路河山隧道滑坡地段塌方處理

施利生

路河山隧道滑坡地段塌方處理

施利生

針對(duì)路河山隧道出口出現(xiàn)的塌方進(jìn)行分析,從地表滑坡體和洞內(nèi)施工兩方面進(jìn)行了論述,提出了先對(duì)地表滑坡體采用注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固,再對(duì)隧道坍方段采用“先拱后墻法”進(jìn)洞的處理方案,達(dá)到了安全進(jìn)洞的效果。

隧道,坍塌,滑坡體,注漿小導(dǎo)管,先拱后墻法

1 工程概況

欽崇高速公路路河山隧道出口位于廣西上思縣那琴鄉(xiāng)龍樓村那利屯南西向約 250m處。隧道凈寬 10.75m,凈高 5m,左右幅間距 30m。隧道右線出洞口里程 YK40+913,長(zhǎng)度 2 008m。原施工方法：隧道出口端Ⅴ級(jí)圍巖,采用臺(tái)階分部法開(kāi)挖,環(huán)形開(kāi)挖進(jìn)尺1.0m,及時(shí)施作錨噴支護(hù),開(kāi)挖前采用L=5m的超前小導(dǎo)管作超前支護(hù)。超前小導(dǎo)管環(huán)向間距 40 cm,縱向間距 250 cm為一環(huán),配合鋼拱架使用,鋼拱架0.5m一榀。二次襯砌采用 L= 9m液壓襯砌臺(tái)車(chē)、模筑混凝土。

2 坍塌情況

2010年 7月 18日,當(dāng)上臺(tái)階掌子面開(kāi)挖到Y(jié)K40+850.4處,滲水嚴(yán)重,圍巖土體松散,易失穩(wěn)坍塌,停止上臺(tái)階掘進(jìn)。2010年7月23日～25日,連日暴雨,YK40+867.2～YK 40+850.4段發(fā)生冒頂坍塌。因提前進(jìn)行觀測(cè)并做好了預(yù)防措施,未發(fā)生人員傷亡。

2.1 坍塌造成的后果

1)塌方使洞內(nèi)YK 40+867.2～YK40+850.4段初期支護(hù)完全破壞。2)塌方使掌子面和二襯之間全部被坍塌體填充,部分土石涌入已成的隧道二次襯砌混凝土洞內(nèi)。3)在 YK 40+867.2～YK40+850.4段,塌至地表后形成長(zhǎng)20m,寬12m的漏斗,地表下陷 6m,周邊地表開(kāi)裂,有繼續(xù)下滑趨勢(shì)。

2.2 原因分析

1)地質(zhì)情況：路河山隧道出口滑坡地段坍塌體上部粘土(試樣深度4.3m～4.5m),天然含水量 21%,密度 2.03 g/cm3,孔隙比0.627,飽和度91%,液性指數(shù)0.01,比重2.73,液限45.6%,塑性指數(shù)24.8,粘聚力58.7 kPa,摩擦角23°,壓縮系數(shù)0.26MPa-1,壓縮模量6.26MPa。下部泥質(zhì)粉砂巖(試樣深度8.7m～9.3m),彈性模量平均值為 0.382×104MPa,泊松比 0.34,巖石本身抗剪斷強(qiáng)度垂直應(yīng)力為0.1 MPa～0.3MPa,剪應(yīng)力為0.121 MPa～0.142MPa,摩擦系數(shù)為0.25(天然),粘聚力為0.086MPa(天然)。隧道頂部埋深厚度 6m～7m,土體較為松散,多呈散狀,易受降水的影響,極易因局部失穩(wěn)而引起連續(xù)反應(yīng),造成坍塌。2)滑動(dòng)面的影響：洞內(nèi)圍巖在坍塌段YK 40+850.4掌子面發(fā)現(xiàn),拱頂下 1m～2.5m為軟塑粉質(zhì)粘土與強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的交界面,層間連接差(層面光滑),節(jié)理及裂隙發(fā)育。巖層主要傾向北西,單斜順層向洞內(nèi)偏左傾斜,加之裂隙水作用,導(dǎo)致滑動(dòng)面上土體抗滑動(dòng)能力差,加上山體的側(cè)壓力很大,上部支護(hù)結(jié)構(gòu)不足以承受滑動(dòng)推力,產(chǎn)生順層滑塌變形。3)偏壓的影響：該段右高左低,加上左洞已經(jīng)開(kāi)挖產(chǎn)生臨空面,偏壓使得初期支護(hù)左右兩側(cè)受力不均,在鋼架薄弱環(huán)節(jié)特別是接頭處易產(chǎn)生拉、剪破壞。在隧道右洞施工過(guò)程中,由于改變了山體的應(yīng)力分布,破壞了原有的平衡,使得隧道仰坡側(cè)的圍巖開(kāi)裂加大,產(chǎn)生臨空面,支撐力減少,在強(qiáng)大的側(cè)壓力作用下,支護(hù)結(jié)構(gòu)不足以承受,結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)生擠推變形。4)水的影響：連日暴雨使上部粘土發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),地表土體成淤泥狀態(tài),洞內(nèi)滲水加重,滑動(dòng)面抗滑摩擦系數(shù)加劇變小,拱頂土體失去自穩(wěn)能力。

