摘 要:文章根据处理某隧道坍方的工程实践,论述了公路软弱围岩段隧道施工应尽早封闭成环、重视监控量测工作、加强施工管理的重要性,对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。
关键词:隧道塌方;软弱围岩;处理
1 工程概况
某隧道为分离式隧道,设计净空断面为14.0 m×5.0 m,曲墙复合式衬砌结构。按新奥法施工,进出口段采用大管棚、超前小导管、型钢支撑或超前锚杆、钢格栅拱架成洞。
隧道特点:①隧道地处丘陵地貌,山坡坡度约为10°～30°,
植被较发育。中部山脊走向接近南北向,未见崩塌、滑坡等地质灾害。②隧道岩层走向与隧道轴线大角度相交,间有断裂及向斜构造分布,岩层层理、裂隙发育较全,易产生坍塌和掉块。③隧道进出口段处见风化凹槽,地层岩性为砂土状及碎块状强风化熔结凝灰岩层,厚度大、地层渗透系数大,属强过水通道,水量丰富。洞室埋深浅,大部分处于埋深小于40 m的浅埋地段。侧壁易失稳,拱部无支护时易产生坍塌。④隧道地下水主要风化层孔隙裂隙水和基岩裂隙水,受大气降水及地下水侧向补给,水量贫乏,但隧道中部的构造断裂带位于小山谷旁,富水性较好。勘察期间对钻孔进行稳定水位恢复观测,未见涌水等地下水发育迹象,但隧道大部分穿行于粉砂岩、泥岩区,层理裂隙发育,且本隧道发育有多条断裂带,为潜在的良好透水带。
2 塌方产生原因
2.1 地质因素
隧道工程属地下工程,地质情况千变万化,施工过程中受各种不可预见的地质现象及地质构造的影响巨大。公路隧道工程受多变的地质条件影响,如遇到地下水、岩溶、断层破碎带、高地应力、岩爆、瓦斯、偏压浅埋、膨胀土等条件,使施工难度大,安全性差;而且公路隧道开挖跨度大,单洞三车道隧道开挖跨度达16 m,形状扁平,且防水要求高,加之受勘查水平及其他很多相关因素的制约,这些无疑加大了公路隧道的施工难度和塌方事故产生。
此隧道中地层岩性为砂土状及碎块状强风化熔结凝灰岩层,厚度大、地层渗透系数大,属强过水通道,水量丰富。水渗入围岩使软化系数大的岩石强度降低,结构面的抗剪强度减小,导致塌方。洞室埋深浅,大部分处于埋深小于40 m的浅埋地段。塌方处地表人工采土开挖范围较大,未采取防护措施。
2.2 设计因素
公路隧道工程设计方法当前主要有工程类比法、理论企业及人员对新奥法原理缺乏深入学习、认识、研究和应用,导致不规范施工现象较为普遍。
2.4 认识因素
不可否认的是,“不塌方、不赚钱”的观念目前还在一定范围内存在。有些施工单位及施工人员甚至期盼着塌方,从而增加工程量或者设计变更以带来更大的施工利润。另一方面,“地质工作是设计人员的任务,而不是施工人员的事”这一传统观念致使减弱甚至忽略了施工过程中的地质勘测及预报工作,从而也加大了施工塌方事故产生的可能性。
3 隧道塌方处理方法
塌方事故发生后,及时对塌方体进行处理,对塌方体表面喷一层20 cm厚的C25早强混凝土并挂网将塌方体封闭,然后进行超前小导管注浆预支护加固、稳定围岩。针对现场塌方的实际情况,对受塌方影响的初期衬砌裂缝地段进行加固,并及时施作二次衬砌,对塌方体进行加固处理,对地表进行封闭。
3.1 开裂、侵限段落的加固处理
塌方事故直接影响初期支护拱体长达7 m～19 m,拱顶初期支护下沉变形较大,出现多条较大裂缝。为了防止塌方范围继续扩大,以及防止前端的初期衬砌支护下沉变形加大,对初期衬砌裂缝地段采取了如下加固措施:
(1)对桩号初期衬砌裂缝地段的初期支护,拱部增设径向
Φ50 mm×5 mm小导管,呈梅花型布置,间距为100 cm×100 cm。施工后及时注浆以加固围岩,防止洞室周围围岩塑性区进一步扩展。通过监控量测结果可以看出小导管注浆后围岩变形减少,达到了预期的效果。
(2)先对每榀型钢拱脚底部每侧各施打向下为45°的两根3.5 m
长注浆小导管锁脚,然后用工字钢做临时支撑,工字钢(或槽钢)做底梁。待钢支撑施工完毕后,设水平横向支撑形成环,工字钢用Φ25钢筋纵向连接,环向间距为100 cm。工字钢按70 cm间距安装,加设楔形砼垫于喷射混凝土与型钢之间塞缝。
(3)未塌方段由于受到塌方体的影响,紧邻塌方体10 m范围内的周壁围岩发生较大变形,严重侵占了二次衬砌规定的5 cm～10 cm,最薄处只有40 cm。为了确保二衬尺寸,对侵限地段已经施工完毕的工字钢支撑进行了抽换。抽换采取间隔抽换,型钢更换后,对侵入二衬范围的喷射砼进行凿除,满足设计初支厚度后进行重新补喷,然后再进行二衬的正常施工。
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