新開嶺隧道圍巖軟弱夾層段塌方原因及工程對策
2014-04-15 來源：土木工程網(wǎng)
以新開嶺隧道軟弱夾層塌方段為工程背景，詳細論述其塌方原因和采取的工程對策，并對其效果進行了評定。
研究表明: 地質(zhì)因素是引起工程塌方的主要原因，做好掌子面地質(zhì)描述工作，及時分析和預測掌子面前方圍巖情況，確保圍巖級別判定準確和支護參數(shù)滿足強度要求是減少塌方的關(guān)鍵; 增強塌方影響區(qū)段支護強度，封閉塌方體圍巖，提高塌方區(qū)支護強度并及時施作，填充塌腔體是處理塌方有效手段; 塌方段初期支護結(jié)構(gòu)最終趨于穩(wěn)定，說明該工程對策有效、安全、可靠，其具體施工方案可為類似隧道工程設計和施工提供了參考依據(jù)。
地下隧道工程開挖前，圍巖應力在初始地應力場處于三軸壓力的平衡狀態(tài)。當隧道開挖后，圍巖應力重新調(diào)整分布，使圍巖物理力學參數(shù)惡化，引起圍巖產(chǎn)生位移，形成松弛。當圍巖無自穩(wěn)能力且支護結(jié)構(gòu)沒及時形成或強度不足時，引起隧道塌方，從而延誤工期、增加工程造價，也會對現(xiàn)場施工技術(shù)人員人身及生命造成巨大的危害。
所以，如何避免塌方，分析塌方原因并提出合理的工程對策，保證隧道施工及運營階段安全是隧道工程界普遍關(guān)注的問題。
本文以安徽六安某高速公路新開嶺隧道圍巖軟弱夾層塌方段為工程背景，通過現(xiàn)場勘察分析其塌方原因，針對其塌方原因提出合理的工程對策，有效避免了塌方事故再次發(fā)生，確保隧道安全施工。本工程的經(jīng)驗可為類似隧道工程設計、施工提供參考。
工程概況新開嶺隧道為雙車道公路隧道，右線隧道總長 3 229 m，左線隧道總長 3 179 m。隧址區(qū)節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，隧道部分區(qū)段穿越強風化巖質(zhì)夾層。
隧道 YK33+531 ～ YK33+524 段原設計為Ⅲ級圍巖，設計地質(zhì)情況為弱 ～ 微風化花崗巖，巖石節(jié)理，裂隙較發(fā)育，巖體呈巨塊（ 石） 碎（ 石） 狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體較破碎。地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水，水量貧乏，該段原設計支護形式為Ⅲ級圍巖錨噴支護，圍巖穩(wěn)定性較好。
通過對 YK33+531 處掌子面圍巖地質(zhì)觀察，其圍巖為強－中風化花崗巖，巖石節(jié)理發(fā)育，掌子面圍巖較為破碎，風化程度高。中部有一條自拱頂向底邊貫通的夾層，圍巖穩(wěn)定性較差。依據(jù)動態(tài)設計、動態(tài)施工的原則，將 YK33 +531 ～YK33+524 段由原設計的Ⅲ級支護形式變更為Ⅳ級圍巖一般支護形式，且已經(jīng)開始施工。
在施工里程 YK33+526. 5 ～YK33+524. 5 進行立拱架、布設鋼筋網(wǎng)、安設錨桿等工序時，在無任何征兆的情況下，該段洞頂突然出現(xiàn)坍方，并延伸至YK33+530. 5 處，將 YK33+530. 5 ～ YK33 +526. 5 段已施工的I 12 工字鋼拱架壓垮，塌陷總體積約為 400 m3，塌陷最大高度達 2. 8 m，塌陷平均高度為 1. 2 m。
塌方區(qū)原設計為Ⅲ級圍巖，設計變更為Ⅳ級圍巖，采用Ⅳ級一般支護形式。其具體初期支護參數(shù): ?25 中空注槳錨桿 L=3. 0 m，間距 100 cm×100 cm，I 12 工字鋼，間距100 cm，噴 C25 混凝土，厚度 18 cm。
塌方原因分析地質(zhì)因素通過對塌方區(qū)地質(zhì)勘察，確定塌方體為強風化花崗巖，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖層極其破碎，結(jié)構(gòu)松散，無黏結(jié)力。
