摘 要:處于復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)難度大,塌方問題是一直以來困擾著工程技術(shù)人員的難題。一旦發(fā)生塌方事故,不但影響工期,而且對(duì)人員安全和財(cái)產(chǎn)損失由一定的影響。本文以對(duì)門坡隧道塌方處理為例,從塌方原因、處理方案和技術(shù)要求方面進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:隧道塌方;原因分析;事故處理;技術(shù)要求
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.270
1 前言
隨著我國公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展,很多地質(zhì)條件復(fù)雜施工難度大的地區(qū)也開始了公路建設(shè)。那么這樣的地區(qū)的公路建設(shè)就有可能遇到各種技術(shù)問題,隧道塌方就是最危險(xiǎn)也最難處理的其中之一。隧道塌方原因很多, 概括起來歸為兩類:自然因素和人為因素 。自然因素主要有地質(zhì)狀態(tài)、受力狀態(tài)、水的侵害、瓦斯病害等。人為因素則主要指設(shè)計(jì)不合理 、施工不規(guī)范等。本文以對(duì)門坡隧道塌方為例來探討一下隧道塌方的原因及處理方法,希望對(duì)設(shè)計(jì)施工給予一定啟示。
2 工程概況
對(duì)門坡隧道位于鳳凰至大興(湘黔界)高速公路第5合同段,起訖樁號(hào)K19+243-K19+600,全長357m,設(shè)計(jì)為連拱隧道。此次塌方發(fā)生在左洞,該洞K19+351~K19+381段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖,但圍巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育,巖溶發(fā)育,巖體溶蝕裂隙風(fēng)化較深,雨水沿基巖裂隙滲入洞內(nèi),巖體破碎,傾角較小,圍巖自穩(wěn)能力差。該段支護(hù)于2011年3月18日、3月20日、3月24日,分3次現(xiàn)場會(huì)議紀(jì)要進(jìn)行了襯砌類型變更,由原設(shè)計(jì)的Ⅲ型變更為Ⅳ型。
3 塌方原因分析
2011年3月26日,左洞施工到K19+351里程,圍巖受斷層及滲水影響,于下午6:00發(fā)生塌方,塌方里程K19+351~+381,并壓垮K19+353~+381段初期支護(hù)28m。經(jīng)現(xiàn)場查勘:(1)該段里程圍巖有兩條“正”八字形陡傾角斷層位于拱頂左右兩側(cè)起拱處,拱頂上9米處巖層面風(fēng)化強(qiáng)烈,3條結(jié)構(gòu)面大致沿隧道走向延伸。斷層縫內(nèi)有濕粘土充填,滴水成線,斷層壁風(fēng)化嚴(yán)重,受裂隙水浸泡影響,巖性較軟,夾有泥質(zhì)灰?guī)r,致斷層面平整光滑有光澤。巖體受節(jié)理裂隙切割影響,十分破碎。(2)3月份該地區(qū)一直為陰雨天氣,大量雨水經(jīng)巖溶裂隙斷層滲入洞內(nèi),局部滴水成線,基巖裂隙水在滲透過程中帶走部分裂隙斷層間充填物,造成巖體間的斷開和圍巖應(yīng)力分布的改變。(3)連拱隧道左右洞與中導(dǎo)洞重合,左右洞間距較近。同一斷面,在開挖爆破過程中將受到來自左中右的多次爆破擾動(dòng)。掘進(jìn)方向左側(cè)斷層面沿中墻延伸,距右洞開挖線小于1m,部分地段已侵入右洞開挖線;右洞在爆破開挖過程中又將對(duì)左洞該段圍巖造成一定的擾動(dòng)。
左洞K19+351~K19+381塌方后,隧道監(jiān)控量測(cè)單位立即對(duì)未塌方段:ZK19+381、ZK19+391、ZK19+395、ZK19+405、ZK19+415、ZK19+430、ZK19+450七個(gè)斷面進(jìn)行了連續(xù)拱頂沉降觀測(cè)。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)表明,K19+381~K19+391段初期支護(hù)沉降值超出規(guī)范要求, 381-385段拱頂噴砼出現(xiàn)環(huán)向裂紋。左洞K19+351~K19+381段拱頂相對(duì)地表埋深32~42m,經(jīng)現(xiàn)場查勘,對(duì)應(yīng)地表暫無明顯裂縫及沉陷。估測(cè)塌方量為: 10m(寬)×9m(高)×30m(長)=2700m3。
