圍巖隧道施工規(guī)范預(yù)防塌方的論文

　　摘要:文章根據(jù)處理某隧道坍方的工程實(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,對(duì)同類圍巖隧道施工具有一定的借鑒意義。

　　關(guān)鍵詞:隧道塌方;軟弱圍巖;處理

　　1工程概況

　　某隧道為分離式隧道,設(shè)計(jì)凈空斷面為14.0m×5.0m,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(diǎn):①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(jiàn)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。②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。③隧道進(jìn)出口段處見(jiàn)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?gòu)?qiáng)過(guò)水通道,水量豐富。洞室埋深淺,大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。側(cè)壁易失穩(wěn),拱部無(wú)支護(hù)時(shí)易產(chǎn)生坍塌。④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�？辈炱陂g對(duì)鉆孔進(jìn)行穩(wěn)定水位恢復(fù)觀測(cè),未見(jiàn)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(guò)程中受各種不可預(yù)見(jiàn)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,使施工難度大,安全性差;而且公路隧道開(kāi)挖跨度大,單洞三車道隧道開(kāi)挖跨度達(dá)16m,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(wú)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?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。洞室埋深淺,大部分處于埋深小于40m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。

　　2.2設(shè)計(jì)因素

　　公路隧道工程設(shè)計(jì)方法當(dāng)前主要有工程類比法、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,而且設(shè)計(jì)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(guó)公路隧道施工隊(duì)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(duì)新奧法原理缺乏深入學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)、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(shí)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(jì)變更以帶來(lái)更大的施工利潤(rùn)。另一方面,“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”這一傳統(tǒng)觀念致使減弱甚至忽略了施工過(guò)程中的地質(zhì)勘測(cè)及預(yù)報(bào)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(shí)對(duì)塌方體進(jìn)行處理,對(duì)塌方體表面噴一層20cm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(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,對(duì)地表進(jìn)行封閉。

　　3.1開(kāi)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(zhǎng)達(dá)7m～19m,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)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)樁號(hào)初期襯砌裂縫地段的初期支護(hù),拱部增設(shè)徑向

　　50mm×5mm小導(dǎo)管,呈梅花型布置,間距為100cm×100cm。施工后及時(shí)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(guò)監(jiān)控量測(cè)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(duì)每榀型鋼拱腳底部每側(cè)各施打向下為45°的兩根3.5m

　　長(zhǎng)注漿小導(dǎo)管鎖腳,然后用工字鋼做臨時(shí)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100cm。工字鋼按70cm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10m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'5cm～10cm,最薄處只有40cm。為了確保二襯尺寸,對(duì)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(duì)侵入二襯范圍的噴射砼進(jìn)行鑿除,滿足設(shè)計(jì)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(jí)圍巖,塌方體厚度為8m～17m,高度為36m,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,按照下列方案和工藝過(guò)程進(jìn)行塌方體處理。

　　3.2.1加強(qiáng)對(duì)塌方體的監(jiān)控量測(cè)

　　對(duì)洞周塌方范圍進(jìn)行定時(shí)、定位的觀測(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,修正和完善搶險(xiǎn)方案。

　　3.2.2洞內(nèi)塌方影響段處理

　　(1)對(duì)塌方體表面噴一層20cm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50mm×5mm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89mm×6mm超前注漿鋼花管,環(huán)向、縱向間距分別為50cm、100cm,扇形布置,外插角為15°、30°、45°,長(zhǎng)度為18m。

　　(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,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)輪廓線后,隨即噴射5cm混凝土,架設(shè)22a工字鋼支撐(間距為50cm)。并用注漿小導(dǎo)管鎖腳(每處施做兩根3.5m長(zhǎng),50mm×5mm小導(dǎo)管),必要時(shí)可施工臨時(shí)仰拱(現(xiàn)澆20cm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50mm×5mm小導(dǎo)管(長(zhǎng)為5m,外插角為60°),小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距皆為1m和掛網(wǎng)噴C25砼(厚30cm),22a工字鋼支撐(間距為50cm)。

　　(5)二次襯砌比原設(shè)計(jì)有較大加強(qiáng),厚度按60cm,混凝土標(biāo)號(hào)采用C30鋼筋混凝土,鋼筋直徑采用25mm,間距為10cm。

　　(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3.0MPa。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15min以上,注漿量一般為20L/min～30L/min。

　　(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(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。

　　3.2.3洞頂?shù)乇硖幚?/p>

　　(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20cm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(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。

　　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(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4cm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。