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        隧道洞口山體滑坡的處置方案比選及實(shí)施效果

        2014-04-29 00:00:00陳柏剛
        基層建設(shè) 2014年21期

        摘要:由于工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及人為因素等影響,隧道施工過程中會出現(xiàn)滑坡、冒頂、崩塌等各種地質(zhì)災(zāi)害。因此加強(qiáng)對隧道洞口的滑坡原因分析,并提出處置方案及預(yù)防預(yù)案,就可減少施工事故,提高施工質(zhì)量并加速高速公路及隧道工程的建設(shè)。本文以臨合高速公路LH14合同段下仁尕瑪隧道洞口滑坡為例進(jìn)行分析并提出處置方案。

        關(guān)鍵詞:隧道洞口;山體滑坡;注漿;小導(dǎo)管;加固

        一、工程概況

        下仁尕瑪隧道為一座左、右線分離的四車道短隧道,屬小凈距隧道。隧址位于夏河縣扎油鄉(xiāng)下仁尕瑪村,隧道起訖樁號ZK83+400~ZK83+859,長459m;YK83+425~YK83+849,長424m。隧道最大埋深112m,出口段最大埋深約46m。局部基巖裸露,為下三疊系板巖夾砂巖,板巖中厚層-薄層狀構(gòu)造,變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu),板理發(fā)育,砂巖中厚層狀塊狀構(gòu)造,單層厚15-20cm,層理發(fā)育,層面平整。

        該隧道出口段位于扎油河右岸,為Ⅴ級圍巖,圍巖自穩(wěn)能力差,洞壁、洞頂易發(fā)生松動變形、掉塊及塌方,洞底穩(wěn)定性較好。出口段上覆蓋薄層松散坡碎石土,洞口右側(cè)岸坡上部有一處崩塌及危巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,靠近洞門端局部對隧道安全有影響。

        二、出口段山體失穩(wěn)的概況及原因分析

        (一)失穩(wěn)概況

        2013年7月3日~7月11日下仁尕瑪隧道所在地區(qū)普降大雨。本來趨于穩(wěn)定的隧道初期支護(hù)于7月10日開始變形。且隧道拱頂初期支護(hù)逐步出現(xiàn)較大裂縫,拱頂部分噴射砼脫落,鋼拱架與初支砼剝離出現(xiàn)裂縫。現(xiàn)場對噴射砼脫落部位剝離后發(fā)現(xiàn)多榀鋼拱架發(fā)生扭曲變形。

        1.洞內(nèi)變形情況

        (1)左線ZK83+780~ZK83+812段及ZK83+825~ZK83+842.5段初期支護(hù)出現(xiàn)大面積開裂,其中ZK83+795拱頂開裂及位移最嚴(yán)重。ZK83+842.5導(dǎo)向墻拱頂沿洞軸線向大里程發(fā)生位移達(dá)12cm。

        (2)YK83+810~YK83+846.4"段初期支護(hù)開裂嚴(yán)重,最大裂縫寬度達(dá)8cm。多榀鋼拱架發(fā)生扭曲變形,且出口段初期支護(hù)及導(dǎo)向墻向大里程方向發(fā)生較大位移,導(dǎo)向墻拱部出現(xiàn)明顯前傾,位移達(dá)40cm。

        2.洞頂山體變形

        洞頂山體出現(xiàn)多條裂縫,裂縫最大寬度達(dá)20cm。

        隧道洞外裂縫走向"""""""""""""""""坡頂裂縫最大寬度

        3.變形前洞內(nèi)各工序的里程位置

        工序里程

        左右線

        二襯里程

        仰拱里程

        下臺階

        掌子面

        上臺階

        掌子面

        備注

        左線

        ZK83+695

        ZK83+740

        ZK83+750

        ZK83+812、

        ZK83+825

        上臺階出口端施工了17.5m

        右線

        YK83+750

        YK83+780

        YK83+795

        YK83+846.4

        上臺階已貫通

        (二)原因分析

        1.內(nèi)在因素

        下仁尕瑪隧道出口段最大埋深46m,地層巖性為下三疊系板巖砂夾巖,板巖中厚層-薄層板狀構(gòu)造,變余泥質(zhì)結(jié)構(gòu),板理發(fā)育,砂巖層理發(fā)育;且出口段坡面頂部有一段成分為碎石土的坡積物松散堆積體。

