順層偏壓隧道災害處理及施工技術(shù)

李吉波

(貴州省公路工程集團有限公司)

1 闡述某地區(qū)隧道工程施工情況

據(jù)調(diào)查顯示，某地區(qū)隧道施工全長1 000 m，進口、出口里程分別為DK261+900、DK262+900，其屬于現(xiàn)代化的公路隧道。由于該隧道坐落在地質(zhì)構(gòu)造比較復雜的地區(qū)，其山體坡度為20～40°，隧道表面屬于積砂黏土，在下伏基巖處，土質(zhì)大多為灰?guī)r、斷層角礫巖和奧陶系中上統(tǒng)灰?guī)r，由于該地段地質(zhì)、地形復雜，隧道在開挖過程中，受地質(zhì)構(gòu)造的影響，地質(zhì)巖層發(fā)生了改變，尤其是軟質(zhì)巖的變化最具明顯，甚至發(fā)生多次的生小斷層，部分地區(qū)出現(xiàn)了斷層泥狀的現(xiàn)象。隧道在開挖施工前，施工人員首先需要按照施工設(shè)計規(guī)范要求對隧道地表洞頂天溝進行施工作業(yè)，然后完成洞口防水系統(tǒng)工程，以保證隧道施工質(zhì)量。在2005年1月，施工人員就開始對隧道進行進行施工，并采用正臺階法進行隧道開挖，截止2005年3月，就已經(jīng)完成了隧道洞口混凝土襯砌施工作業(yè)。

2 順層偏壓隧道災害情況分析

由于該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復雜，隧道進口開挖完成后，就需要進洞施工，但是由于隧道進口某襯砌部分發(fā)生了裂縫現(xiàn)象，甚至有的襯砌部位出現(xiàn)了多條縱向裂縫，其寬度已超過了8.8 mm，導致開挖過程中隧道供部格柵支護出現(xiàn)嚴重的變形，由于裂縫寬度過大，隧道建筑襯砌部位開裂變形，另外隧道進口洞口邊也出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，經(jīng)過測量，洞口邊裂縫已達到了9 mm。幾個月之后，發(fā)現(xiàn)隧道模筑混凝土襯砌的其他部位、隧道洞頂?shù)孛娴奶鞙隙汲霈F(xiàn)了裂縫，該隧道在2005年1月就開始進行施工，但是在4月3日，由于暴雨的侵襲，隧道左側(cè)塹坡就發(fā)生了坍塌事故。

該隧道發(fā)生地質(zhì)災害的原因是:該地段處于地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復雜的巖層中，其巖層大多數(shù)都為灰?guī)r、斷層角礫巖，并且地下水也比較豐富。由于隧道進口的巖層不夠牢固，地質(zhì)構(gòu)造也不穩(wěn)定，若進行隧道洞身開挖施工，地表下的地下水就會不斷涌現(xiàn)出來，水分的增加導致巖石強度和巖層抗滑性能隨斷層角礫巖不斷軟化而下降，這就容易導致隧道順層偏壓的現(xiàn)象發(fā)生。由于該隧道的巖層為V級頁巖夾灰?guī)r，因此，施工人員需要根據(jù)進口段設(shè)計要求進行混凝土襯砌施工，如果施工人員沒有充分考慮隧道會產(chǎn)生偏壓作用，隧道初期支護強度不高，容易造成因隧道偏壓而發(fā)生的坍塌事故。若相關(guān)人員沒有對局部坍塌事故引起重視，而且不斷了進行開挖施工，由于隧道周圍的土質(zhì)受到擾動，并且隧道的支護和混凝土襯砌的承載能力較小，最終導致支護和混凝土襯砌不能承受隧道拱頂?shù)闹亓慷斐砷_裂現(xiàn)象發(fā)生。由于隧道進口段的塹坡處是地質(zhì)構(gòu)造最為復雜的地段，其灰?guī)r、斷層角礫巖等巖層較多，由于該地段石塊較大，容易發(fā)生斷層現(xiàn)象，路塹開挖后，由于受暴雨的侵襲，導致進口段路塹坡的地質(zhì)穩(wěn)定性較差，隧道進口段路塹破就容易發(fā)生地質(zhì)塌滑事故，塌滑對隧道具有一定的牽引作用，塌滑事故的發(fā)生將造成混凝土襯砌開裂，導致隧道順層偏壓災害情況的發(fā)生。

