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論孔隙水壓力對(duì)隧道雨季施工的影響

2016-04-25 20:14:28昌曉寧張青林
中國(guó)科技博覽 2016年4期
關(guān)鍵詞:隧道施工

昌曉寧 張青林

[摘 要]隧道作為地下線性建筑物,修建過(guò)程中不可避免地穿越不同水文地質(zhì)體,從而形成集水廊道,通常有“十隧九漏”之說(shuō),孔隙涌水是隧道施工中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害,也是隧道運(yùn)營(yíng)中的主要病害,同時(shí)也是其它地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因之一,在雨季時(shí),孔隙水造成的后果更嚴(yán)重,危害更巨大,故對(duì)隧道工程施工過(guò)程孔隙滲水的影響及防治對(duì)策的系統(tǒng)研究已迫在眉睫。本文結(jié)合廣東省連平(贛粵界)至從化公路的隧道施工實(shí)際情況,分析孔隙水壓力對(duì)隧道雨季施工的影響。

[關(guān)鍵詞]孔隙水 隧道施工 雨季

中圖分類號(hào):TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)04-0120-01

1 工程概況。

廣東省連平(贛粵界)至從化公路是國(guó)家主干道大(慶)廣(州)高速公路的一部分,是廣東省北出口的重要通道之一。路線起于河源市連平縣上坪鎮(zhèn)李屋排九連山隧道(贛粵界,設(shè)九連山隧道接大廣高速公路江西境段),沿線經(jīng)河源市連平縣、韶關(guān)市新豐縣、惠州市龍門縣、廣州市從化,終于從化太平鎮(zhèn)中和里后龍山互通(順接街北高速公路)。該項(xiàng)目路線全長(zhǎng)182.014公里,設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí),雙向六車道,路基寬度33.5米(其中,與規(guī)劃的粵湘高速公路共線段約22.5公里采用雙向八車道,路基寬度41米)。橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-I級(jí)。

2 孔隙壓力作用。

對(duì)于孔隙和微裂隙中含有重力水的巖石,當(dāng)其突然受載水來(lái)不及排出時(shí),巖石孔隙或裂隙中將產(chǎn)生很高的孔隙壓力。這種孔隙壓力,減小了顆粒之間的壓應(yīng)力,從而降低了巖石中的巖石的抗剪強(qiáng)度,甚至使巖石的微裂隙端處由于受拉狀態(tài)從而破壞巖石的連接。隧道修建前,山體中地下水因流動(dòng)而形成初始滲流場(chǎng)。任一點(diǎn)的水壓力P一般不等于該點(diǎn)垂線上由地下水位產(chǎn)生的靜水壓力P0=γh0, 而要乘以修正系數(shù)β1,即:

P=β1p0

在山體內(nèi)β1一般小于1.0,但在山谷下部及承壓水地層中β1大于1.0。

當(dāng)巖石孔隙或裂隙上存在水壓力 P 時(shí),其有效應(yīng)力可表示為σ'= σ。αP式中α為等效孔隙壓力系數(shù),它取決于巖石孔隙或裂隙的發(fā)育程度。而巖石破壞準(zhǔn)則的Coulomb-Mohr 公式為:

τ=σtan +c

把上式代入即可得具有孔隙或裂隙水壓力作用的巖石破壞準(zhǔn)則:

τ=σtan+cαPtan=σtan+cw

式中,cw為水壓力作用時(shí)的巖石內(nèi)聚力。

顯然水壓力的作用降低了巖石的內(nèi)聚力。同時(shí)也降低了巖石的抗壓強(qiáng)度

上式雖然是從 Coulomb-Mohr 破壞準(zhǔn)則和有效應(yīng)力原理簡(jiǎn)單推導(dǎo)而得。但定量地確定了孔隙或裂隙水壓力使得巖石內(nèi)聚力減少αPsin,抗壓強(qiáng)度減少了;水壓力抵消了一部分法向力,同樣也導(dǎo)致內(nèi)摩擦力減弱,增加了下滑力。裂隙水壓力不僅降低了摩擦力,而且會(huì)將軟弱結(jié)構(gòu)面中的充填物帶走或飽水,這就使結(jié)構(gòu)面上的內(nèi)聚力幾乎消失,促使有滑塌趨勢(shì)的塊體發(fā)生沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑塌坍方。因此,在正常干燥情況下不會(huì)發(fā)生破壞的巖石,在孔隙或裂隙水壓力作用下可能要發(fā)生破壞,九連山隧道在 F1斷層富水段多次發(fā)生塌方是一個(gè)很好的例證。

3 孔隙水壓力影響隧道施工防治方案研究。

九連山隧道進(jìn)口段為淺埋段(埋深為10m~20m),由崩、坡、殘積的塊石土、含塊碎石的粉質(zhì)粘土等組成,為侏羅系中下統(tǒng)自流井組 J1-2z和下統(tǒng)珍珠沖組 J1zh,該含水層巖組分布于隧道進(jìn)、出口淺埋段,背斜翼部、背斜山山麓向紅色淺丘過(guò)渡帶,橫向沖溝較發(fā)育,利于地下和地表水的排泄,而表層多被崩、坡、殘積土覆蓋,松散層過(guò)水、儲(chǔ)水作用則利于基巖地下水的補(bǔ)給。下伏基巖為砂質(zhì)泥巖、介殼灰?guī)r夾薄層狀泥巖。節(jié)理全斷面切割圍巖,風(fēng)化裂隙較發(fā)育。開(kāi)挖到此段時(shí)出現(xiàn)了地下水大量滲漏,嚴(yán)重影響了隧道的正常施工。

