蔣 銳, 焦振華

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 咸陽 712000)

引漢濟(jì)渭二期工程某隧洞0+200塌方原因分析

蔣 銳, 焦振華

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院,陜西 咸陽 712000)

引漢濟(jì)渭二期工程某隧洞出現(xiàn)塌方現(xiàn)象,施工單位對塌方段能否處理和后續(xù)隧洞能否繼續(xù)開挖提出異議,分析塌方現(xiàn)象、塌方段洞室附近地質(zhì)條件及塌方原因,得出對塌方工程處理是可行的,后續(xù)隧洞加強(qiáng)支護(hù)是可以成洞的結(jié)論。

隧洞;塌方;原因分析

引漢濟(jì)渭二期工程是陜西省引漢濟(jì)渭工程的重要組成部分,肩負(fù)著將一期工程調(diào)來的漢江水輸送至關(guān)中地區(qū)各供水對象的功能,供水受益人口1 411萬人,規(guī)劃線路總長330.77 km,靜態(tài)總投資197億元。

某隧洞位于引漢濟(jì)渭二期工程黃池溝—西安段重點(diǎn)線路上,現(xiàn)為地質(zhì)勘探試驗(yàn)洞,后期擬利用作為施工支洞使用。隧洞采用城門洞型,洞高7.2 m,寬9.2 m,全長688.2 m,進(jìn)口底板高程543.27 m,末端底板高程508.37 m,設(shè)計縱坡4.36%～5.75%。

1 隧洞地質(zhì)概況

隧洞地處秦嶺北麓的馬岔溝附近,地形南高北低,最大埋深310 m。隧洞進(jìn)口段為第四系松散堆積層,基巖洞段為下元古界寬坪組(Pt1k)的二云石英片巖。

根據(jù)前期勘察資料,洞室圍巖分類及力學(xué)參數(shù)建議如表1所示。

表1 洞室圍巖分類及力學(xué)參數(shù)建議值表

隧洞地下水類型為基巖裂隙水,受大氣降水補(bǔ)給,由南向北排泄,地下水位大部分高于設(shè)計洞頂,地下水對砼及鋼結(jié)構(gòu)均無腐蝕性。

勘察階段預(yù)測隧洞全洞正常涌水量為513 m3/d,最大涌水量為1 026 m3/d,單位洞段正常涌水量0.68 m3/d·m。預(yù)測隧洞在穿越斷層帶或?qū)挻罅严稌r可能產(chǎn)生涌水或突泥現(xiàn)象,具有產(chǎn)生中等涌水及突泥的可能,對工程施工安全有影響。

2 塌方情況

該樁號附近隧洞埋深約67 m,隧洞巖石較為破碎,施工單位采取機(jī)械掘進(jìn)法進(jìn)行開挖,當(dāng)施工至K0+200位置時掌子面底部左中右出現(xiàn)三道股狀水,頂部兩道股狀水,隨即出現(xiàn)塌方,塌方范圍為K0+197～K0+202。此次塌方造成前面洞段支護(hù)的鋼拱架縱向有5根上部彎曲變形,右側(cè)基礎(chǔ)位移,塌方的現(xiàn)場情況如照片1所示。

根據(jù)現(xiàn)場查勘,塌方主要發(fā)生于洞軸線右側(cè)的洞頂及右壁,詳細(xì)塌方情況如下:中軸線左側(cè)1.0 m至右側(cè)的洞頂,洞室右壁,洞頂塌落高度0.5～5.5 m,總體塌落方量約100 m3。

照片1 塌方現(xiàn)場情況Photo 1 Collapse spot

3 塌方附近洞段的地質(zhì)條件

根據(jù)施工地質(zhì)編錄情況,塌方段附近洞段的地質(zhì)條件如下:

(1) 巖性:樁號K0+194～K0+202段巖性為二云石英片巖,灰黑色,強(qiáng)風(fēng)化,巖層產(chǎn)狀168°～170°∠10°～12°,巖體呈散體狀,局部為碎裂狀。

(2) 構(gòu)造:樁號K0+194掌子面發(fā)育一條斷層f3,左側(cè)出露于底板以上2.70 m(照片2),右側(cè)出露于底板以上1.50 m(照片3)。斷層在掌子面出露的位置如圖1所示。

該斷層產(chǎn)狀30°～35°∠45°,破碎帶寬0.6 ～2.0 m,充填物以巖屑、碎石、塊石及斷層泥為主,松散結(jié)構(gòu),飽和狀。

照片2 K0+194掌子面左側(cè)斷層出露Photo 2 Left fault outcrop in K0+194 tunnel face

照片3 K0+194掌子面右側(cè)斷層出露Photo 3 Right fault outcrop in K0+194 tunnel face

斷層在樁號K0+197掌子面左側(cè)出露于底板以上4.0 m、右側(cè)2.8 m高。破碎帶寬度2.5 m左右,其中斷層泥寬約50 cm,松散結(jié)構(gòu),飽和狀,斷層在掌子面出露的位置如圖2所示。

(3) 地下水:樁號K0+194掌子面底板有明水流出,左側(cè)底板流量Q≈3～4 L/min,右側(cè)底板流量Q≈0.3～0.5 L/min;樁號K0+197掌子面左側(cè)底板2.0 m以上至拱角有涌水,初期流量Q≈45～50 L/min,后期逐漸減小至Q≈3～5 L/min并趨于穩(wěn)定(照片4)。根據(jù)涌水位置及斷層f3的展布分析,該段洞室的涌水點(diǎn)均出露于斷層帶附近。