3 隧道順層偏壓災害處理施工技術(shù)

3.1 加強已開挖地段的處理措施

(1)采用有限元數(shù)值計算方法，對地質(zhì)隧道順層偏壓進行計算，通過計算結(jié)果，設(shè)置隧道鋼管抗滑樁和建筑襯砌的承載能力大小，避免因建筑襯砌開裂而導致坍塌事故的發(fā)生，因此，采用洞外地表設(shè)鋼管注漿的方式加強已開挖隧道進口DK261+900～+935地段加固，即用4排288根鋼管樁加固在隧道建筑襯砌外部邊緣的兩側(cè)，但是設(shè)置的第一排鋼管樁與隧道建筑襯砌外部邊緣的距離應為0.3 m，而第二、三、四排鋼管樁的橫向、縱向間距應分別為0.7 m，1.0 m。

(2)針對洞內(nèi)超前預支護，采用超前大管棚支護的方式加固已開挖變形的地段，即在已開挖隧道進口DK261+900地段處進行加固，以保證隧道已開挖地段安全穩(wěn)定，其具體操作步驟如下:首先采用I18工字鋼架設(shè)置在已開挖斷面的進口地段處;其次，在隧道進口處拱部，采用89管棚超前支護，并且管棚長和環(huán)向間距分別為35 m，0.4 m;最后，對于隧道兩側(cè)的邊墻，采用C32自進式錨桿設(shè)置在隧道兩側(cè)，C32自進式錨桿長應為8.0 m，縱向間距和環(huán)向間距應分別為1.0 m，特別注意的是:C32自進式錨桿應與I18工字鋼架相連接，并且C32自進式錨桿的縱向間距應與I18工字鋼架相同。

(3)采用超前小導管注漿預支護的方式加固未開挖地段，為了有效防止隧道坍塌事故的發(fā)生，在隧道拱部處，施工人員應采用外插角的注漿小導管超前預支護，并且注漿小導管的直徑、長度、縱向間距、環(huán)向間距應分別為42 m、3.5 m、1.6 m、0.8 m，同時采用C32自進式錨桿設(shè)置在隧道進口外緣兩側(cè)，C32自進式錨桿的設(shè)置原理與已開挖地段的設(shè)置原理是一樣的。

3.2 隧道開挖施工技術(shù)

對于已開挖隧道地段，確定洞內(nèi)地表鋼管樁對拱部巖層注入水泥漿強度達到標準后，應對開裂的地段進行施工處理，并完成隧道初期預支護施工。對于全斷面開挖地段，首先應合理拆除隧道進口處開挖地段，并且開挖的高度應控制在規(guī)范標準內(nèi);其次，隧道進口外緣兩邊墻開挖完成后，應在隧道兩邊墻架設(shè)I18工字鋼架和噴射厚度適中的混凝土，采用C32自進式錨桿對隧道兩側(cè)進行施工作業(yè)，在這個階段，應重復施工作業(yè);最后，開挖隧道仰拱部位和拱部區(qū)域，并且分別設(shè)置仰拱工字鋼架和拱部工字鋼架作為隧道支護，這樣就可以對隧道開挖做好支護處理。隧道在開挖過程中，施工人員應嚴格控制開挖高度，采用風鎬人工方式對隧道進行開挖，這樣就可以減少坍塌事故的發(fā)生。隧道施工將進行下臺階開挖，在下臺階開挖作業(yè)中，開挖間距應不超過9 cm，并且確保超前小導管注水泥漿的強度達到標準，若發(fā)現(xiàn)隧道順層偏壓、開裂的現(xiàn)象發(fā)生，采用加固支護施工技術(shù)，以保證隧道開挖安全。

4 結(jié)束語

隧道開挖所發(fā)生的坍塌事故，其嚴重危害了人們的生命財產(chǎn)安全，施工人員應做好隧道開挖災害處理防護措施，嚴格按照施工要求進行隧道施工作業(yè)，以保證施工安全。

［1］ 徐世康.淺埋偏壓破碎圍巖隧道施工技術(shù)研究［D］.長安大學，2012.

［2］ 于躍勛.地質(zhì)順層偏壓隧道施工力學研究［D］.西南交通大學，2004.