基于大跨徑隧道塌方原因分析及處理措施分析

雷小斌

摘? 要：這一工程類(lèi)型存在著容易塌方這一顯著問(wèn)題，給工程安全和效益帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。該文通過(guò)一系列的分析與總結(jié)，著重對(duì)大跨徑隧道塌方的原因進(jìn)行了分析總結(jié)和梳理，并且提出了科學(xué)的處理措施。以此為基礎(chǔ)為避免大跨徑隧道施工中出現(xiàn)塌方提供依據(jù)，以切實(shí)提高建設(shè)安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大跨徑? 隧道? 塌方? 原因? 措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U457? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（a）-0053-02

1? 該項(xiàng)目地處貴州省都勻市

項(xiàng)目具體情況如下：項(xiàng)目從黔南大道后向西前行，經(jīng)過(guò)牛場(chǎng)片區(qū)，經(jīng)過(guò)馬天井山谷、老牛坡、躲雨巖，穿過(guò)奇水坡后，經(jīng)頁(yè)巖磚廠，止于州公安局，與迎賓大道相接。道路全長(zhǎng)約7.2km，其中開(kāi)發(fā)區(qū)東段K0+000～K5+360段 （5.360km）、西段K0+000～K1+834.221段（1.834km），道路紅線寬度40m，為城市主干道。東段隧道1處，L1+945幸福隧道，K4+385中壩橋，西段隧道1處，K7+020龍?zhí)端淼?，K6+773.4二中橋。幸福隧道左線進(jìn)口坐在斜坡地形較緩陡，坡向約100°，坡度約25°～40°，覆蓋層較薄，主要為殘坡積亞粘土。右線進(jìn)口所在斜坡地形較緩，坡向約110°，坡度約15°，覆蓋層較厚，主要為殘坡積亞粘土。左右隧道出口段所在斜坡位于一小沖溝內(nèi)，坡面較平順，坡向約280°，坡腳30°，山坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)鉆孔水文地質(zhì)觀測(cè)，結(jié)合地形地貌、巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征分析判斷，遂之地下水類(lèi)型為覆蓋層孔隙水，風(fēng)化帶裂隙水和構(gòu)造裂隙水。根據(jù)先進(jìn)的儀器測(cè)定和地質(zhì)水文測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土被破壞的主要方面為腐蝕性破壞，需要引起重視。

2? 大跨徑隧道施工中出現(xiàn)塌方的原因分析

2.1 巖體強(qiáng)度和形態(tài)容易發(fā)生變化

大跨徑隧道在施工過(guò)程中需要完成沖切、剪切和整體破壞等幾項(xiàng)重要工作，這幾項(xiàng)工作實(shí)施過(guò)程中要克服土石堅(jiān)硬的問(wèn)題，這是具備抵抗建筑物荷載的重要前提條件。在具體施工過(guò)程中，一定要充分分析貴州地區(qū)的地形特點(diǎn)，注意對(duì)不完整巖層分析和預(yù)期。巖體主要包括各種斷層、節(jié)理、裂隙及其填充物的復(fù)合體，在施工中都應(yīng)該嚴(yán)加注意。這類(lèi)巖體的顯著特征是表面上看起來(lái)有足夠強(qiáng)度但實(shí)際上容易發(fā)生破壞，帶來(lái)意想不到的災(zāi)難性后果。這是在初期施工中較容易忽略的問(wèn)題。

另外，巖體形變也是不可忽視的問(wèn)題。尤其是在面對(duì)山體偏壓、回填附加土體等荷載作用下，巖體出現(xiàn)形變幾乎是難以避免的，這也是施工過(guò)程中需要考慮的重要因素之一，必須作為重中之重進(jìn)行預(yù)防。巖體變形破壞的模式主要有水平方向、垂直方向和地平面內(nèi)的剪切應(yīng)變3類(lèi)變形破壞。每種模式的破壞程度和破壞效果不盡相同。其中水平方向的破壞有水平位移、拉伸和壓縮變形，垂直方向的破壞有沉降、傾斜、曲率、扭曲等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的施工實(shí)踐和總結(jié)，我們認(rèn)為沉降、傾斜、曲率和水平變形是出現(xiàn)頻率高，破壞力大的4種情況。

2.2 隧道滲水和漏水

在大跨徑隧道的塌方原因中，隧道滲水和漏水是出現(xiàn)頻率較高的原因，成為了隧道施工的嚴(yán)重制約因素。筆者經(jīng)過(guò)大量的文獻(xiàn)閱讀和考察發(fā)現(xiàn)，隧道完全無(wú)滲漏者寥寥無(wú)幾，絕大部分隧道存在著不同程度的滲漏問(wèn)題。