        由于巖層構(gòu)造破碎,產(chǎn)狀不良,風(fēng)化嚴(yán)重且風(fēng)化深度大(ZK83+815掌子面為強(qiáng)風(fēng)化~全風(fēng)化),巖體軟弱,強(qiáng)度低,加之薄層狀構(gòu)造,層間摩阻力小,這些形成了變形的內(nèi)在因素。

        2.外部誘因

        (1)隧道屬于小凈距隧道,洞身開挖要影響山體自身的穩(wěn)定性。

        (2)出口進(jìn)洞施工,必然要切削原來的坡腳,創(chuàng)造工作面,才能進(jìn)洞施工,這樣也增大了臨空面。

        (3)連日的降雨,導(dǎo)致坡面地層達(dá)到水飽和狀態(tài),增加了圍巖的直接荷載,并誘發(fā)陡峻坡面堆積地層的縱向滑動。

        三、隧道洞口山體滑坡的處置方案比選

        失穩(wěn)發(fā)生后,為預(yù)防裂縫繼續(xù)擴(kuò)大,造成更大的損失和危害,洞外采用隧道棄渣反壓回填,回填高度高于隧道套拱以上1米,洞內(nèi)對有裂縫的拱頂采用200mm*20mm*20mm的方木搭成方木垛,沿隧道縱向凈間距3m,對拱頂進(jìn)行加固,并請行業(yè)內(nèi)專家組現(xiàn)場查勘,經(jīng)專家組商量后,提出三個(gè)方案。

        方案A:削山減載+洞內(nèi)加固方案。對山體進(jìn)行明挖卸載處理,以右線YK83+780點(diǎn)高程(高程2831m)為控制點(diǎn),下挖5m至2826m高程,水平方向自左向右側(cè)按照1:1.5放坡,順接原山體。沿線路方向按照1:1.5的坡度進(jìn)行三級放坡,每級邊坡8m高,中間設(shè)置2m碎落臺。每級邊坡平臺設(shè)置橫向截水溝將左側(cè)山體及開挖面的流水引致山右側(cè)扎油溝內(nèi)。洞內(nèi)則先處理靠扎油溝近側(cè)的右線,處理后再處理左線,洞內(nèi)施工順序:①超前注漿及徑向注漿加固;②逐榀換拱;③換拱9m后,及時(shí)施做下臺階、仰拱,隨后施工二襯;④繼續(xù)逐榀換拱;⑤換拱9m后,及時(shí)施做下臺階、仰拱,隨后施工二襯……。

        方案B:地表注漿+明洞加長+洞內(nèi)加固方案。對山體滑坡段進(jìn)行地表注漿加固,隨后接長明洞,洞頂回填完畢后再處理洞內(nèi)。洞內(nèi)的施工順序同方案A,也是先處理右線再處理左線。

        方案C:明洞加長+洞內(nèi)加固方案。僅對山體表面裂縫進(jìn)行封堵,隨后接長明洞,洞頂回填完畢后再處理洞內(nèi)。洞內(nèi)的施工順序同方案A一樣。

        方案比選:方案A造價(jià)最低,但留下的隱患較大,削山以后造成左線左側(cè)山體臨空面大,對隧洞形成偏壓,日后有不確定的因素存在;方案C造價(jià)其次,但施工洞內(nèi)時(shí)難度較大,因?yàn)榱鸭y已經(jīng)貫通,進(jìn)洞換拱前的超前注漿效果不會太好,給后續(xù)施工留下較大隱患;方案B雖然造價(jià)較高,但可做到預(yù)防為主,防治結(jié)合,為后續(xù)隧道施工創(chuàng)造良好的條件,日后運(yùn)營階段也不會留下后患。經(jīng)過比選后確定選擇方案B。

