裂隙、节理、板理发育
2019-03-03 08:29
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发布时间:2016-10-09 11:10:07

随着高速公路建设的不断发展和向山区的延伸,隧道工程的数量也越来越多。下面通过对一次隧道工程塌方事故的原因及相应处理方案进行技术探讨和案例分析,来总结隧道工程塌方事故的预防和处理要点。

(1)处理隧道塌方必须分秒必争,及时制定处理方案。处理隧道塌方是一种紧急抢险,如同打仗一样,有利的时机稍纵即逝。隧道塌方后,各方迅速到塌方点,详细察看塌方情况,检查塌方初期支护的损坏程度和影响区域,分析塌方原因和可能的发展趋势等。在掌握情况的基础上现场确定应急预案,下达抢险指令,明确任务和要求。这种现场办公定案、直接指挥处理的方法,保证了抢险的及时性,为塌方的处理争取到了有力的时机。

根据塌方的情况和隧道所通过的层位,认为本次属层间移动性的塌方,这种地质的塌方难以稳定,会引起连锁反应,积累和发展扩及到已开挖支护的较长洞身段。为此,决定采用稳住后方围岩,强支护处理坍塌段,适当加强支护过渡段的三个阶段处理此次塌方,分段处理的长度为16m(后方加固段4m,塌方段8m,过渡段4m)。

(3)塌方的处理必须遵循短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测的原则。对塌体一般不宜直接进行清理,尽量减少对围岩的扰动,避免塌腔扩大。塌方的处理应一次到位、不留后患,加大超前支护和加强初期支护,必要时对二衬混凝土进行配筋和加厚,隧道轮廓外的塌腔宜尽量回填密实。从监控量测及地质雷达检测结果来看,本次隧道塌方的处理方案是可靠的。

隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的主要原因,特别是对坍塌的处理更是危险作业。因此,只有方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施得力,才能使抢险得以顺利完成。

(2)地下(表)水原因:施工期连续降雨,地表水丰富,通过裂隙进入岩体,顶板淋水量增大。在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳和塌落,软弱滑动面在地下水的作用下,强度大为降低,因而发生滑塌。水在塌方中起到一个催化和恶化的作用。

(3)施工方面原因:该处ⅳ、ⅴ级围岩分界面较设计文件稍提前,施工单位未及时根据地质条件变化调整施工方案和支护参数,未采取更为有效的超前支护措施,开挖进尺过大,初期支护未及时跟进,从面造成临空面过大也是造成塌方的重要原因。

(1) 工程地质原因:塌方部位处在ⅳ、ⅴ级围岩的交界带,被层状和多组节理分割而形成碎块状镶嵌结构,岩体较破碎,节理多为张开节理,节理裂隙间层面光滑。因连拱隧道开挖跨度大,在开挖掘进的扰动和左右洞施工的相互影响下,造成围岩失稳导致塌方。

待塌空区段按上述方案处理完之后,密切注视塌空段断面变化情况,加强监控量测。该区域之后4m范围内采用长4m的424mm的注浆小导管进行超前支护,小导管环向间距为1000px,纵向间距为1m;初支钢拱架采用i16工字钢,纵向间距1875px,钢拱架间采用环向间距1m的25mm纵向钢筋连接,并设置网格间距500px500px的系统锚杆采用长3m的22砂浆锚杆,环向间距1m,纵向间距1875px,梅花形布置,端部与钢拱架焊接成整体。

隧道右洞在施工至塌方处时,正好处于ⅳ、ⅴ类围岩的交界带(该处埋深约80m),掘进后出现一较大滑层,先后出现两次较大范围的塌方(如图1)。塌方段褶皱强烈,裂隙发育,岩体破碎,岩石较坚硬,岩体层面光滑,呈倒三角状。其中靠近中隔墙处塌方最高。隧道第一次塌方在无明显征兆的情况下突然发生,初次塌方量约100m3,并伴有渗水现象。在地下水的影响下塌腔迅速扩大,塌腔高4m-8m,纵长约8m,宽8m-11m,塌体完全堵住洞身,该段初期支护全部破坏,有6榀钢拱架扭曲损坏。

