陸海春(百色市交通運(yùn)輸局公路管理處,廣西百色533000)
關(guān)于鳳山至凌云二級公路(凌云段)三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置分析
陸海春(百色市交通運(yùn)輸局公路管理處,廣西百色533000)
隧道施工過程中,圍巖的穩(wěn)定性是十分重要的。在本文中,筆者結(jié)合鳳山至凌云二級公路(凌云段)工程三臺坡隧道施工掌子面坍塌的處置工程進(jìn)行深入分析,為類似工程提供參考。
隧道;坍塌;處置;技術(shù)措施
鳳山至凌云二級公路 (凌云段)工程三臺坡隧道全長204m,起止里程K36+065.948~K36+269.948,隧道凈高5m,凈寬9m,縱坡采用單向坡-1.9%,平面曲線半徑為R=450/R= 600,曲線長度L=121.227/L=86.773,隧道施工采用復(fù)合襯砌,洞口形式采用端墻式。
三臺坡隧道地處山丘地貌,由土山(砂巖和頁巖)和石山(石灰?guī)r喀斯特地形)兩類組成。地貌溝谷發(fā)育伴隨沖洪積相地形且陡峭。圍巖為硬塑狀紅粘土及中風(fēng)化石灰?guī)r。紅粘土呈褐色、褐黃色,濕,硬塑,刀切面光滑,搖振無反應(yīng),韌性高,干強(qiáng)度高。中風(fēng)化石灰?guī)r:灰白色,灰色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀為主。下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖,物探顯示基巖面起伏:全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖;強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,紫紅色,節(jié)理裂隙發(fā)育,可見鐵質(zhì)浸染,斷面不新鮮,巖心破碎,呈碎塊狀、塊狀。地下水主要以巖溶水、基巖裂隙水為主,孔隙水次之,水質(zhì)化學(xué)類型單一,屬重碳酸鈣型水,礦化度一般小于200g/m3;基巖裂隙水主要儲存在全-強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化基巖的裂隙中,水量較貧;地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水,氣侯影響特征明顯。
2015年5月8日下午,接到施工單位報(bào)告,由于5月4日至5月6日連日下雨,特別是5月6日夜間大暴雨。5月7日早上9:40三臺坡隧道出口方向掌子面 (掌子面里程K36+ 103)有小塊土石掉落,隨后持續(xù)掉塊到5月8日凌晨5:45洞頂坍塌,拱頂通天。掌子面往前(進(jìn)口未開挖方向)和往后(已初支20#工字鋼拱架)都有坍塌,塌方破壞了2榀拱架,其中1榀拱架報(bào)廢,一榀下彎。超前小導(dǎo)管全部下壓彎曲報(bào)廢。
塌方掉下的都是孤石和泥土。孤石體積較大,泥土含水量達(dá)到飽和。塌方形成一個(gè)洞內(nèi)長7~8m,寬8~10m,高7m左右的露天空腔,空腔邊墻上的泥土還在往外滲水。塌方表露圍巖為:左側(cè)為一個(gè)狹長型的溶洞,長約11~15m,寬為1~4m;右側(cè)為泥土夾大塊孤石。
圖1
現(xiàn)就施工單位針對坍塌提出的處置方案如下:
(1)在地表塌方體周圍開挖排水溝,引流地表雨水,地表作業(yè)應(yīng)注意作業(yè)人員安全,防止發(fā)生二次事故。①截水溝或地表注漿等作業(yè)均應(yīng)離開松動或發(fā)生裂縫的土體范圍并留有安全距離;②作業(yè)人員需綁安全帶;③需派員專門觀察地面及塌腔變化等。
(2)在塌方體上方地面支設(shè)雨布,隔絕雨水,防止雨水再次造成地質(zhì)災(zāi)害。
(3)在洞內(nèi)沿塌腔周邊并距離周邊2~5m打設(shè)鎖口錨桿,防止塌腔繼續(xù)蔓延擴(kuò)大。若施工方便,也可在地表松動及開裂的土體范圍之外打設(shè)地表豎向鎖口錨桿。
