張宇輝
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)
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隧道洞口坡體開裂變形的原因分析及處理
張宇輝
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院)
針對某隧道施工期間洞口坡體開裂及支護變形的具體情況,對變形原因進行了分析,并提出兩種處理方案進行了詳細比選,同時充分分析了各方案的優(yōu)缺點,得出了當抗滑樁樁間距過大且樁間巖土體整體性不強時,抗滑樁作用效果有限及工程治理中應(yīng)根據(jù)開裂情況、開裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等因素綜合確定治方案等結(jié)論。
隧道洞口;開裂;原因分析;抗滑樁;回填反壓
1.1 工程概況
杭瑞高速公路貴州境大興(湘黔界)至思南段是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》“7918”網(wǎng)中第十二條橫向線杭州至瑞麗高速公路貴州境內(nèi)的重要段落,也是《貴州省骨架公路網(wǎng)規(guī)劃》“六縱七橫八聯(lián)”中第二橫的主要組成部分。
梵凈山2號隧道位于閔孝鎮(zhèn)紅石村周子坪地界,呈近北西走向展布,為分離式隧道,屬長隧道。隧道大興端位于右偏圓曲線上,洞身處于緩和曲線及直線段上,思南端位于直線段上,隧道左右線平面線間距為30m。
1.2 破壞情況
在隧道施工階段,洞內(nèi)近50m長段落內(nèi)已完成的初期支護發(fā)生拱頂下沉和周邊收斂現(xiàn)象,噴射混凝土開裂、剝落,最遠處剝落點距離洞口約100m。鋼架出現(xiàn)扭曲、彎折現(xiàn)象,鋼架整體出現(xiàn)向洞口傾斜現(xiàn)象,角度約15°,初期支護侵限嚴重。
二襯完成一個月后,在二襯表面發(fā)現(xiàn)細微裂縫,之后裂縫逐漸增多、增大、增長。在3~4個月內(nèi)裂縫達20余條,裂縫最寬5.8mm,最長達12.3m。
洞口周圍山體地表可見裂縫,坡頂截水溝多處出現(xiàn)裂縫,在右洞左上方凹溝內(nèi)可見一定的錯動裂縫。兩隧道洞口之間的坡面(坡角約45°)出現(xiàn)一定的橫向裂縫,且有輕微鼓脹現(xiàn)象。原噴射素混凝土破裂,且上部有較多的裂縫和鼓脹現(xiàn)象,中下部裂縫有錯動現(xiàn)象。
1.3 地質(zhì)情況
(1)工程地質(zhì)
隧道范圍內(nèi)主要為第四系碎石土,元古界板溪群變余粉砂巖、砂巖。
(2)褶皺
本項目位于武陵-雪峰山隆起區(qū),隧道位于一復(fù)式背斜的核部,背斜軸向為NE向,核部底層為震旦系板溪群的變余砂巖,產(chǎn)狀:48°/318°∠33°。
(3)斷裂構(gòu)造
①F1斷裂:NNW向展布,表現(xiàn)形式是形成成條陡坎及溝谷,產(chǎn)狀40°。
②F2斷裂:NEE向展布,表現(xiàn)形式為碎裂巖,產(chǎn)狀為178°∠72°。
③次級構(gòu)造
存在與F1與F2之間的強風化巖石中,因多期次構(gòu)造影響,致使鉆探巖芯呈碎塊狀,在裂面出現(xiàn)擦痕、階步、鏡面等現(xiàn)象,采芯率低;在掌子面上表現(xiàn)為擠壓形成的破碎、柔皺、不均勻風化等現(xiàn)象。
(1)工程地質(zhì)條件復(fù)雜
F1、F2兩構(gòu)造斷裂帶及次級派生構(gòu)造的存在造成了帶內(nèi)強風化巖石的擠壓破碎與裂隙發(fā)育,使巖石塊體間呈散體結(jié)構(gòu),巖體結(jié)構(gòu)整體強度低。
(2)隧道開挖卸載導(dǎo)致抗滑力減小
洞口段隧道圍巖及仰坡開挖過程中,對斷層破碎帶松散體的擾動改變了局部巖體的受力狀態(tài),使局部區(qū)域抗滑力減小。
(3)隧道區(qū)年降水量較大、圍巖透水性好
年平均降雨量1 100~1 400mm,同時隧道開挖改變了地表水與地下水的聯(lián)絡(luò)通道,大氣降水很容易經(jīng)地表下滲至圍巖中去,地下水流動帶走了圍巖之間的膠結(jié)物,使圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)降低,山體下滑力增加,抗滑力減小,使山體產(chǎn)生下滑。
3.1 方案一:錨索抗滑樁+隧道圍巖注漿加固
(1)錨索抗滑樁