3 處理方案

3.1 地表滑坡體處理

1)施工方法。首先,以坍塌體頂面、現(xiàn)有地面隧道中心線為基準(zhǔn)對(duì)既有邊坡進(jìn)行橫縱斷面測(cè)量放樣,邊坡下部按 1∶0.5,中部按 1∶0.75,上部按1∶1的坡率,每 3m～8m高度設(shè)一個(gè) 2m平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,坡腳距隧道中線左側(cè) 15.02m,右側(cè)19.77m,利用挖機(jī)將左、右側(cè)及掌子面三個(gè)方向進(jìn)行刷坡。其次,對(duì)上部邊坡采用節(jié)長(zhǎng) 6m的φ42×3.5mm無(wú)縫鋼管進(jìn)行小導(dǎo)管高壓注漿,間距2m×2m,梅花形布置。坡面外露面掛25 cm×25 cm,φ8mm的A 3鋼筋網(wǎng),焊接于小導(dǎo)管坡面出露端,噴射混凝土厚度 10 cm。并按2m×2m,2%～4%向外排水坡率,梅花形布置φ90 mm的PVC管泄水孔。最后,分別對(duì)中部及下部邊坡進(jìn)行小導(dǎo)管高壓注漿加固,間距調(diào)整為沿隧道仰坡 1m×1m,左側(cè)邊坡 2m×2m,右側(cè)邊坡 0.8m×0.8m。另外,在已經(jīng)刷好邊坡的仰坡頂 5m以外,因地制宜,提前做好截水溝,上平臺(tái)內(nèi)側(cè)三個(gè)方向做好縱橫向連通排水溝,下平臺(tái)左側(cè)設(shè) 1m×1m×1m的縱向碎石盲溝,減少地表水滲入加固邊坡內(nèi)側(cè)及明挖隧道塌方體內(nèi),影響邊坡的穩(wěn)定。

2)施工參數(shù)。選用φ42mm/δ-3.5mm無(wú)縫鋼管,在管段中部,按梅花形鉆孔徑為 10mm的出漿孔,孔距0.15m。

注漿漿液：采用單液水泥漿注漿,注漿時(shí)應(yīng)先注稀漿然后逐漸變濃,即水泥漿水灰比由1∶1到0.8∶1,水泥為 42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥。注漿壓力：注漿時(shí)采用注漿泵分段注漿,初壓 0.3MPa～0.5MPa,終壓1MPa～2 MPa。注漿量：按Q=πr2Hnαβ計(jì)算(塌方體經(jīng)測(cè)試地層孔隙率n取28.6%,經(jīng)試驗(yàn)漿液擴(kuò)散半徑r取0.5m, H取6m,有效注漿系數(shù) α取 0.8,漿液耗損系數(shù)β取 1.25)。

3)施工操作要點(diǎn)。導(dǎo)管應(yīng)在滑坡體開(kāi)挖面上按施工方案擬定的位置、長(zhǎng)度和角度打入。注漿過(guò)程中要逐管填寫(xiě)記錄。單孔注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)加以修正,并不得少于平均注漿量的80%,注漿后應(yīng)嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處牢固程度,以防傷人。

3.2 洞內(nèi)處理

1)施工方法。坍塌處隧道頂部飽和土和隧道內(nèi)淤泥隨洞內(nèi)清淤工作的推進(jìn)會(huì)繼續(xù)塌陷,為保證作業(yè)人員的安全,先將隧道內(nèi)YK 40+867.2～YK 40+850.4坍方地段(長(zhǎng)20 m,寬12m,高9m)的坍塌體利用挖機(jī)和鑿巖機(jī)分三次清除,并按 1∶(0.45～0.5)坡率控制好四個(gè)方向的坡率,與洞外滑坡體同法進(jìn)行小導(dǎo)管高壓注漿加固,間距調(diào)整為 0.5m×0.5m,呈梅花形對(duì)稱布置。

當(dāng)下挖至頂拱落腳點(diǎn),在穩(wěn)定的粉砂巖處施作弧長(zhǎng) 13.68 m (內(nèi)側(cè)鋼拱架每節(jié)弧長(zhǎng) 3.42m,共4節(jié),3.42×4),高度 3.122m,弦長(zhǎng) 11.548m的鋼拱架,每榀 0.5m,縱向每榀鋼支撐處設(shè)置四根鎖腳錨桿與縱向槽鋼焊接并鎖住上臺(tái)階鋼拱架拱腳。在左、右側(cè)兩個(gè)方向,同上進(jìn)行小導(dǎo)管高壓注漿、掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。