(4)對掌子面及塌落體采取噴漿或壓麻袋或漿砌護(hù)墻等臨時(shí)穩(wěn)固措施。在塌腔不穩(wěn)定的情況下,嚴(yán)禁在塌腔內(nèi)作業(yè)。
(5)右側(cè)塌方體是泥土,打設(shè)有孔的排水鋼管,將泥土中水分排出。
(6)架立20#工字鋼架,間距40~50cm,加密連接鋼筋,加強(qiáng)鎖腳錨桿,加強(qiáng)整體性。
(7)在拱架初支后面回填噴射混凝土1.5m厚。
(8)盡早開展隧道二襯施工,待此處二襯完成后隨明洞回填余下空腔(包括未冒頂?shù)娜芏淳杌靥睿?/p>
(9)建議按施工圖設(shè)計(jì)方案從隧道進(jìn)口(K36+065.948)架設(shè)管棚施工,按V級加強(qiáng)方式施工余下工程量,并注意貫通段的施工安全。
隧道幾個(gè)溶洞的施工處理情況:
(1)K36+103處拱頂坍塌通天,塌方形成一個(gè)長5.7m,寬6.3m,高7m左右的露天空腔。洞頂通天的處理采用C25噴射混泥土工藝,噴射厚度為1.5m。
(2)K36+226.483~K36+229.083段,隧道拱腰及拱頂處發(fā)現(xiàn)溶洞,極易導(dǎo)致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故,對該處進(jìn)行注漿處理,利用φ200PVC管作為引水管。
(3)K36+255.3~K36+260.3段,拱腰及拱頂圍巖依然是堆積巖,極易導(dǎo)致左邊墻和拱頂滑落坍塌事故,對該處進(jìn)行加掛鋼筋和注漿處理。
圖2
(4)K36+169~K36+173處右側(cè)溶洞:長4m、寬2m、高2.5m,空腔采用M7.5漿砌片石填充,并預(yù)留排水管。
在隧道工程日常的施工過程中,應(yīng)當(dāng)盡可能做到以護(hù)為主,寧強(qiáng)勿弱,步步為營,穩(wěn)中求快,嚴(yán)格貫徹“管超前,少擾動,早噴錨,強(qiáng)支護(hù),緊封閉,勤測量”的施工原則。從源頭上預(yù)防坍塌事故的發(fā)生,應(yīng)當(dāng)采用以下的技術(shù)措施:
(1)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拱部開挖,不得超挖,嚴(yán)格控制進(jìn)尺,沿兩側(cè)交錯進(jìn)行下部開挖,不良地質(zhì)每次1榀,懸空長度小于2榀拱架,開挖結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行接腿;每次小于4榀,并要及時(shí)封閉。
(2)在拱腳、墻角初預(yù)留30cm用于人工開挖,嚴(yán)禁超挖或機(jī)器代挖;嚴(yán)禁水浸泡拱腳、墻角;及時(shí)引出風(fēng)鉆產(chǎn)生的水;打炮眼時(shí)盡量保持水平,用大石塊填實(shí)超挖部分,不可用虛碴進(jìn)行回填。
(3)在圍巖較差地段留核心土,確保其大小和長度符合要求,支護(hù)面積大于掌子面的1/2,絕不能挖掉太多核心土(原因是核心土對掌子面起到了支護(hù)作用,如果挖掉太多,將會導(dǎo)致支護(hù)不足而造成坍方)。
(4)在超前小導(dǎo)管施作時(shí),應(yīng)確保相鄰2排小導(dǎo)管的搭接長度大于1.5m,主要目的是為了防止因超前小導(dǎo)管長度不夠,超前小導(dǎo)管在放炮后懸空,進(jìn)而失去原本的作用;超前小導(dǎo)管的間距也要得到保證,如果需要加密,就應(yīng)設(shè)計(jì)加密方案,并進(jìn)行加密。
(5)拱架間距要保證,不可隨意放大,連接筋與拱架焊接要牢固,用混凝土噴滿回填超挖和坍塌部分,不得在拱架背后填塞其他物質(zhì)或留有空洞,避免出現(xiàn)安全隱患。
(6)采用“新奧法”原則,加強(qiáng)側(cè)壁的錨固,關(guān)注隧道側(cè)壁的穩(wěn)定性;保證約3m厚拱頂加固圈,關(guān)注拱部60°范圍的注漿與錨桿打設(shè),形成平衡應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)。