首先在塌方位置退后4m的位置处,采用长3.5m的424mm的注浆小导管对塌方后段注浆。小导管外插角为15,环向间距为1000px,纵向间距为1m,断面两侧拱脚以上区域梅花形布置,小导管端部与钢拱架焊接成整体,以保证后方围岩稳定不向前坍塌。注浆采用先上后下,先里后外,即先对塌空区边缘注浆,再逐步退后进行后段注液,使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层,通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结,从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结,从根本上达到控制塌方的扩展。而后段的注浆也提高了围岩整体承载强度,并与初期支护共同在2~3m范围内形成一个强大的支撑拱,为下一步施工的安全性提供了保障(见图2)。

(2) 前方封堵,后方加固,对塌方区形成合围,是防止塌方恶化的有效方法。抢险的战斗从何处打响,关系到抢险工程全局性的问题。根据实际情况,采取前方封堵,即喷射c20混凝土封堵掌子面及塌落面,稳住围岩,防止空顶加大,并对下一步塌体注浆创造条件,保证注浆效果,同时还为下一步施工提供安全保障;后方加固,即对塌穴后方4m处未损坏的初期支护段架设型钢拱架加固初支,对初支顶部低应力围岩注浆,以增加其强度和自稳力。这种前方封堵和后方加固处理方法,有效地防止塌方恶化,使塌方处理出现了良好的局面,这是处理隧道塌方的一条重要成功经验。

隧道区域构造主要受复式背斜控制,背斜呈线状紧密复式褶皱产出,轴部大致呈近东西向延伸。隧址位于该复式背斜之南翼,组成地层为双桥山群下亚群板岩、千枚状板岩,呈互层状,岩层倾向为近北。受其影响,隧道区千枚状板岩揉皱强烈,裂隙、节理、板理发育,岩体较破碎。因此,其塌方原因主要是:

本隧道是一座双连拱隧道,轴线走向为148,隧道全长462m。隧道地形起伏大,植被发育,地貌有山间冲积小盆地、山脊以及山间冲沟等,其中山脊呈近南北走向,与隧道轴线呈大角度相交。隧道右洞施工时,发生了顶部坍塌。

认真做好各项施工监测,根据对监测数据的分析和判断,对围岩及支护体系的稳定状态进行判断和预测,及时采取措施来确保围岩和结构的稳定,以确保施工安全。在该段塌方处理完毕后,在拱顶布设了左、中、右三个测点,并在腰线处左右分别布设了两个测点,通过近三个月的监测,拱顶下沉最大下沉量为22.5mm,相对变形量为1.99%;周边位移最大值为34.96mm,相对变形量为0.26%,均在允许范围内,表明所采取的措施得当,取得了应有的效果。

首先采用素喷厚500px的 c20混凝土封堵掌子面及塌落面,对塌空区段后方未破坏的原初期支护采用i18钢拱架进行加固,钢拱架与原初期支护钢拱架紧贴并排焊接,之后每榀纵向间距0.5m,掌子面处紧贴岩面并排焊接两榀。钢拱架间用环间0.5m的25mm纵向钢筋连接,形成钢格棚架。对轮廓线外塌腔壁的大块岩石采用89钢管支撑,并焊在钢拱架上。在钢拱架上下采用双层网格间距375px375px的8钢筋网加固,外挂模板,再喷射c25混凝土与钢拱架齐平,形成钢筋混凝土壳体初期支护。并在初支中预埋108混凝土泵送管,待钢筋混凝土壳体强度达到要求后,分期泵送混凝土填充塌腔,以保证岩面与初期支护之间密实(见图2~图3)。

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