大嶺背隧道塌方原因和施工改進(jìn)的思考

江 凱

(衢州市柯城區(qū)鄉(xiāng)村康莊工程領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室,浙江 衢州 324002)

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,近幾年在公路的建設(shè)中公路隧道被廣泛采用,隧道施工方法也日漸成熟,但公路隧道圍巖情況千差萬別,盲目的套用其它項目的施工方法很容易出現(xiàn)塌方、冒頂?shù)葐栴},對工程建設(shè)的進(jìn)度、成本、安全造成不利影響。本文通過對大嶺背隧道施工塌方的原因分析,提出了施工方法的改進(jìn)措施,以避免類似塌方發(fā)生。

1 工程概況

大嶺背隧道位于衢州市柯城區(qū)黃茶至大俱源公路改建工程K1+995～K2+545處,全長550m,隧道凈寬7.5 m,行車道凈高4.5 m,縱斷面采用單向坡,坡度為1.8%的上坡,采用單洞雙向交通隧道,設(shè)計時速30 km/h。

大嶺背隧道位于低山丘陵區(qū),山勢陡峻,隧道主要穿越中風(fēng)化礫巖和微風(fēng)化礫巖,隧道兩洞口端地表覆蓋每四季殘積含礫粘性土及碎石土,下臥圍巖為紫紅色粉砂巖及紫紅色夾白色礫巖,強(qiáng)風(fēng)化狀,巖體呈鑲嵌狀,第四季覆蓋層厚度約2.10～10.50 m,全風(fēng)化帶厚度1.00～7.00 m。

2 隧道施工情況

隧道開始施工時間為2010年4月,當(dāng)年5月1日隧道邊仰坡即發(fā)生塌方。

出洞口K2+545至K2+470為V級圍巖,設(shè)計在洞口段30 m范圍內(nèi)的V級圍巖采用管棚超前支護(hù),其余V級圍巖段采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),V級圍巖的施工方案采取留核心土環(huán)形開挖。2010年8月16日樁號K2+503處施工時,在環(huán)形開挖后,立好工字鋼時,發(fā)現(xiàn)掌子面滲水量加大,開始塌方,接著掌子面上部有大塊孤石掉下,共砸壞3榀鋼拱架,8月19日塌方處冒頂。塌方情況如圖1～圖4所示。

圖1 洞口邊仰坡塌方圖

圖片2 洞內(nèi)塌方掌子面圖

圖3 K2+503塌方冒頂圖

圖4 冒頂后洞內(nèi)圖

3 塌方原因分析

主要原因有:(1)今年上半年天氣不好,同期降雨量據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計約為常年的1.5倍,掌子面滲水較為嚴(yán)重;(2)從樁號K2+508開始,開挖出現(xiàn)孤石,個別體積較大,需爆破處理,泥夾石加上滲水,掌子面不穩(wěn)定;(3)環(huán)形開挖采用機(jī)械開挖,開挖面積太大,同時預(yù)留核心土太短,超前支護(hù)不到位。

4 特殊地質(zhì)條件下施工改進(jìn)的思考

眾所周知,指導(dǎo)公路隧道施工的理論有兩種:一種是松馳荷載理論,是傳統(tǒng)的礦山法設(shè)計施工的依據(jù);另一種就是巖承荷載理論,新奧法施工就是該理論的具體運用。由于采用新奧法施工相對安全、經(jīng)濟(jì)、合理,現(xiàn)在公路上普遍采用,但新奧法在特殊地質(zhì)條件下的運用,不是生搬硬套。大嶺背隧道V級圍巖是全風(fēng)化巖層,遇水即軟化成泥漿,山體內(nèi)水系和下雨時地表水影響較大,圍巖的注漿效果差。經(jīng)過本次塌方原因的分析,我們認(rèn)為必須調(diào)整施工工法才能避免類似洞內(nèi)塌方,綜合考慮采取了以下兩種施工工法。