        四、隧道洞口山體滑坡的處置技術(shù)

        (一)滑坡處置施工

        1.施工準(zhǔn)備

        (1)對隧道出口右線洞頂因裂縫過大,使得脫離母體的外漏巖石進(jìn)行清除。

        (2)對裂縫進(jìn)行灌漿處理,裂縫頂進(jìn)行翻挖夯填粘土或灰土封堵,開挖坑道寬度1m,深度1m,回填要高出原有地面,使雨水不得下滲。

        2.地表注漿加固

        對左、右線暗洞埋深小于15m的山體進(jìn)行地表注漿加固,注漿小導(dǎo)管采用外徑42mm,壁厚4mm的熱扎無縫鋼管,小導(dǎo)管間距按150*150cm梅花狀布設(shè),每排小導(dǎo)管的底標(biāo)高必須達(dá)到設(shè)計(jì)開挖輪廓線,漿液擴(kuò)散半徑按1m計(jì),地表注漿采用水泥漿液。

        (1)小導(dǎo)管結(jié)構(gòu)

        小導(dǎo)管前端加工成錐形,以便插打,并防止?jié){液前沖。小導(dǎo)管中間部位鉆φ10mm的注漿孔,注漿孔呈梅花形布置(防止注漿出現(xiàn)死角),間距為15mm,尾部1m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿,末端焊直徑為6mm的環(huán)形箍筋,以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部開裂,影響注漿管聯(lián)接。

        (2)小導(dǎo)管安裝方法

        在預(yù)定的位置用潛孔鉆機(jī)鉆孔。小導(dǎo)管安設(shè)采用鉆孔打入法,鉆孔直徑比鋼管直徑大3~5mm,帶好絲扣保護(hù)帽,用錘擊或鉆機(jī)頂入,使麻絲柱塞與孔壁充分?jǐn)D壓緊,頂入長度不小于鋼管長度的90%,注漿管的外露長度為30cm,以便連接孔口閥門和管路,并用高壓風(fēng)將鋼管的砂石吹出。安裝完后用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙。頂管時(shí)注意保護(hù)鋼管尾部不被損壞,以便與高壓注漿管連接。

        (3)小導(dǎo)管注漿

        ①漿液的選擇

        漿液采用水泥砂漿,水灰比1:1(重量比),施工時(shí)由試驗(yàn)室選定,使用不低于42.5強(qiáng)度的水泥。小導(dǎo)管注漿施工見圖。"""圖""小導(dǎo)管注漿施工圖

        ②注漿量

        為了獲得良好的固結(jié)效果,必須注入足夠的漿液量,確保有效擴(kuò)散范圍。漿液擴(kuò)散半徑按1m計(jì),并且漿液在地層中均勻擴(kuò)散。

        ③注漿壓力

        注漿壓力為0.5~1MPa,施工中根據(jù)施工現(xiàn)場試驗(yàn)確定較合理的注漿參數(shù)。

        ④注漿注意事項(xiàng)

        注漿前檢查注漿泵、管路及接頭牢固程度,防止?jié){液沖出傷人。

        注漿時(shí)密切監(jiān)視壓力變化,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

        注漿時(shí)注意防止堵管、串漿和跑漿,若發(fā)生堵管、串漿和跑漿要停止注漿,分析原因隨時(shí)解決。做好注漿壓力、注漿量、注漿時(shí)間等各項(xiàng)記錄。

        3.明洞加長

        地表加固完畢后施做明洞,先施工右線明洞,再施工左線明洞,右線明洞延長8米,與左線明洞端頭里程一致,形成整體端墻式洞門。

        4.洞頂回填

        明洞施工完畢后鋪設(shè)復(fù)合防水板,拱腳以上5m范圍內(nèi)采用片石砼回填,5m以上采用普通土回填,當(dāng)填土至拱頂以上1.5m時(shí),填筑0.5m粘土,表面按1:2.5橫坡與原地面順接,縱坡按1:4與原地面順接。