3.1 工程處理措施

為防止地下水滲入隧道,在隧道穿越重點(diǎn)涌突水段,根據(jù)超前鉆孔測(cè)試與分析,針對(duì)進(jìn)口淺埋段,工程水文地質(zhì)條件差,上方又有魚塘的特殊地段,采用以下工程措施:小導(dǎo)管超前注漿法并加強(qiáng)了初襯支護(hù)參數(shù),順利通過(guò)了淺埋段并存有魚塘的不良地質(zhì)情況,既保證了隧道施工的安全性,又避免了地表水過(guò)多流失,造成對(duì)環(huán)境的破壞,影響居民和灌溉用水,取得了較好的效果又節(jié)約了工程成本。

3.2 進(jìn)口段采用的支護(hù)參數(shù)

①采用把鋼拱架加密到0.5 m/榀,為了保證支護(hù)的整體性,在18號(hào)工鋼中部打孔,安設(shè)注漿小導(dǎo)管,注漿采用φ42小導(dǎo)管,孔口環(huán)向間距0.4m,縱向間距加密到1.5m,梅花型布置,徑向長(zhǎng)度為4.00m,重疊長(zhǎng)度2.5m,小導(dǎo)管的傾角為7°~8°,注漿小導(dǎo)管以隧道中線向兩側(cè)各60°范圍內(nèi)布置。

②注漿材料

為了保證注漿材料能在破碎圍巖中均勻滲透,提高圍巖固結(jié)強(qiáng)度有效封堵地下水,在裂隙較大而水壓較小時(shí)采用CS漿(水泥-水玻璃雙液漿)C:S=1:(0.6~1.0)(體積比),水泥漿水灰比0.8:1~1:1,水玻璃模數(shù)2.6~2.8,水玻璃濃度35B;在裂隙較小而水壓較大時(shí)采用水溶性聚氨酯,漿液濃度應(yīng)根據(jù)巖體條件加以調(diào)整。

③注漿壓力、單孔注漿半徑及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿壓力取為靜水壓的2~3倍,破碎巖層0.8~1.2 MPa,完整巖層3~5 MPa。單孔注漿有效半徑3.6m,注漿孔孔底中心距為注漿半徑的1.5倍即5.4 m。單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10 min以上,注漿終壓應(yīng)控制在1.0MPa左右,單孔進(jìn)漿量應(yīng)小于10L/min,可結(jié)束本孔注漿。

④注漿質(zhì)量檢查

主要是在注漿后的第二天,用眼睛觀察漏水裂縫是否已經(jīng)被堵塞,若不滲漏水,表示注漿質(zhì)量良好(雨季施工時(shí),更應(yīng)注重這一步驟,防止雨水滲漏沖刷),若仍有滲漏可重新注漿,必要時(shí)應(yīng)加密鉆孔注漿。經(jīng)過(guò)上述處理措施后,隧道初襯、二襯均無(wú)滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)。隧道信息化施工監(jiān)控量測(cè)分析結(jié)果:K22+340~K34+850斷面自13年7月1日埋設(shè)以來(lái),量測(cè)斷面的水平收斂在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)12天內(nèi)為急劇變形期,其變形相對(duì)較大,其最后當(dāng)日變形速率1.05mm/d,至13~20 d時(shí)為緩和變形期,至21d開(kāi)始進(jìn)入基本穩(wěn)定。量測(cè)斷面的拱頂下沉在測(cè)點(diǎn)埋設(shè)14d內(nèi)為急劇變形期,其變形相對(duì)較大,其最后當(dāng)日拱頂下沉速率為1.65 mm/d,至15~26 d 時(shí)為緩和變形期,至27d 時(shí)進(jìn)入基本穩(wěn)定期。最后三次量測(cè)的位移平均速率分別為0.05 mm/d(水平)和0.09mm/d(拱頂);累計(jì)水平收斂量和拱頂下沉量分別為17.68mm(水平)和36.69 mm(拱頂)。從測(cè)斷面的水平收斂和拱頂下沉原始數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果,預(yù)測(cè)其末次量測(cè)時(shí)水平收斂和拱頂下沉變形已釋放程度大于80%,根據(jù)新奧法施工監(jiān)控量測(cè)規(guī)范,隧道圍巖體變形已趨于穩(wěn)定,隧道開(kāi)挖初襯支護(hù)參數(shù)合理。

4 結(jié)語(yǔ)。

本文結(jié)合廣東省連平(贛粵界)至從化公路上的九連山隧道施工實(shí)際,對(duì)孔隙水壓力對(duì)隧道雨季施工的影響作出了分析,并且提出了解決防治措施,以期對(duì)同類工程項(xiàng)目有借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張有天.巖石隧道襯砌外水壓力問(wèn)題的討論[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2003,40(03).

[2] 鄭少河等.滲透壓力對(duì)裂隙巖體損傷破壞的研究[J].巖土力學(xué),2002.23(06)

[3] 許光祥.裂隙巖體滲流與卸荷力學(xué)相互作用及裂隙排水研究[D].重慶大學(xué),2001,8.

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