九嶷山隧道洞口淺埋段塌方處理及總結(jié)

李昕 張濤

近年來(lái),我國(guó)公路建設(shè)得到了迅猛的發(fā)展,高速公路隧道數(shù)量越來(lái)越多,并不斷的向山區(qū)延伸。九嶷山隧道跨湘粵省界,貫穿九嶷山脈右線全長(zhǎng)6385 m,左線全長(zhǎng)6378.746 m。隧道左洞施工到ZK140+133時(shí),發(fā)生了頂部坍塌。該段隧道為偏壓地段,覆蓋層最薄處約18 m,圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖過(guò)渡地段,本文著重對(duì)本次塌方的原因及處理方案進(jìn)行探討及分析。

1 塌方情況

2009年9月25日,九嶷山隧道左線在對(duì)ZK140+133.6掌子面進(jìn)行爆破開(kāi)挖至ZK140+136,出渣完畢后,在噴射拱頂混凝土?xí)r,拱頂開(kāi)始不間斷掉塊,并于次日凌晨拱頂塌方,塌方體塌至拱頂,隨后塌體基本穩(wěn)定無(wú)擴(kuò)大。在該樁號(hào)位置發(fā)現(xiàn)有地表沉陷,沉陷范圍縱向8.9 m、橫向10 m,沉降最淺1.5 m、最深13 m。至26日6時(shí),塌方基本穩(wěn)定無(wú)擴(kuò)大,塌體呈較穩(wěn)定狀態(tài)。

2 原因分析

1)工程地質(zhì)原因:塌方部分處在Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖過(guò)渡地段,由于風(fēng)化分層級(jí)節(jié)理切割,掌子面不均勻風(fēng)化嚴(yán)重。斷面右側(cè)圍巖弱風(fēng)化花崗巖,穩(wěn)定性較好,左側(cè)拱頂圍巖為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(設(shè)計(jì)為弱～微風(fēng)化花崗巖),伴有股水流出,穩(wěn)定性很差,且存在偏壓。圍巖處于軟硬巖交替地段,在開(kāi)挖掘進(jìn)的擾動(dòng)下,造成拱頂失穩(wěn)。2)地表擾動(dòng)原因:在拱頂左側(cè)山體因施工需要,修建臨時(shí)用房,臨時(shí)開(kāi)挖坡面人為造成了隧道左洞偏壓程度加大,使洞頂全、強(qiáng)風(fēng)化層。3)施工方案原因:施工單位在施工到該地段時(shí),未根據(jù)掌子面地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整施工方案及開(kāi)挖斷面,且在一次進(jìn)尺過(guò)大(ZK140+133.6～ZK140+136,達(dá) 2.6 m),破壞了超前支護(hù)的受力,從而造成凌空面失穩(wěn)。

3 塌方處理方案

1)洞內(nèi)加固措施。首先對(duì)塌方形成的掌子面進(jìn)行封閉處理,先采用30cm厚的掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)封堵,再采用φ 42×4的鋼管對(duì)塌方體進(jìn)行注漿(水泥漿)固結(jié),鋼管長(zhǎng) 6 m、間距1.0 m梅花形布置,拱頂及左側(cè)鋼管間距適當(dāng)加密。塌方后段加固,在靠近掌子面的ZK140+127～ZK140+133段,原有初期支護(hù)內(nèi)緣采用Ⅰ18工字鋼作臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù),間距0.5 m,鋼拱架與原初期支護(hù)間存在的空隙采用C20噴射混凝土墊實(shí),縱向用φ 22螺紋鋼進(jìn)行連接,間距1.0 m;臨時(shí)加固拱架完成后,采用3.5 m長(zhǎng)的φ 42小導(dǎo)管,對(duì)其周邊進(jìn)行加固注漿處理。通過(guò)以上措施,使塌方后段支護(hù)得到加強(qiáng),并且由于對(duì)塌方體進(jìn)行臨時(shí)封閉,防止了整個(gè)松動(dòng)圈的繼續(xù)擴(kuò)大。

2)洞外處置措施。在洞外地表沉陷范圍3 m以外開(kāi)挖臨時(shí)排水溝,同時(shí)對(duì)地表拉裂范圍采用彩條布進(jìn)行覆蓋,防止雨水灌入,加大沉陷量。對(duì)地表塌陷坑采用φ 42×4的鋼管進(jìn)行注漿(水泥漿)加固,長(zhǎng)6 m、間距1.0 m梅花形布置。然后回填土并進(jìn)行夯實(shí),同時(shí)在回填土表面噴射10cm厚C20混凝土。對(duì)施工臨時(shí)用房開(kāi)挖所形成的臨時(shí)邊坡,按永久防護(hù)要求,補(bǔ)充坡面錨桿、護(hù)面墻,穩(wěn)定,防止塌方體前后地段發(fā)生類似事件。

