌方影響段處理 (1)對塌方體表面噴一層20 厘米厚的C25早強(qiáng)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50 米米×5 米米鋼花管,以利塌方體內(nèi)排水工作.(2)在塌方影響段內(nèi)采用89 米米×6 米米 超前注漿鋼花管,環(huán)向、縱向間距分別為50 厘米、100 厘米,扇形布置,外插角為15°、30°、45°,長度為18 米.

9、(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)計要求后,方可對塌方段進(jìn)行開挖.嚴(yán)格采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑,必要時加上下臺階法進(jìn)行掘進(jìn),逐段清理塌方體并開挖到設(shè)計輪廓線后,隨即噴射5 厘米混凝土,架設(shè)22 a工字鋼支撐(間距為50 厘米).并用注漿小導(dǎo)管鎖腳(每處施做兩根3.5 米長,50 米米×5 米米小導(dǎo)管),必要時可施工臨時仰拱(現(xiàn)澆20 厘米厚C20砼),鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位.(4)初期支護(hù)采用50 米米×5 米米小導(dǎo)管(長為5 米,外插角為60°),小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距皆為1 米和掛網(wǎng)噴C25砼(厚30 厘米),22 a工字鋼支撐(間距為50 厘米).(5)二

10、次襯砌比原設(shè)計有較大加強(qiáng),厚度按60 厘米,混凝土標(biāo)號采用C30鋼筋混凝土,鋼筋直徑采用25 米米,間距為10 厘米.(6)注漿:為了 保證水泥漿液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,注漿壓力為3.0 米Pa.施工時注漿量根據(jù)現(xiàn)場試驗進(jìn)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(biāo)準(zhǔn),注漿壓力逐步升高,達(dá)到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿15 米in以上,注漿量一般為20 L/米in30 L/米in.(7)初期支護(hù)完成后,仰拱緊跟施作,盡快形成初支閉合環(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(hù)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

11、達(dá)不到要求,須重新補(bǔ)注加固.3.2.3洞頂?shù)乇硖幚?(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,在其上噴一層厚20 厘米的C20早強(qiáng)混凝土將塌方體封閉,保持地表塌方體的穩(wěn)定.4 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

12、.同時要加快處理速度,以盡量減少裂縫 發(fā)展.5 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)得到以下幾點經(jīng)驗: (1)加強(qiáng)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(qiáng)監(jiān)控量測工作,按規(guī)定進(jìn)行量測、 科學(xué)分析p 、信息及時反饋,指導(dǎo)工程施工.尤其在、級的圍巖施工中,該項工作顯得更為重要.(2)在、級軟弱圍巖含水地段開挖施工中,應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺,弱,緊支護(hù),勤量測”的指導(dǎo)方針.實踐證明,及時支護(hù)并初噴4 厘米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(qiáng)度和穩(wěn)定性,使支護(hù)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(hù)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(fù)責(zé)人和技術(shù)人員應(yīng)迅速到達(dá)塌方地