4 處理方案
4.1 總體施工方案
為確保隧道左洞施工安全,2011年4月1日,業(yè)主、監(jiān)理處、設(shè)計(jì)代表、監(jiān)控量測(cè)及施工單位現(xiàn)場會(huì)勘決定,對(duì)K19+351~+381左洞塌方處理方案如下:
(1)為防止塌方面裸露圍巖風(fēng)化和二次掉塊傷人,應(yīng)盡早對(duì)塌方面進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼封閉。施工參數(shù):φ25中空注漿錨桿3.5m,梅花形布置,間距100×100cm;掛φ8鋼筋網(wǎng)雙層,網(wǎng)格尺寸20×20cm;噴C20砼30cm。施工時(shí)先對(duì)塌方面進(jìn)行初噴,再進(jìn)行鉆孔,裝錨注漿,并安裝雙層鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)層距20cm。
(2)塌方中較大的石塊利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎,再采用裝載機(jī)和自卸汽車配合出渣。被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎,工字鋼利用人工氧割切斷。
(3)K19+351~+381段初期支護(hù)采用以下參數(shù): 20b工字鋼間距40cm,采用20b工字鋼做連接筋(環(huán)距100cm);φ25中空注漿錨桿縱距×環(huán)距(40×80cm);φ8鋼筋網(wǎng)采用雙層,網(wǎng)格尺寸20×20cm;C20噴砼厚26cm;φ42超前小導(dǎo)管長4.5m,環(huán)距40cm,拱頂120度范圍布置,每環(huán)46根(塌空面不用施做);在塌空面內(nèi)沿工字鋼縱向施工φ108管棚,長18m,環(huán)距40cm,拱頂120度范圍內(nèi),斜插角度30度,搭接長度不小于4m;在拱圈背面噴2m厚C20砼,以快速形成護(hù)拱。
(4)K19+351~+381段二次襯砌參照以下參數(shù):C30鋼筋砼拱圈55cm(中隔墻部分為45cm厚)、仰拱45cm;C15片石砼仰拱回填。在塌方空洞注漿回填滿后,進(jìn)行施工。
(5)塌方空洞處理:為穩(wěn)定塌方圍巖,降低右洞開挖到此段里程時(shí)的二次爆破擾動(dòng),使圍巖能長效自穩(wěn)??斩磧?nèi)橫向、豎向采用20b工字鋼支撐坍塌面,梅花形布置,間距200cm。支撐工字鋼相互焊接,形成整體。塌方空洞內(nèi)3m高空間內(nèi)采用預(yù)埋φ150泵送鋼管,注M7.5水泥砂漿回填。預(yù)埋鋼管時(shí)應(yīng)在空洞最高處預(yù)埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用,2根出氣鋼管應(yīng)一高一低錯(cuò)開10cm,并做好標(biāo)記。為減輕回填方的自重,塌方空洞3m以外剩余空間采用輕質(zhì)材料木材、木屑回填。
(6)K19+381~K19+391段圍巖處理:為確保圍巖長效自穩(wěn),及施工人員處理前段塌方時(shí)的安全。對(duì)K19+381~K19+391已支護(hù)段進(jìn)行圍巖注漿固結(jié),施工采用長4mφ42注漿小導(dǎo)管注水泥漿,梅花形布置,間距100×100cm 。為防止該段圍巖在注漿過程中,受注漿壓力影響,造成原初期支護(hù)變形加大。應(yīng)先對(duì)K19+381~K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層,作為保護(hù)支撐,間距100cm。該層工字鋼在作為永久支護(hù),在二次襯砌拱圈施工時(shí),澆筑到拱圈砼內(nèi)。
(7)派專人對(duì)洞內(nèi)及地表情況進(jìn)行值班觀察,發(fā)現(xiàn)初支開裂變形及地表裂縫或沉陷,應(yīng)馬上撤離人員并及時(shí)上報(bào)。監(jiān)控量測(cè)人員加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)拱頂?shù)某两涤^測(cè)及塌方段對(duì)應(yīng)地表的沉降觀測(cè),及時(shí)分析觀測(cè)數(shù)據(jù),指導(dǎo)施工。
4.2 施工順序