圖1 K0+194掌子面斷層出露位置Fig.1 Fault exposure site of K0+194 tunnel face1.云母石英片巖;2.斷層及破碎帶。

圖2 K0+197掌子面斷層出露位置Fig.2 Fault exposure site of K0+197 tunnel face1.云母石英片巖;2.斷層及破碎帶。

4 塌方原因的地質(zhì)分析

根據(jù)塌方段洞室的工程地質(zhì)條件,分析認(rèn)為產(chǎn)生本次塌方的地質(zhì)不利因素主要集中在圍巖類別、斷裂構(gòu)造、地下水及支護(hù)基礎(chǔ)四個方面,分述如下:

(1) 圍巖類別:根據(jù)開挖揭示,塌方洞段圍巖為強(qiáng)風(fēng)化的云母石英片巖,巖體呈散體—碎裂狀,洞室圍巖類別為Ⅴ類。該類圍巖極不穩(wěn)定,圍巖不能自穩(wěn),變形破壞嚴(yán)重[1]。

照片4 K0+197掌子面左側(cè)涌水位置Photo 4 Left water gushing position in K0+197 tunnel face

(2) 斷裂構(gòu)造:根據(jù)斷層f3在樁號K0+194及K0+197掌子面出露位置,斷層破碎帶寬度及斷層產(chǎn)狀,將斷層繪制于隧洞地質(zhì)縱剖面上(圖3)。

采集隧洞及斷層的空間坐標(biāo)位置,利用GOCAD軟件建立了隧洞與斷裂的空間關(guān)系(圖4)。

圖3 斷層f3在隧洞縱剖面的分布Fig.3 Distribution of fault f3 in longitudinal section of tunnel

由圖3及圖4可知在樁號K0+200處洞頂位于斷層f3的下盤附近,斷層破碎帶極為破碎,不能自穩(wěn),周圍的洞室?guī)r體在斷裂構(gòu)造作用下更加容易失穩(wěn)塌落。

(3) 地下水:根據(jù)前述,斷層帶存在涌水現(xiàn)象,涌水軟化了洞室圍巖,造成巖體強(qiáng)度降低,更加劇了巖體的失穩(wěn)。

(4) 支護(hù)基礎(chǔ):根據(jù)現(xiàn)場了解,施工支護(hù)的鋼拱架基礎(chǔ)未進(jìn)行加固處理,直接置于開挖巖體上,也未利用工字鋼連接成整體,施工過程排水不及時,鋼拱架基礎(chǔ)長期被水浸泡,強(qiáng)風(fēng)化的二云母石英片巖軟化系數(shù)小,基礎(chǔ)受水浸泡軟化變形,從而破壞了鋼拱架的整體結(jié)構(gòu)。

圖4 斷層f3與隧洞空間關(guān)系Fig.4 Spatial relationship of fault f3 and tunnel

在不利因素(1)、(2)、(3)的共同作用下,洞室圍巖存在失穩(wěn)坍塌傾向,受不利因素(4)的影響,鋼拱架未能對拱頂失穩(wěn)巖體形成支撐,最終產(chǎn)生了本次塌方現(xiàn)象。

5 結(jié)語

(1) 本次塌方的主要控制性因素是斷層f3,塌方范圍受斷裂控制,塌方規(guī)模不會太大,對塌方進(jìn)行工程處理是可行的。

(2) 隨著隧洞深入,遠(yuǎn)離了斷層f3的破碎帶及影響帶,在嚴(yán)格按照設(shè)計工藝施工的情況下,隧洞是可以繼續(xù)掘進(jìn)的。

(3) 后續(xù)洞段在施工開挖時應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施,如小導(dǎo)管注漿,及時跟進(jìn)支護(hù)。

(4) 后續(xù)洞段應(yīng)加強(qiáng)排水措施,采取開挖集水井等措施,避免掌子面附近處于浸水飽和狀態(tài)。

(5) 后續(xù)洞段應(yīng)加強(qiáng)碎裂巖體段鋼支護(hù)基礎(chǔ)的處理。

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:GB50487—2008[S].北京:中國計劃出版社,2008.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Landslide Cause Analysis of the K0+200 Area in a Tunnel ofHanjiang River to the Weihe River Project Ⅱ

JIANG Rui, JIAO Zhenhua

(ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign,Xianyang,Shaanxi712000)

One tunnel of Hanjiang River to the Weihe River Project Phase II occurred landslide,so construction unit questioned whether the collapse section can be treated and follow-up of the tunnel can continue to be dug or not. Based on the consideration of collapse and the geological conditions of the collapse area,this article analyses the causes of landslides.Therefore,it obtains the conclusion that the treatment of landslide area can be carried out. So,the tunnel can continue to be dug through the method of strengthening the support and protection.

tunnel; landslide; cause analysis

2016-04-29;改回日期:2016-05-09

蔣銳(1986-),男,工程師,地質(zhì)工程專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)勘察與研究工作。E-mail:158001024@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)03-0480-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.054

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.014.html 數(shù)字出版日期:2016-05-11 15:36