浅析茶条岭隧道塌方及洞口山体开裂处理
来源:用户上传
作者:
摘要：针对隧道施工中出现大的腔体塌方及进洞时容易发生的山体开裂问题，结合十天公路茶条岭隧道发生的塌方及隧道洞口山体开裂的成功处理，介绍其原因分析及治理方案，为隧道施工中发生相似情况提供解决方案。
关键词：隧道塌方洞口山体开裂处理方案
随着国家经济的发展和国家对基础建设投资的不断增加，高等级公路山岭隧道的建设规模日益扩大。由于我国地质构造比较复杂，加之山岭隧道大多修建在交通不便，人烟稀少地段，前期勘探数据很难做到详细，施工时所遇到的围岩地质状态与施工前的地质调查结果往往很难一致，造成对地质条件认识不清，设计开挖方法及支护参数无数满足实际需要，再加上有时施工方案选择不当，就容易造成隧道塌方。众所周知，隧道往往是修建各级公路的主要控制工程，隧道的塌方，不仅直接影响隧道的投资费用，更加影响工程进度和施工期间及使用期间的安全，塌方造成的工期延误、经济损失、机械损害、人员伤亡等后果都非常严重。随着隧道修建技术的进步与发展及管理方式的变革，如何减少隧道塌方，及塌方后如何及时处理，减少损失，保证后期安全是业主、施工和设计人员共同关心的问题。本文就刚刚修建完的一条隧道的洞身段塌方和洞口段山体开裂两个典型的隧道事故处理进行简单的分析与探讨。
一、工程概况
由中交二公局四公司修建的十堰至天水高速公路茶条岭隧道位于西乡县沙河镇茶条村，穿越川字形山体。路线起点SK286+800～SK287+686.46，XK286+680～XK287+754.45，单洞总长1960.92米。单洞净宽10.75米，限界高度5.0米。最大埋深166米。隧址区属低山丘陵地貌，山体沟谷深切。受岩石节理产状控制和影响，节理造成边坡岩石较破碎，完整性一般，岩体被节理多切割成楔型或不规则小块状，在长期自然物理风化作用下，加之降雨等因素影响，坡体产生掉块或局部坍塌。隧址区岩土工程层主要为扬子期汉南岩体花岗岩，隧址区地质构造单元属扬子准地台龙门-大巴台缘隆褶带汉南米仓台拱西乡断凹，区内构造较简单，断层、褶皱不发育，节理发育。
二、塌方段原因分析及处理方案
1、塌方段地质及设计支护情况
XK287+689～690段处于隧道洞身段，岩性以强风化花岗岩为主，节理较发育，岩体较破碎，岩芯多呈碎块或短柱状，岩质较软，拱部无支撑可能产生坍塌，侧壁有时失稳。该段围岩条件差，围岩自稳能力差难以形成平衡拱效应，设计中加强支护，以限制围岩变形。隧道洞身段（深埋段）衬砌按新奥原理设计，采用柔性初期支护体系结构的复合式衬砌，即以超前注浆小导管（φ50×5，L＝4.5m,环向间距30cm，a=5～7º）、锚杆（φ25中空注浆锚杆，L=3.5m，＠＝100×80cm）、C25早强喷射混凝土、φ8钢筋网（@20×20cm）、Ⅰ18型钢拱架（纵向间距18cm）为初期支护，45cm厚C25模筑混凝土为二次支护。并在二次衬砌与初起支护之间铺设土工布加防水板及必要的排水半管。V级围岩浅埋段均采用台阶分步开挖，即环形开挖中心留核心土法，每环进尺控制在1米以内，台阶长度不小于8米，采用弱爆破或机械开挖，初期支护及时封闭。下半断面应采用拉中心槽，两侧留足台阶土，马口槽开挖落地，马口长度不宜大于4米，及时完成支护；先现浇钢筋混凝土仰拱衬砌，再全断面模注钢筋混凝土衬砌。施工中严格遵守了“短开挖，强支护，勤量测，早封闭”的原则。
2、塌方情况描述及塌方原因分析
2009年1月27日，茶条岭隧道下行线出口XK287+689～690段在上半断面出渣过程发生塌方，渣体封堵整个开挖掌子面，塌方量约有300方。2月2日在处理过程中发生二次塌方，塌方向掌子面方向延伸约5～6米，塌腔最高处约20米。
塌方原因分析：茶条岭隧道洞口段为全风化花岗岩，围岩节理、裂隙发育，易沿节理面发生滑塌，此次塌方发生于IV级及V级围岩交界段。有明显的节理面，受爆破振动及风化作用，围岩失稳，从节理面处发生坍塌。首次塌方发生后因为无法及时闭合，失去支撑，围岩应力继续释放，发生二次坍塌。
3、塌方处理措施
3.1、为保证已完成初期劫掠稳定，决定在掌子面XK287+690向后退15米范围内（XK287+690～715）采用φ50小导管法向注浆加固处理，XK287+690～695段注浆管长4.5m，间距1.2m×1.2m；其余各段注浆管长3m，间距1.2m×1.2m。采用BW 一250／50型注浆泵注浆，注浆浆液采用普通水泥单液浆，水灰比为1：1，注浆钻孔直径5cm，注浆终压2MPa，顺序由两侧拱脚向拱顶方向进行，用木塞对不注浆的孔口进行封堵。
3.2、从掌子面XK287+690向后退10米范围内用洞渣回填做反压平台，高度2～3米，用木支撑临时加固XK287+690～693段初期支护，以保证后续塌方处理施工安全。
3.3、用喷射砼封闭塌方渣体（厚度3cm）并向渣体内注水泥浆，注浆管长度3m，间距1.2m×1.2m，每根注浆管最大注浆量控制在1.2m3，为有效封闭渣体，可在渣体上挂一层φ8(20cm×20cm )钢筋网。