4.1 小管棚下的三臺階環(huán)形開挖法

新奧法施工的基本原則是 “少擾動,早錨噴,勤量測,緊封閉”,本工法的要點是上部核心土采取3m+3m+3m的三臺階[2],環(huán)形開挖必需采用人工開挖,目的是確保核心土足夠長,能夠?qū)φ谱用嫫鸬阶銐虻闹巍－h(huán)形人工開挖,可以盡量減少開挖面積,大大降低對掌子面的撓動,開挖后鋼拱架必須及時跟進(jìn)支護(hù),開挖面及時錨噴封閉[3],從而使得鋼拱架與超前小導(dǎo)管、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)片形成整體,共同受力。

圖5 三臺階橫向施工圖

圖6 三臺階縱向施工示意圖

4.2 采用小插板超前支護(hù)

大嶺背隧道Ⅴ級圍巖較為軟弱,全風(fēng)化巖遇水變軟易成流體狀,其中K2+508～K2+500拱頂上部有孤石,隨時會發(fā)生坍塌,工作面極不穩(wěn)定,圍巖也難以形成自然承載拱,此時若仍然采用常規(guī)的支護(hù)措施和施作順序,不能有效的控制圍巖的變形,防止孤石的掉落和阻止坍塌。根據(jù)本隧道地質(zhì)情況,采取特殊鋼插板施工法[3],又稱麥塞爾插板法,加固開挖面前方的圍巖,防止圍巖松動。這種施工方法是采用特殊加工的鋼插板,用千斤頂將其頂入圍巖中 (但巖層中夾有鵝卵石時,施工困難),在大嶺背隧道的砂巖和泥巖中可以達(dá)到顯著效果。特別是這種拱頂圍巖不穩(wěn)定、有大孤石位于拱頂上面,鋼插板超前施工能很好的形成隧道掘進(jìn)的工作面,確保拱頂安全。

圖7 小插板環(huán)向布置圖

圖8 小插板縱斷面布置圖

5 結(jié) 語

隧道在軟弱破碎等自穩(wěn)能力較差的圍巖條件下,應(yīng)采用特殊的有針對性的施工工法和支護(hù)措施,以確保圍巖和掌子面的穩(wěn)定。具體把握的原則是先護(hù)后挖和逆序施作,也就是先支護(hù)和加固、然后開挖,應(yīng)逆序施作,短進(jìn)尺,謹(jǐn)慎開挖,千萬不能冒進(jìn),應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)、快襯砌,及時封閉,同時要重視觀察,勤量測。對施工工法和支護(hù)措施的選擇不要囿于新奧法,在選擇時可以進(jìn)行安全和經(jīng)濟(jì)性比選,本文中提到的鋼插板法的施工應(yīng)該更接近于傳統(tǒng)礦山法,可以說是傳統(tǒng)礦山法和松馳荷載理論的發(fā)展改進(jìn)和應(yīng)用。因此,在隧道的實際施工過程中,施工工法應(yīng)該根據(jù)實際情況靈活處理,及時調(diào)整。在Ⅴ級圍巖的施工過程中,特別是像大嶺背隧道這樣,錨噴支護(hù)難以形成受力圈,超前小導(dǎo)管注漿效果差,圍巖自穩(wěn)性難以改善時,可以選擇鋼插板超前支護(hù)工法。小管棚下的三臺階法,更強(qiáng)調(diào)的是減少人為擾動,重視核心土的支撐作用,施作順序同樣是 “先護(hù)后挖、逆序施作”,但由于小導(dǎo)管環(huán)向間距有40cm,各小導(dǎo)管之間存在間隙,若滲水量較大,容易在間隙處形成不穩(wěn)定點,因此必須加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報。對圍巖特別軟弱的位置進(jìn)行小導(dǎo)管加密,必要時加強(qiáng)支護(hù)并且應(yīng)及時錨噴,封閉拱頂和掌子面圍巖,以確保掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定。

[1]朱漢華,尚岳全,楊建輝,等.公路隧道設(shè)計與施工新法及其應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社,2010.

[2]中國公路建設(shè)行業(yè)協(xié)會.公路工程工法匯編[M].北京:人民交通出版社,2010.

[3]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].