3)塌方地段的通過(guò)。在周邊臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)施作完畢后,打設(shè)兩環(huán)長(zhǎng)8 m,φ 89的鋼管進(jìn)行超前管棚注漿(水泥漿)支護(hù),鋼管環(huán)距0.4 m,通過(guò)φ 89超前管棚,使得塌方體內(nèi)拱部形成一個(gè)注漿加固圈,形成開(kāi)挖條件。超前管棚支護(hù)下采用Ⅰ18工字鋼進(jìn)行支護(hù),間距0.5 m,同時(shí)為防止管棚間隙掉塊,開(kāi)挖前根據(jù)管棚間隙設(shè)置超前小導(dǎo)管,進(jìn)行補(bǔ)充超前支護(hù)。塌方體的開(kāi)挖采用短進(jìn)尺,徑向錨桿、鎖腳錨桿均采用φ 42×4、長(zhǎng)4 m的鋼管進(jìn)行注漿加固,擴(kuò)大注漿加固圈范圍。在通過(guò)塌方體的過(guò)程中,要求認(rèn)真做好各項(xiàng)施工監(jiān)測(cè)工作,并且根據(jù)監(jiān)控結(jié)果,隨時(shí)調(diào)整支護(hù)范圍及支護(hù)參數(shù),以確保施工安全。初期支護(hù)完成后,要求對(duì)塌方體前后地段及時(shí)進(jìn)行二次襯砌的施作。

4 經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)

1)在隧道淺埋、偏壓地段,必須按要求進(jìn)行地表監(jiān)控量測(cè),并與洞內(nèi)初期支護(hù)收斂觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行互相校核,以及時(shí)掌握圍巖在開(kāi)挖過(guò)程中的動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài),提供有關(guān)隧道施工的全面、系統(tǒng)信息資料,以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。2)開(kāi)挖過(guò)程中尤其在設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別變化地段,由于掌子面圍巖的不均勻風(fēng)化,使洞室在軟、硬不均的巖石中開(kāi)挖,洞周圍巖往往會(huì)在巖節(jié)理裂隙面間錯(cuò)動(dòng),出現(xiàn)掉塊乃至坍塌。這種情況下,需根據(jù)前后掌子面地質(zhì)素描,短距離超前預(yù)報(bào),對(duì)前方圍巖情況進(jìn)行判斷,調(diào)整超前支護(hù)、系統(tǒng)錨桿的分布范圍及打設(shè)方向,以確保開(kāi)挖的安全。3)超前錨桿(超前小導(dǎo)管)的作用在于預(yù)支護(hù)掌子面前方圍巖,其一端焊接于已架設(shè)拱架上,另一端錨固于未開(kāi)挖圍巖當(dāng)中,其受力模式接近于一端鉸支、一端固定梁。施工開(kāi)挖進(jìn)尺過(guò)大時(shí),未開(kāi)挖圍巖如產(chǎn)生松動(dòng),使超前支護(hù)設(shè)計(jì)受力模式發(fā)生改變,原本固定端被破壞,從而使超前錨桿失去作用。因此隧道施工時(shí)必須控制施工進(jìn)尺,使超前支護(hù)充分發(fā)揮作用。4)當(dāng)圍巖發(fā)生變化時(shí),拱頂圍巖為Ⅴ級(jí)時(shí),需適時(shí)調(diào)整施工方案,采用臺(tái)階法施工時(shí),需保留核心土,第一個(gè)臺(tái)階高度不宜大于2.5 m,以便快速將頂部工字鋼架或格柵鋼架安裝就位,確保施工安全。5)防范于未然:隧道在淺埋、偏壓、富水?dāng)鄬訋┕?需將洞周作為重大危險(xiǎn)源,事先擬訂事故發(fā)生的應(yīng)急方案,在掌子面附近預(yù)備搶險(xiǎn)物資,并提前進(jìn)行安全演練,以便在發(fā)生事故時(shí),及時(shí)處理。

當(dāng)隧道發(fā)生坍塌后,由于坍塌的處理是一項(xiàng)高危工作,因此擬訂處理方案必須及時(shí)、恰當(dāng),組織需嚴(yán)密、到位,才能順利的完成塌方善后工作。

1)發(fā)生塌方后,應(yīng)及時(shí)查看洞內(nèi)、外情況,分析原因及塌方發(fā)展趨勢(shì)。在摸清情況的基礎(chǔ)上,擬訂處理方案。2)此類型塌方的處置要點(diǎn)是對(duì)塌體的封堵和對(duì)未塌方地段的加固。及時(shí)封堵掌子面及塌落面能穩(wěn)定圍巖,防止空腔擴(kuò)大,通過(guò)掌子面封堵和后方塌方地段的加固后,才能對(duì)塌方體處理提供安全保障。3)淺埋段的塌方往往伴隨著地面沉陷乃至冒頂,對(duì)于地面沉陷地段,需及時(shí)采取措施,防止地面水的下滲。由于下方為空洞段,地面沉陷段的處理需尤其注意安全,回填處理需在洞內(nèi)形成穩(wěn)定支護(hù)后方能進(jìn)行。

[1] JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 關(guān)寶樹(shù).隧道工程設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)集[Z].2005.

[3] 羅元明.隧道塌方原因分析與處理[J].山西建筑,2009,35(10):321-322.