(7)隧道周圍如果形成塑性滑移楔體,就會導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。根據(jù)圍巖完整性、隧道埋深、自穩(wěn)性、水文地質(zhì)特征,按照拱頂上覆蓋層6~8m負(fù)重做好設(shè)計(jì),重點(diǎn)考慮安全與穩(wěn)定性。通過錨桿與圍巖由鋼筋網(wǎng)、鋼架、噴射混凝土形成組合拱,使承載環(huán)提供的支護(hù)阻力與塑性滑移楔體之滑移力處于平衡狀態(tài),避免支護(hù)結(jié)構(gòu)的剪力破壞;確保支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖粘貼緊密,不存在空洞現(xiàn)象。
(8)堅(jiān)持執(zhí)行隧道施工“兩堅(jiān)持”原則。確保隧道作業(yè)人員的安全,并可以及時(shí)的采取措施,避免隧道坍塌的出現(xiàn)。①堅(jiān)持地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。利用工程超前預(yù)報(bào)資料,做好預(yù)測工作,對于發(fā)現(xiàn)的不良工程地質(zhì)狀況,制定可行的施工方案,嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工。采取綜合手段,采用地質(zhì)雷達(dá)、TSP、超前鉆孔等方法,進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào),并指導(dǎo)現(xiàn)場施工。②堅(jiān)持開展圍巖監(jiān)控量測工作。圍巖應(yīng)力釋放導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的發(fā)生,圍巖應(yīng)力釋放是一個(gè)過程,雖然無法預(yù)測,但可以爭取時(shí)間進(jìn)行逃生與撤離。因此,隧道施工最重要的安全管理工作就是做好圍巖監(jiān)控量測,施工單位應(yīng)高度重視,針對不良地質(zhì)地段,每一榀鋼架進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)控,當(dāng)需要開挖12h以內(nèi)時(shí),下一循環(huán)開挖前都要進(jìn)行初測,按照量測管理基準(zhǔn)做好測量管理工作。
(9)堅(jiān)持貫徹落實(shí)隧道施工安全步距紅線管理,強(qiáng)調(diào)開挖方法與圍巖相匹配。軟弱圍巖及不良地質(zhì)隧道初支封閉到掌子面不得大于35m;仰拱到掌子面:Ⅳ級圍巖不得大于50m,Ⅴ級圍巖不得大于40m;二襯到掌子面:Ⅳ級圍巖不得大于90m,Ⅴ、Ⅵ級圍巖不得大于70m。臺階法施工:上臺階每循環(huán)開挖進(jìn)尺Ⅳ級圍巖不得大于2榀鋼架間距;Ⅴ、Ⅵ級圍巖不應(yīng)大于1榀鋼架間距;邊墻每循環(huán)開挖支護(hù)進(jìn)尺不得大于2榀;仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿,每循環(huán)開挖進(jìn)尺不得大于3m。強(qiáng)調(diào)開挖方法與圍巖相匹配,嚴(yán)禁左右對稱開挖、掏底開挖和拉槽開挖,造成鋼架對稱懸空。
(10)做好隧底隱伏巖溶探查工作。認(rèn)識巖溶產(chǎn)生及發(fā)育的條件是做好隧底隱伏巖溶探查工作的基礎(chǔ)。巖溶產(chǎn)生及發(fā)育條件:巖體為可溶巖;具有流動性的水;水中富氧或與大氣連通?;?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、頁巖、泥巖都具有可溶性,稱為可溶巖??扇軒r地段,若圍巖滲泄水由地表水補(bǔ)給、徑流、排泄造成,則無論設(shè)計(jì)是否要求進(jìn)行隧底隱伏巖溶探查,現(xiàn)場都應(yīng)開展隧底隱伏巖溶探查工作。
(11)做好隧道掌子面穩(wěn)定工作,具體的措施有三種,分別是:掌子面錨噴、超前預(yù)支護(hù)、預(yù)留核心土,在施工中,應(yīng)根據(jù)施工的具體情況,選擇最優(yōu)的調(diào)整措施,由于核心土的存在影響,預(yù)留核心土的大小應(yīng)滿足系統(tǒng)錨桿作業(yè)要求,掌子面的臨空面的穩(wěn)定可以采取錨噴措施處理。
