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        姜屯隧道淺埋段冒頂原因分析及處治對策

        2017-07-05 09:45:00邱朝欽南平市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站南平353000
        福建交通科技 2017年3期
        關(guān)鍵詞:圍巖施工

        邱朝欽(南平市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站,南平353000)

        姜屯隧道淺埋段冒頂原因分析及處治對策

        邱朝欽
        (南平市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督站,南平353000)

        在淺埋或不良地質(zhì)段隧道洞身冒頂坍塌是施工中常見的一種現(xiàn)象,本文以政和環(huán)城路縱七線姜屯隧道左洞進口淺埋段冒頂坍塌事故為例,分析了隧道發(fā)生冒頂?shù)脑?,并提出相?yīng)的處治方案,實踐證明,采取的處治措施是可行的。

        隧道施工冒頂處治措施

        1 前言

        南平市地處山嶺重丘區(qū),具有南方典型的“八山一水一分田”特征。近年來隨著國家及地方經(jīng)濟的高速發(fā)展,原有的交通設(shè)施已無法滿足交通量增長的需求,根據(jù)規(guī)劃要求,及受地形、水文、地質(zhì)等條件限制,或為提高土地利用率和保護自然環(huán)境,在普通公路建設(shè)中出現(xiàn)了越來越多的隧道工程,由于隧道施工都在山體內(nèi)進行,二襯之前均屬于隱蔽工程,施工過程中因各項技術(shù)控制不嚴、操作不當及水文地質(zhì)條件等影響,特別是在淺埋或不良地質(zhì)段極容易出現(xiàn)冒頂坍塌事故。

        2 工程概況

        政和環(huán)城路縱七線姜屯隧道為二級公路分離式隧道,起迄樁號為左洞ZK21+698~ZK22+665,右洞YK21+ 698~YK22+680,左洞長967m,右洞長982m,屬中隧道。左洞進口成洞面樁號為ZK21+703,位于曲線段,平曲線半徑為510m,右洞進口成洞面樁號為YK21+703,位于曲線段,平曲線半徑為480m。左洞進口ZK21+703~ZK21+ 743段支護方式為:采用F1(a)型大管棚超前支護(長40m),鋼支撐采用I20b型工鋼,間距0.7m,每榀之間采用Φ25縱向聯(lián)接筋交錯連接,環(huán)向間距1m。系統(tǒng)錨桿采用Φ25中空注漿錨桿,長3.5m,間距為1m×1m梅花型布置。初支為28cm厚C25噴射砼+掛雙層鋼筋網(wǎng)。二次襯砌為拱墻45cm厚C30防水鋼筋砼,仰拱為28cm厚C25噴射砼+45cm厚C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

        姜屯隧道左洞進口按設(shè)計CD法開挖,先進行左側(cè)上導坑開挖、支護及臨時仰拱施工,每一循環(huán)進尺70cm,即一榀鋼拱架。2016年11月30日左洞左側(cè)上導坑施工至ZK21+731,上午9點30分現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)中隔壁噴射砼出現(xiàn)掉塊,左側(cè)拱部掌子面出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象,10點03分中隔壁臨時支護從外至里發(fā)生坍塌,隨即整個隧道左洞進口段發(fā)生坍塌冒頂,坍塌面至ZK21+740左右,如圖1所示。

        圖1 姜屯隧道左洞進口坍塌冒頂照片

        3 工程地質(zhì)條件

        隧道進口段自然山體坡度20~30°,圍巖為軟-可塑狀坡積粉質(zhì)粘土及全-碎塊狀強風化變質(zhì)粉砂巖,局部見花崗斑巖侵入。左洞進口見軟塑狀坡積粘土分布,厚度約為4.5m,洞頂圍巖厚度不足,易坍塌,進洞難度較大。未發(fā)現(xiàn)有大型滑坡、崩塌及泥石流、巖溶、采空區(qū)等不良地質(zhì)作用,坡體整體穩(wěn)定。隧道開挖后,左右洞口邊坡高約16~24m,坡體土層主要為坡積土、強風化巖,結(jié)構(gòu)較松散,開挖后穩(wěn)定性較差。左洞洞口見軟塑狀坡積粘土分布,開挖后穩(wěn)定性較差,易失穩(wěn)破壞,且洞頂圍巖厚度不足,不利于隧道開挖。

        本隧道進口淺埋段較長,且有沖溝發(fā)育,雨季時,地表水匯聚沖溝入滲補給地下水,對隧道圍巖穩(wěn)定性影響較大。隧道左洞進口順沖溝展布,強降雨期間,沖溝地表水水流量較大,易對洞口邊仰坡、洞門及路基產(chǎn)生沖刷、浸泡作用,影響洞門及洞口邊坡的穩(wěn)定性和安全。

        隧道位于當?shù)厍治g基準面之上,山坡坡體陡峭,有地表水系經(jīng)過。未見規(guī)模較大、透水性較好的斷裂構(gòu)造發(fā)育。隧道區(qū)地表水主要分布于進出口及中部低洼地段的山間小溪中,常年有水,主要接受大氣降水的補給,受季節(jié)性影響變化較大。地下水主要為風化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水、基巖風化裂隙水及構(gòu)造裂隙水??紫读严端x存于第四紀殘坡積層底部及基巖風化帶;基巖裂隙水受構(gòu)造發(fā)育情況控制,一般地區(qū)其富水性及導水性弱;構(gòu)造裂隙水主要存在于巖性接觸帶節(jié)理裂隙密集帶,其富水性、導水性較好,主要接受大氣降水及地下水側(cè)向補給,水量變幅較大。