巖層中間夾雜著黏土，而且滲水較大。該處存在滑動面且表面光滑，由此可知該塌方區(qū)圍巖地質(zhì)條件差、物理力學參數(shù)低、圍巖自穩(wěn)性極差是造成塌方的主要原因。經(jīng)判定此段符合Ⅴ級圍巖特征，與原設計地質(zhì)情況存在較大差別。
施工因素塌方區(qū)原設計為Ⅲ級圍巖，雖然后來通過現(xiàn)場掌子面描述確定圍巖條件較差，但又將本屬于Ⅴ級圍巖判定為Ⅳ級圍巖，采?、艏壱话阒ёo參數(shù)進行施工，由于對圍巖級別判定不夠準確，因此變更后的支護強度仍然不足，導致已支護區(qū)段也發(fā)生塌方。所以，對圍巖級別判定不準確，導致初期支護強度不足是發(fā)生塌方又一原因。
地下水因素此段隧道埋深為45 ～50 m，地下水類型主要為節(jié)理裂隙水，主要來自地表水補給。由于當時連日下雨，地表水下滲軟化圍巖，降低圍巖粘聚力和摩擦角，圍巖自穩(wěn)能力減弱，在初期支護未及時施作完成的情況下，圍巖突然失穩(wěn)，發(fā)生塌方。
工程對策依據(jù)塌方區(qū)工程地質(zhì)條件、塌方模式、施工安全等因素確定塌方處理工程對策。
封閉塌方體圍巖，增強其自穩(wěn)性。對 YK33+530. 5 ～YK33+524. 5 坍方區(qū)段圍巖表面噴 80 mm 厚的混凝土，封閉坍塌處外露表面圍巖;提高塌方區(qū)支護強度，及時施作并形成護殼。將塌方區(qū)支護參數(shù)提高為Ⅴ級加強，對坍方段架立Ⅰ18 工字鋼拱架，拱架間距為 0. 5 m，安設錨桿、掛網(wǎng)，噴射 25 cm 厚的混凝土，形成護殼;填充塌腔體，避免帽頂
對塌方體空腔采用 C25 的泵送混凝土填充密實;加強位移監(jiān)控量測。對塌方區(qū)段及其附近增加位移監(jiān)控量測斷面，增加量測頻率，獲取位移及初期支護結(jié)構(gòu)拱頂及邊墻的變形信息，預測和判斷其穩(wěn)定性。
施工方案為防止塌方繼續(xù)發(fā)展，在塌方段后方 8 m 范圍內(nèi)架設 I 18 工字鋼拱架，對已施工初期支護進行加強支撐。拱架間距為 1 m，共設9 榀，每榀拱架安設8 根 ?22 長3 m 的鎖腳錨桿，拱墻處 2 根，拱腳處 2 根，拱架之間采用 ?22 縱向連接鋼筋連接，環(huán)向連接鋼筋間距為 100 cm，在鋼架支護的內(nèi)緣、外緣交錯布置。
本段 I 18 工字鋼支撐為臨時支撐，二次襯砌施工前如該支撐未侵入限界內(nèi)，則不予拆除，否則予以拆除，以保證二次襯砌混凝土厚度; 在 YK33+538. 5 ～ YK33+530. 5 段噴射一層 30 mm厚的混凝土，將 I 18 工字鋼拱架與原噴射混凝土面之間的間隙填實，使拱架受力均勻;YK33+538. 5 ～ YK33+530. 5 段加強支撐穩(wěn)固后，在此加強拱的掩護下，對塌腔體表面初噴一層強度 C25，厚 8cm 混凝土，封閉塌方體圍巖表面;（ 4） 在 YK33+530 處沿圓弧方向架設第 1 榀 I 18 工字鋼拱架支撐，對局部侵限的部位進行修整，在未出現(xiàn)坍方側(cè)面安設砂漿錨桿。
結(jié)論與建議通過對新開嶺隧道圍巖軟弱夾層塌方段工程對策進行詳細論述主要得出以下結(jié)論和建議。
地質(zhì)因素為引起工程塌方的主要原因，圍巖條件差其自穩(wěn)性就差，易引起塌方。所以現(xiàn)場應做好掌子面地質(zhì)描述工作，及時分析和預測掌子面前方圍巖情況，確保圍巖級別判定準確和支護參數(shù)滿足強度要求;增強塌方影響區(qū)段支護強度; 封閉塌方體圍巖，增強其自穩(wěn)性; 提高塌方區(qū)支護強度并及時施作; 填充塌腔體，避免冒頂?shù)裙こ虒Σ呤翘幚硭襟w的有效措施; 該施工方案實施后，塌方段初期支護結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定，說明該工程措施有效、安全、可靠，其塌方工程對策為類似隧道工程設計、施工提供參考。