靠近掌子面YK 40+850.4處5 m的上臺(tái)階,先施工臨時(shí)仰拱,及時(shí)噴護(hù)封閉掌子面,設(shè)好出水口,并在鋼拱架內(nèi)側(cè)立木模,模板厚度3 cm,全部按模筑混凝土施工,澆筑C30混凝土厚度 0.5m。

隧道坍方段(YK40+867.2～YK 40+850.4)的邊墻施工,采用留核心土環(huán)形分部開(kāi)挖法進(jìn)行掘進(jìn)。施工時(shí),先開(kāi)挖下半斷面右馬口,按 1榀進(jìn)尺拆除已變形損壞的鋼拱架,架立新鋼架,掛網(wǎng)、噴混凝土。再錯(cuò)開(kāi) 2m開(kāi)挖下半斷面左馬口,同法施工鋼拱架,掛網(wǎng)、噴混凝土。左右側(cè)鋼架需與上部已完成頂拱的鋼拱架底部連接牢固,盡快封閉成環(huán),安全施作左右側(cè)邊墻。最后,開(kāi)挖下半斷面核心土及隧底、施作仰拱,并進(jìn)行二次襯砌。

從YK 40+850.4開(kāi)始,按原暗洞方法—臺(tái)階分部法,并增加中隔墻和臨時(shí)仰拱的方法施工,施工中嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、非(弱)爆破、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工原則。

2)先拱后墻法?！跋裙昂髩Ψā笔撬淼兰暗叵鹿こ痰氖┕し椒ㄖ?也稱支承頂拱法。在穩(wěn)定性較差的松軟巖層中,為了施工安全,先開(kāi)挖拱部斷面并及時(shí)澆筑頂拱與支護(hù)頂部圍巖(拱頂回填土),然后在拱頂保護(hù)下開(kāi)挖下部斷面的邊墻并盡快澆筑。

3)施工操作要點(diǎn)。在開(kāi)挖邊墻部分的巖層之前,必須將拱頂支承好,且拱圈的混凝土強(qiáng)度達(dá)到 70%以上。

開(kāi)挖兩側(cè)邊墻部分的巖層時(shí)(俗稱挖馬口),須左右交錯(cuò)分段進(jìn)行,以免頂拱懸空而下沉。施工時(shí),須開(kāi)挖上下兩個(gè)導(dǎo)坑,開(kāi)挖上部斷面時(shí)的大量石渣,可通過(guò)上下導(dǎo)坑之間的一系列漏渣孔裝車(chē)從下導(dǎo)坑運(yùn)出,既提高出渣效率,又減少施工干擾。開(kāi)挖時(shí)將臨時(shí)支撐和拱架都支承于坑道中間未被開(kāi)挖的大塊核心底層上,以此減少拱圈環(huán)向跨度,降低上部拱腳的受力。待上半斷面完全修筑完畢,設(shè)置臨時(shí)仰拱后再進(jìn)行下半斷面的施工。待頂拱固結(jié)及邊坡加固 28 d后,即可進(jìn)行拱頂土回填,使拱頂臨空面全部封閉,抵抗滑移并形成自穩(wěn),且對(duì)拱圈產(chǎn)生反壓穩(wěn)固作用。

4 處理效果

路河山隧道塌方段的處理,采用洞外滑坡體小導(dǎo)管注漿 +掛網(wǎng)噴射混凝土和洞內(nèi)采用超前小導(dǎo)管與工字鋼鋼架相結(jié)合的“先拱后墻法”施工技術(shù),安全順利地通過(guò)了塌方段,施工過(guò)程未再次發(fā)生坍塌現(xiàn)象,監(jiān)控量測(cè)結(jié)果也表明滑坡體位移、地表沉陷和洞內(nèi)水平收斂處于正常范圍內(nèi),該處理方案保證了路河山隧道滑坡地段安全進(jìn)洞,實(shí)踐證明是行之有效的。

[1] 傅鶴林,趙朝陽(yáng).隧道安全施工技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2010：140-141,219-224.

[2] 彭立敏,劉小兵.交通隧道工程[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,2003.

[3] JTJ 042-94,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

The processing of landslides in Luhemountain tunnel section

SH I Li-sheng

Analysis the existing collapse in export of Luhe mountain tunnel,discussed from two aspects which are surface landslide and hole grouting,puts forward that first strengthens surface landslide using groutingm ini tube,then using the method of wall after arch in tunnel collapsed section which reached the effectof safely into the hole.

tunnel,collapse,landslide,groutingmini tube,themethod ofwallafter arch

U 458.3

A

1009-6825(2011)09-0175-02

2010-12-05

施利生(1965-),男,工程師,中鐵二十四局集團(tuán)南昌鐵路工程有限公司,江西南昌 330002