        (二)洞內(nèi)加固施工技術(shù)

        對右線出口明洞回填反壓、地表注漿加固后方可進(jìn)行右線洞內(nèi)處理,右洞洞身錨桿、圍巖注漿加固、換拱及二襯施工完后再進(jìn)行左線洞內(nèi)施工。

        1、洞身自進(jìn)式中空注漿錨桿加固

        為確保施工安全,洞內(nèi)臨時(shí)支護(hù)措施在換拱前不能拆除。在安全的臨時(shí)支撐下,洞內(nèi)右線YK83+805~YK83+840段、左線ZK83+775~ZK83+840段起拱線以上范圍內(nèi)采用6m長R32自進(jìn)式中空注漿錨桿加強(qiáng)處理,間距200cm(縱)x100(環(huán)),每環(huán)設(shè)計(jì)19根。

        2、洞身周圍圍巖注漿加固

        洞內(nèi)右線YK83+805~YK83+845段、左線ZK83+775~ZK83+840段起拱線以上150°范圍內(nèi)采用4m長φ42小導(dǎo)管注漿加固(注漿壓力2Mpa),間距200cm(縱)x75(環(huán)),每環(huán)設(shè)計(jì)小導(dǎo)管22根。使初期支護(hù)面以外3~4m范圍內(nèi)圍巖固結(jié)形成整體受力拱。

        3、逐榀換拱

        二襯緊跟變形段端部、對圍巖注漿加固處理后,再逐榀對侵限及扭曲變形嚴(yán)重的鋼拱架換拱,鋼拱架間距由原設(shè)計(jì)的75cm調(diào)整為50cm。

        4、二襯施工

        為確保安全,在保證前方仰拱、鋼筋及防水板工作距離的前提下,每換拱3m后,及時(shí)施做下臺階、仰拱,二襯長度根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定,施工中每3m埋設(shè)一組監(jiān)控量測點(diǎn),若沉降及收斂在3cm內(nèi),則每9m襯砌一組,超過3cm則考慮適當(dāng)減少每組襯砌長度。二襯后再進(jìn)行后續(xù)換拱工作。

        根據(jù)2013年9月6日右線洞內(nèi)觀察情況,雨水通過裂縫下滲至初期支護(hù)面留出,說明裂縫已貫穿至洞身附近,故對該處需特殊處理,除加密加長小導(dǎo)管注漿外,YK83+816~+834二次襯砌增設(shè)I20a型鋼拱架,縱向間距75cm。

        本隧道的處置從2013年10月份開始,因所處地區(qū)冬天寒冷,至2013年12月底完成右線洞內(nèi)的處理,隨后進(jìn)行冬休。2014年4月開始處理左線洞內(nèi),截止6月底,全部完成所有開裂段的換拱、開挖、仰拱及二襯,沒有出現(xiàn)新的事故和危害。

        結(jié)語

        綜上,通過對下仁尕瑪隧道洞口滑坡的形成機(jī)理及處置措施分析得知,在隧道設(shè)計(jì)選線時(shí)盡量避免線路穿過滑坡地段,實(shí)在無法避開滑坡地段時(shí),可由專業(yè)地質(zhì)人員對洞口處地質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià),并對滑坡體內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查、鉆探并分析以確保施工時(shí)的安全,治理公路隧道滑坡應(yīng)與隧道建設(shè)特別是隧道洞口建設(shè)結(jié)合起來,不應(yīng)只作為單一的滑坡處理。隧道失穩(wěn)后未填土反壓前圖片""""""""""隧道失穩(wěn)后回填土結(jié)束后圖片

        隧道處置完畢后圖片

        參考文獻(xiàn):

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        [2]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[M].北京:中國水電出版社,2005.

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