從隧道仰坡及洞內(nèi)支護變形的情況分析,山體及隧道變形主要是由于隧道開挖導(dǎo)致整個構(gòu)造影響帶內(nèi)巖石松弛、松動,并使上部坡體產(chǎn)生滑移的趨勢,因此需采取措施對坡體進行支擋。經(jīng)過計算,確定采用在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁,以抵御上方山體的下滑力。抗滑樁采用2m×3m的方形挖孔灌注樁,樁中心距為6m。抗滑樁在橫向上與隧道襯砌外緣凈距不小于4m。
(2)隧道圍巖注漿加固
對破碎部位的圍巖進行洞內(nèi)徑向注漿加固。仰拱部位徑向注漿加固。在中心水溝橫斷面兩側(cè)開挖線外1m處,采用φ42×4mm的注漿小導(dǎo)管,縱距1.0m,單根管長8m。隧道洞口外注漿加固圍巖。在隧道洞口開挖輪廓線外8m范圍內(nèi)打設(shè)一層大管棚,3層小導(dǎo)管,對隧道圍巖進行固結(jié)加固,使洞外注漿段與洞內(nèi)注漿段間搭接長度不小于2m。
3.2 方案二:填土反壓+隧道圍巖注漿加固
(1)洞外填土反壓
將2號隧道明洞進行加長,并將1、2號隧道洞身縱向相接,之后在隧道頂部采用洞渣進行回填,將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連,抵抗上方山體的下滑力,起到對2號隧道范圍內(nèi)的山體進行反壓的作用?;靥罡叨葹?號隧道出口拱頂以上為4m,2號隧道進口拱頂以上為8m。
(2)隧道圍巖注漿加固
與方案一中“隧道圍巖注漿加固”相同。
3.3 優(yōu)缺點比較
(1)方案一
優(yōu)點:方案一通過在隧道左右洞之間及隧道外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁,抵御上方山體的下滑力,從而將上方坡體可能產(chǎn)生的下滑力分別由抗滑樁及隧道洞身提供水平及垂直抗力,模型簡單、明確,抗滑樁能夠抵抗的下滑力較大,支護作用清楚,理論上能夠保證暗洞換拱及明洞施作期間的整體穩(wěn)定。
缺點:由于隧道兩側(cè)抗滑樁相距24m,并且?guī)r體破碎,土拱效應(yīng)不強,下滑力可能無法全部傳遞至抗滑樁范圍內(nèi),從而使抗滑樁對洞頂山體的縱向滑移約束力不強,對下滑力的抵抗效果有不確定因素。
(2)方案二
優(yōu)點:方案二通過將1、2號隧道洞身縱向相接,在隧道頂部進行填土,從而將溝谷兩側(cè)山體在隧道上部相連,對包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進行反壓,對于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利,填土反壓形式簡單,施工周期短,施工完成后,后期變形、失效可能性小。
缺點:在暗洞換拱及明洞施作期間,土體難以提供及時且足夠的抗力,山體縱向力仍然主要由暗洞及明洞結(jié)構(gòu)承擔,易引起結(jié)構(gòu)的開裂破壞。
(3)結(jié)論
由于方案二采用回填土對包括隧道洞頂在內(nèi)的大部分山體進行反壓,對于保持上部坡體的穩(wěn)定較有利,同時避免抗滑樁方案由于間距過大造成隧道承擔過大水平力。因此,確定方案二為推薦方案。
填土反壓作為施工方案施工完成至今已3年有余,洞口坡體處于穩(wěn)定狀態(tài),隧道內(nèi)未發(fā)現(xiàn)裂縫等破壞現(xiàn)象。通過本工程的治理可以得出以下結(jié)論:
(1) 由于工程地質(zhì)復(fù)雜,同時隧道上覆巖土體較厚,因此在表層土出現(xiàn)蠕動的情況下,隧道依然出現(xiàn)較大變形;
(2) 隧道結(jié)構(gòu)主要承擔上覆巖土體的豎向荷載,在上部山體出現(xiàn)下滑趨勢時,隧道結(jié)構(gòu)體自身的抗剪能力較差,易出現(xiàn)斜向裂縫及支護侵限現(xiàn)象;
(3) 抗滑樁作為一種對坡體下滑的主要支擋結(jié)構(gòu),作用效果與樁間距關(guān)系較大,當樁間距過大,且樁間巖土體整體性不強時,抗滑樁作用效果有限;
(4)填土反壓形式簡單,施工周期短,施工完成后,后期變形、失效可能性??;
(5)工程治理中應(yīng)根據(jù)開裂情況、開裂原因、地質(zhì)情況、施工周期等各種因素綜合確定治方案。
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2014-11-23
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1008-3383(2015)09-0094-01