2.3 襯砌裂損

形變壓力、松動(dòng)壓力是出現(xiàn)襯砌裂損的主要力學(xué)因素。從力學(xué)角度來(lái)看，地層沿隧道縱向分布及力學(xué)形態(tài)的不均勻是引起襯砌裂損的主要原因。值得注意的是，溫度會(huì)引起收縮應(yīng)力作用的大小發(fā)生改變、圍巖膨脹性和凍脹性也會(huì)在溫度變化過(guò)程中出現(xiàn)一定程度的改變，這些都是必須考慮的因素。另外，腐蝕性介質(zhì)作用、施工中人為因素、運(yùn)營(yíng)車(chē)輛的循環(huán)荷載作用等大量因素之間會(huì)發(fā)生相互作用和共同影響。上述各種因素都是引起隧道襯砌結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫和變形的主要因素，從很大程度上提高了出現(xiàn)隧道塌方的概率，嚴(yán)重影響了隧道的使用安全和使用質(zhì)量。因此，隧道襯砌裂損對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞是值得引起重視的關(guān)鍵問(wèn)題。在具體工作實(shí)踐中需要嚴(yán)格控制襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

3? 應(yīng)對(duì)大跨徑隧道塌方的常見(jiàn)措施

3.1 做好過(guò)程監(jiān)測(cè)和相關(guān)數(shù)據(jù)采集

相關(guān)的過(guò)程監(jiān)測(cè)也極為重要。在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中要注意數(shù)據(jù)測(cè)量的全面、準(zhǔn)確和可靠，及時(shí)做好記錄與分析。但是，在實(shí)際操作中，由于各種不可控因素現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得的數(shù)據(jù)往往具有一定的離散性，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)一定難度。因此，相關(guān)人員必須要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高質(zhì)量的誤差分析、回歸分析和歸納整理等數(shù)據(jù)分析處理工作。例如，位移的變化速率是需要充分考慮的問(wèn)題。假設(shè)要了解某一時(shí)刻某點(diǎn)位移的變化速率，簡(jiǎn)單地將相鄰時(shí)刻測(cè)得的數(shù)據(jù)相減后除以時(shí)間間隔作為變化速率是不確切的，正確的做法是對(duì)量測(cè)得到的位移—時(shí)間數(shù)組做數(shù)據(jù)擬合得時(shí)間—位移曲線 u=f（t），然后計(jì)算該函數(shù)在時(shí)刻t的一階倒數(shù)du/dt，即為該時(shí)刻的位移速率[2]。

數(shù)據(jù)測(cè)量和處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要集中在以下幾個(gè)方面。第一，梳理數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，確保數(shù)據(jù)之間相互印證。第二，在對(duì)圍巖進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)，要注意合理設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。第三，監(jiān)視圍巖變形和應(yīng)力狀態(tài)隨時(shí)間的變化情況，對(duì)最終值或變化速率進(jìn)行預(yù)測(cè)。整個(gè)過(guò)程要做到數(shù)據(jù)測(cè)量細(xì)心科學(xué)，數(shù)據(jù)收集與處理準(zhǔn)確全面。

3.2 做好隧道防排水

隧道排水雖然是實(shí)施難度不大，但是很多細(xì)節(jié)問(wèn)題需要進(jìn)行深入分析，做好預(yù)防和處理。實(shí)踐證明，隧道防排水采取以排水為主。在施工中對(duì)地形、地下水深度以及地下水量等進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，采取防、排、截、堵相結(jié)合的綜合防排水措施，建立完整的防排水體系。

初襯采用防水混凝土，澆筑二次襯砌模注混凝土來(lái)防水，且采用全斷面一次性施作二襯。這一結(jié)構(gòu)適合于貴州的地形以及地下水特點(diǎn)。在沉降縫上采用中埋式橡膠止水帶加橡膠止水條防水[3]，橡膠止水條的放置一般選擇背貼式，在遇到特殊情況時(shí)具體分析。另外，排水管的環(huán)向設(shè)計(jì)要注意曲度和弧度的科學(xué)性，將水導(dǎo)入兩側(cè)電纜溝下的排水管，引水至洞外排水溝，如圖1和圖2所示。

4? 結(jié)語(yǔ)

隧道工程有其獨(dú)特之處，施工難度大，危險(xiǎn)性高，施工過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)諸多不確定因素，塌方尤其常見(jiàn)，成為嚴(yán)重制約大跨徑隧道施工安全和質(zhì)量的重要難題。大跨徑隧道施工過(guò)程中需要注意圍巖與結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)的不可逆性，加強(qiáng)相應(yīng)的理論分析和實(shí)踐研究，提高建筑質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 史彥文，寇寶文，韓常領(lǐng)，等.國(guó)外某高速公路隧道大塌方原因分析與反思[J].公路隧道，2015（2）：16-18.

[2] 田野，羅飛.基于理正邊坡軟件的某邊坡塌方原因分析及工程治理[J].資源環(huán)境與工程，2016（6）：975-979.

[3] 韓同春，黃福明，鄭俊清，等.隧道拱腳塌方施工加固及監(jiān)測(cè)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015（30）：3444-3449.