3.4、从靠掌子面第一榀钢架处向内以5～10度外插角，打设小导管，小导管采用φ42钢管，间距为30cm，长度需插入塌方后前掌子面50cm以上为宜，以便与泵送砼护拱形成统一整体，加强护拱与塌空周壁岩体的紧密衔接，增强护拱的稳定性。
3.5、在塌方体顶部斜向上打入3根泵送管，向渣体上方塌腔泵送C25砼，要保证拱顶上方C25砼厚度不小于2米。同时应在顶部预埋管道，在塌方处理完成后向塌腔顶部输送轻质材料（如粉煤灰），充填厚度不小于1米。
3.6、泵送砼强度形成后，采用环形开挖留核心土施工方法向前逐榀开挖掘进。初期支护及二衬采用V级浅埋支护参数（中空注浆锚杆纵向间距为75cm，拱架改为Ⅰ20a型，纵向间距75cm，喷射砼厚度26cm，C25钢筋砼衬砌厚50cm），锁脚锚杆加长到4米。
4、塌方处理注意事项
4.1、成立塌方处理小组，相关领导带班在现场24小时指挥。专职安全员全程在现场观察，确保塌方处理安全顺利进行。4.2、在处理过程中施工单位要派人观察山顶有无裂缝或沉陷，如有异常要及时采取措施封水，以防下雨后雨水渗入。4.3、切实加强监控量测工作，每四小时监测一次，及时分析数据，沉降量较大或初期支护裂缝有明显发展时要及时采取相关措施。
三、洞口山体开裂原因分析及处理方案
1、洞口段地质及设计支护情况
该洞口设计为V级围岩，主要以强风化、全风化花岗岩为主。设计支护参数为φ50×5超前小导管，L＝4.5m，环向间距30cm，a=5～7º；φ25中空注浆锚杆，L＝3.5m，＠＝100×60cm；φ8钢筋网，＠20×20cm；Ⅰ20a型钢拱架，纵向间距60cm；喷射C25早强混凝土厚26cm；排水半管、防水板加土工布；C25钢筋混凝土衬砌厚50cm。
2、洞口山体开裂情况描述及原因分析
2009年4月6日，茶条岭隧道下行线出口左侧山体的山脊处出现裂缝，裂缝长30米，最大宽度约35cm，并且裂缝右侧山体有沉陷，洞内观察，在SK287+720～690段拱顶出现纵向裂缝，SK287+710处SK287+700等处出现细小环向裂缝，出口左侧仰坡顶部也出现裂缝。经过监控量测，发现SK287+747.6～720段断面扫描结果显示右侧拱腰处侵限增加，且有整体右移现象，拱顶下沉和收敛无明显变化。
分析山体开裂原因，隧道进出口附近，山体自身陡峭，围岩自稳能力差，隧道洞口施工后造成原有支撑体系破坏，受偏压影响，开挖中引起山体不均匀沉降，沿节理面产生裂缝。
3、处理方案
3.1、开裂山体采用锚索加固，锚索间距4×4m，梅花形布置，长度25～35m，倾斜角向下20～25度。
3.2、暗洞洞口处两侧增设抗滑桩，顶部加栋横梁连接加固，形成门式框架，搞滑桩截面尺寸采用2×3m，抗滑桩顶部应高隧道拱顶2m，底部锚固长度不小于6m，桩长约为18～20m，抗滑桩截面垂直于山体开裂滑移方向，顶部横梁紧贴拱顶，横梁钢筋与拱顶钢筋、锚杆焊接成整体。3.3、出口左侧山体坡脚处增设2～3根抗滑桩，截面尺寸1.5×2.0m，抗滑桩内挂钢筋混凝土挡板，背部回填密实。3.4、山体裂缝采用1：1水泥砂浆灌缝、捣实，并检查是否有其他裂缝一并处理；裂缝处设置观察标志，定期检查裂缝发展情况。3.5、隧道内SK287+680～747段中线以左增设径向自进式注浆锚杆，长度15米。直径φ32mm，纵向间距1.2m，环向间距3m，梅花状布置。3.6、隧道内中线以右SK287+680～747根据围岩变形情况适当增设注浆导管和砂浆锚杆。3.7、洞内下导坑已开挖段落，尽快施工仰拱，封闭成环，洞内SK287+700725.46段抑拱部位增设型钢拱架，并和边墙处拱架连接成环，增设的拱架型钢的型号、间距和该段落已有拱架相同。
四、隧道塌方及山体开裂处理体会
1、隧道塌方将会给施工带来很大困难和经济损失，因此需在施工前考虑各种因素，采取必要的预防措施。
2、严格规范施工，采取“短进尺、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工方法，制定出切实可行的施工方案和安全防护措施。
3、塌方一旦出现应马上处理，分析情况，尽量搞清塌方处的地质条件，搞清塌方规模和塌方过程。对于断层及软弱围岩等引起的塌方段，应及时封闭掌子面，稳固坍塌体，防止塌腔的进一步扩大。
4、对塌方的处理应选择合理的技术方案，先稳固后方，然后稳中求进。塌方洞穴较大及时采用型钢拱架强支护，注水泥浆进行背后压浆使衬砌背后与围岩密实。、
5、处理塌方时应加强隧道内的监测，确保施工安全。
6、为防止塌方应推行地质预报、锚杆无损检测、湿喷等技术；
7、减少人为因素造成的塌方，杜绝盲目抢工期、偷工减料，正确处理好效益与进度和质量的关系，
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-585405.htm