        4 隧道冒頂原因分析

        隧道施工中造成冒頂坍塌的原因有地質(zhì)因素和人為因素。經(jīng)現(xiàn)場勘察和分析,本隧道冒頂坍塌主要為地質(zhì)因素,其次也存在部分的人為因素,即施工中存在不規(guī)范現(xiàn)象。

        (1)地質(zhì)情況:根據(jù)設(shè)計文件,姜屯隧道左洞進口段自然山體坡度20~30°,圍巖類別為Ⅴ級,長度62m,洞頂圍巖主要為軟-可塑狀坡積粉質(zhì)粘土及全-碎塊狀強風化變質(zhì)粉砂巖,洞壁圍巖主要為全-強風化變質(zhì)粉砂巖,局部見花崗斑巖侵入,圍巖呈碎、裂狀松散結(jié)構(gòu),自穩(wěn)能力極差、易坍塌。根據(jù)地質(zhì)預報成果,K21+735前后可能夾雜有破碎巖體,含水量大,整體穩(wěn)定性差,地質(zhì)雷達圖像如圖2。

        (2)左洞進口段為淺埋、山凹匯水地段,地下淺表水發(fā)育,地面植被為毛竹為主;洞口原地貌表層為多年沖積而成的坡積粘土,易吸水、滲水,自穩(wěn)性能差。與往年同期相比,2016年雨水異常多,11月20日至30日連續(xù)降雨,地表下土體含水量飽和,土壓力增大造成土體失穩(wěn)。

        (3)經(jīng)勘察發(fā)現(xiàn)左洞施工中亦存在不規(guī)范行為,如山凹處淺表水未進行有效引排、大管棚注漿效果不理想達不到設(shè)計要求、上下導坑步距過大,CD法施工工藝沒有嚴格執(zhí)行。

        圖2 姜屯隧道左洞進口雷達波圖

        5 處治對策

        針對隧道冒頂原因,并結(jié)合規(guī)范要求,提出處治方案如下:

        (1)做好現(xiàn)場應(yīng)急處理,及時在塌方冒頂?shù)乇淼乃又車钤O(shè)雨棚、做好截水溝,并完善防排水系統(tǒng),防止地表水或雨水流入塌坑體內(nèi)。觀察地表是否出現(xiàn)裂縫若存在裂縫則對其注水泥漿封閉,防止雨水滲入,影響洞身穩(wěn)定。

        (2)根據(jù)現(xiàn)場塌陷情況及實測斷面資料,成洞面樁號由ZK21+698向大樁號方向移動17m至ZK21+715。

        (3)加強右洞洞室和左洞邊仰坡監(jiān)控量測,開挖臨時邊坡時,應(yīng)確保右洞洞身的穩(wěn)定;施工中若右洞洞室或左洞邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常,應(yīng)立即停止邊坡開挖,及時反饋并加固。

        (4)臨時邊仰坡應(yīng)采用邊開挖邊支護,每開挖高度lm,支護lm,至樁號ZK21+712后,清理塌腔后緣5m(ZK21+735)范圍內(nèi)的塌方體及地表松土、雜物至原地層(清理過程中確保邊坡安全),再回填5%水泥穩(wěn)定土(ZK21+712-ZK21+715回填至設(shè)計高,ZK21+715往大樁號方向回填至原地面線),壓實系數(shù)不小于94%?;靥铙w表面不得存在凹體,確?;靥铙w排水順暢。

        (5)成洞面采用留核心土開挖,套拱基礎(chǔ)采用挖槽方式,保證邊坡穩(wěn)定。

        (6)成洞面邊仰坡臨時加固到位后,開始施作套拱,套拱長4m,然后進行管棚注漿,套拱的基礎(chǔ)承載力不小于0.3MPa。

        (7)管棚注漿到位后,施作明洞,明洞厚度采用75cm,必要時對掌子面噴射15cmC20混凝土進行封閉,確保掌子面穩(wěn)定,明洞的基礎(chǔ)承載力不小于0.25MPa。

        (8)明洞施工到位后,明洞洞頂回填至設(shè)計高。

        (9)繼續(xù)掘進要求采用單側(cè)壁上下臺階法開挖(CD法),開挖的過程中要特別注意施工安全,要求短進尺、及時支護并盡早成環(huán),塌方段的初支采用ZDK-1支護類型要求施工,且嚴格按照設(shè)計圖紙進行施作。

        (10)洞門墻砌筑及仰坡開挖應(yīng)在洞口段二次襯砌完成20m后進行,洞門墻高12m,厚2.5m。

        6 結(jié)論

        (1)根據(jù)設(shè)計文件及地質(zhì)預報成果,姜屯隧道左洞進口段地形、地質(zhì)條件差,圍巖自穩(wěn)能力極差、易坍塌,是本次事故的主要原因。

        (2)事故前連日降雨,隧道土體含水飽和,土壓力增大,土體自穩(wěn)能力減弱,且施工不規(guī)范加劇了雨水對隧道土體的影響,是本次事故的誘因。

        (3)隧道處治過程進展順利,變形監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定,實踐證明,隧道所采用的處治方案合理,為工程的順利推進奠定了基礎(chǔ)。

        圖3 姜屯隧道左洞進口成洞立面圖

        [1]黎薦.高速公路隧道淺埋段特大塌方的綜合處治技術(shù)[J].地下空間與工程學報,2008,4(3)∶591-594.

        [2]吳偉國,姜鵬,彭締,等.隧道淺埋段塌方原因分析及處理措施[J].湖南交通科技,2013,39(1)84-86.

        [3]JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

        [4]JTG F60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

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