塌方段的處理應(yīng)先對(duì)壓垮變形初支進(jìn)行拆除,再重新施工初期支護(hù)和塌方空洞處理。本著“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的原則,對(duì)塌方段采取逐段挖除清理變形初支,再逐段施工變更初支的方案進(jìn)行,每次施工長度為3m。
(1)先對(duì)K19+381~K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層,作為保護(hù)支撐。再對(duì)K19+391~+381段進(jìn)行注漿固結(jié)巖體,使圍巖能夠自穩(wěn),聯(lián)結(jié)成整體。讓后續(xù)進(jìn)洞處理塌方段施工人員得到安全保障。
(2)利用開挖臺(tái)車架,對(duì)塌方面進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼支護(hù),防止塌方面裸露圍巖風(fēng)化和二次掉塊傷人。讓后續(xù)進(jìn)洞施工初期支護(hù)的人員得到安全保障。施做φ108管棚。
(3)按照變更要求進(jìn)行初期支護(hù)施工。采用C20噴砼施做2m厚護(hù)拱,以快速保護(hù)初期支護(hù)和分散圍巖應(yīng)力。采用20b工字鋼支撐塌方面。對(duì)塌方空洞內(nèi)注砂漿和木材、木屑回填。最終形成圍巖自穩(wěn)。
4.3 技術(shù)要求
(1)塌方區(qū)的清理采用機(jī)械施工,對(duì)塌方中較大的石塊和被壓垮變形段的初支砼利用液壓破碎錘進(jìn)行破碎敲除,嚴(yán)禁使用爆破方式。工字鋼利用人工氧割切斷。塌方石方和壓垮段初支拆除施工應(yīng)預(yù)留核心巖渣,逐段挖除,逐段清理,逐段支護(hù),依次循環(huán)推進(jìn)。
(2)K19+381~K19+386段5m增設(shè)20b工字鋼一層間距100cm,φ22鋼筋縱向連接,作為加固支撐。并與原初支工字鋼焊接牢固,拱架拱腰及拱腳處設(shè)置φ25鎖腳錨桿。工字鋼接下臺(tái)階拱腳處采用加長鋼板。
(3)K19+381~K19+391段注漿采用注純水泥漿(W/C=1.0),注漿壓力0.5~1.0Mpa。設(shè)計(jì)配合比以試驗(yàn)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)為準(zhǔn)。注漿時(shí),應(yīng)對(duì)注漿管進(jìn)行編號(hào),對(duì)每個(gè)注漿孔的注漿量、注漿時(shí)間、注漿壓力作出記錄,以保證注漿質(zhì)量。
(4)φ108管棚外插角30度(相對(duì)于洞軸線),方向:與路線方向平行。尾部焊接在工字鋼拱架上,前端深入圍巖4m,采用錨固劑與圍巖粘接牢固。隧道縱向同一橫斷面上的接頭數(shù)不得大于50%,相鄰鋼管的接頭至少需要錯(cuò)開1.5m。
(5)φ25中空注漿錨桿用注漿泵壓注漿液,水灰比為1:1,注漿終壓為0.5~1.0MPa,壓力穩(wěn)定時(shí)間為1~5min;注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求并保持10分鐘,可以結(jié)束注漿;注漿后,漿體強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求前,不得擾動(dòng)小導(dǎo)管;錨桿尾端必須焊接在鋼架上。在安裝錨桿墊板時(shí)應(yīng)確保墊板與錨桿垂直,并與初噴混凝土面密貼緊壓。
(6)預(yù)埋注漿鋼管采用φ150泵送鋼管,每3m預(yù)埋一根,在空洞最高處預(yù)埋2根φ108無縫鋼管做出氣孔使用,2根出氣鋼管應(yīng)一高一低錯(cuò)開10cm,并做好標(biāo)記。
5 結(jié)語
隧道施工過程中, 應(yīng)認(rèn)真調(diào)查不良地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,根據(jù)實(shí)際情況做好合理支護(hù),選擇安全合理的施工方法 ,落實(shí)“先排水、短開挖、弱爆破 、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的施工原則 ,加強(qiáng)對(duì)圍巖的監(jiān)控量測(cè) , 發(fā)現(xiàn)征兆應(yīng)高度重視 ,及時(shí)采取有力措施。
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作者簡介:郭嘉(1983-),男,碩士,講師,研究方向:交通土建。