(12)做好隧道坍塌的安全培訓(xùn)。隧道施工安全基本常識:掌子面與2~3B部位最容易發(fā)生坍塌,因此需要特別關(guān)注,圍巖突然掉塊,掉塊粒徑加大、頻率加大,表示有坍塌的風(fēng)險(xiǎn);出水突然發(fā)生,且水量大,水質(zhì)渾濁,出水呈噴射狀,時(shí)斷時(shí)續(xù)出水,有坍塌及突水、突泥的風(fēng)險(xiǎn);支護(hù)突然開裂,或者是在原裂縫上發(fā)展,也表示有坍塌的風(fēng)險(xiǎn);有濕度變化,說明可能會發(fā)生突泥、突水;突然有風(fēng)有已坍塌且坍塌發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn);有異常聲響,說明支撐承載正在破壞。
(13)做好隧道坍塌預(yù)防管理工作。施工中專職人員對圍巖變形情況進(jìn)行觀察,做好綜合判別,及早發(fā)現(xiàn)問題,采取相應(yīng)措施:①按照位移速率進(jìn)行判斷:速率小于0.2mm/d時(shí),圍巖基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);速率變化在0.2~1.0mm/d時(shí),應(yīng)加強(qiáng)觀測,做好加固的準(zhǔn)備;速率大于1mm/d時(shí),圍巖處于急劇變形狀態(tài),應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù);②按照位移速率變化趨勢進(jìn)行判斷:當(dāng)圍巖位移速率變化保持不變時(shí),圍巖還不是很不穩(wěn)定,需要加強(qiáng)支護(hù);當(dāng)圍巖位移速率不斷下降時(shí),圍巖處于穩(wěn)定的狀態(tài);當(dāng)圍巖位移速率變化上升時(shí),說明圍巖處于危險(xiǎn)的狀態(tài),須立即停止掘進(jìn),并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。
為做好隧道坍塌預(yù)防管理工作,儲備好坍塌預(yù)防應(yīng)急物資,明確應(yīng)急反應(yīng)區(qū)段,進(jìn)行坍塌應(yīng)急演練。當(dāng)5≤V<2或95<L≤100時(shí),從V=5或L=95的里程到圍巖形變相對較大的里程,逐步推進(jìn)方式實(shí)施隧道應(yīng)急處理措施,采取逐步加固,這個(gè)反應(yīng)區(qū)段就是最佳應(yīng)急反應(yīng)部位;當(dāng)V從5發(fā)展到20以及L從95發(fā)展到100,這個(gè)形變過程的時(shí)間段就是最佳應(yīng)急反應(yīng)時(shí)機(jī)。如果可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急反應(yīng)區(qū)段,便可以采取應(yīng)急措施,即使不能預(yù)防隧道坍塌的發(fā)生,也可以降低隧道坍塌程度與損失。
參照實(shí)例中的應(yīng)急處理措施做好隧道坍塌的應(yīng)急物資儲備工作,確??梢钥焖傩纬蓱?yīng)急反應(yīng)區(qū)段3~5m范圍臨時(shí)套拱鋼架、4.8m×6m的方格鋼架,臨時(shí)橫撐及φ280mm鋼管斜撐、縱橫向間距@0.6m×1.0m。
做好隧道坍塌應(yīng)急演練的開展工作,與隧道施工安全常識培訓(xùn)工作相結(jié)合,提高現(xiàn)場施工人員的逃生意識與急救常識,盡可能的減少人身傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。
[1]公路隧道施工技術(shù)細(xì)則(JTG/TF60-2009)[S].北京:人民交通出版社,2009.
U455.4
A
2095-2066(2016)36-0228-02
2016-11-20