付重君
(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司,江西 南昌 330000)
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隧道洞內(nèi)坍塌及地表凹陷的成因分析及處理方案
付重君
(江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司,江西 南昌 330000)
以國(guó)內(nèi)某隧道為背景,詳細(xì)介紹了隧道洞內(nèi)坍塌險(xiǎn)情的發(fā)展過(guò)程。通過(guò)資料收集及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研,深入探討了地表凹陷與洞內(nèi)坍塌的成因。針對(duì)洞內(nèi)坍塌情況,分段采取注漿加固、超前管棚、弧形預(yù)留核心土分榀開(kāi)挖等措施進(jìn)行處理;在地表凹陷處澆筑3 m混凝土護(hù)拱,并用片石回填,粘土封頂。實(shí)踐表明,處理效果良好,為其他類(lèi)似情況提供了參考。
隧道;坍塌;地表凹陷;方案
山嶺隧道翻山越嶺,工程水文地質(zhì)復(fù)雜,施工時(shí)坍塌現(xiàn)象較為普遍,尤其是當(dāng)洞內(nèi)坍塌與地表凹陷同時(shí)出現(xiàn)時(shí),往往后果嚴(yán)重,稍有處理不當(dāng)就會(huì)造成重大損失。因此,對(duì)洞內(nèi)坍塌與地表凹陷采用恰當(dāng)方案進(jìn)行處理就顯得尤為重要,本文正是從此處入手,在洞內(nèi)坍塌及地表凹陷成因分析的基礎(chǔ)上,對(duì)山嶺隧道坍塌及地表凹陷處理進(jìn)行研究,提出了通用性較強(qiáng)的處理方案。
某隧道起訖里程為DK146+98~DK148+198,長(zhǎng)度2 090 m,隧道最大埋深約151 m,縱坡為-5.4‰、-4.0‰的下坡。隧道位于丘陵區(qū),地勢(shì)北高南低,地形起伏較大,高程為100~260 m,相對(duì)高差20~160 m。地表植被茂密,多為灌木、草叢。
2.1 工程地質(zhì)
隧道穿越地層主要為第四系全新統(tǒng)殘、坡積粉質(zhì)粘土、細(xì)角礫土、粗角礫土、白堊系上統(tǒng)泥巖,泥盆系上統(tǒng)砂巖、石灰?guī)r,泥盆系中統(tǒng)砂巖、石灰?guī)r。隧道位于丹霞山盆地邊緣丘陵地帶,經(jīng)歷了從加里東期到喜馬拉雅期的多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,褶皺斷裂發(fā)育,以強(qiáng)烈的新華夏斷皺為主,形成規(guī)模各異的斷陷盆地。隧道洞身段發(fā)育有一條斷層F10,斷層破碎帶與隧道洞身相交于DK146+980,斷層性質(zhì)不明,破碎帶及其影響帶寬度30~40 m。
2.2 水文地質(zhì)
隧道出口段粗角礫土層內(nèi)儲(chǔ)存有地下水,且為承壓水,水量較大,對(duì)隧道施工有一定影響;其他地段地下水主要為基巖裂隙水,水量一般較小,隧道正常單位涌水量q=1 766.82/2.095=843.35 m3/d.km。隧道出口段泥盆系上統(tǒng)石灰?guī)r內(nèi)發(fā)育有巖溶,施工時(shí)可能有較大巖溶水。雨季降水量較大時(shí),在山間沖溝洼地地下水富集,可能在隧道內(nèi)形成突水、突泥現(xiàn)象。
2014年1月22日隧道拱部掌子面掘進(jìn)至DK146+325,下導(dǎo)支護(hù)至DK146+298,仰拱施工至DK146+260。1月22日約6∶00,拱部開(kāi)挖面鉆眼工人交接班時(shí)發(fā)現(xiàn)DK146+298~DK146+302段已完成初期支護(hù)的拱部左側(cè)發(fā)生噴射混凝土掉塊現(xiàn)象,現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)工員立即組織掌子面施工人員迅速撤離至安全區(qū)域,約6∶10分此段拱部左側(cè)格柵及支護(hù)脫落造成拱部左側(cè)的巖體滑入洞內(nèi),約7∶30半圍巖坍塌基本穩(wěn)定,滑塌量約80 m3。洞內(nèi)無(wú)人員傷亡,掌子面1臺(tái)噴射混凝土運(yùn)輸車(chē)、4臺(tái)噴錨機(jī)、2臺(tái)電焊機(jī)、1臺(tái)鉆爆臺(tái)車(chē)、50 m的電纜線(xiàn)及風(fēng)水管等因撤離不及被埋,挖機(jī)在撤離過(guò)程中擋風(fēng)玻璃被砸碎。1月 23日DK146+294~DK146+298段初期支護(hù)左側(cè)格柵于5∶00再次因圍巖壓力過(guò)大出現(xiàn)失穩(wěn)損壞,洞內(nèi)滑塌量增加約400 m3。通過(guò)變形觀(guān)測(cè),DK146+284~DK146+294段初期左側(cè)拱部支護(hù)因變形過(guò)大造成侵入二襯,最大侵入厚度10 cm。1月23日~24日洞內(nèi)支護(hù)變形已基本穩(wěn)定,未再次出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。
隨后施工單位進(jìn)行對(duì)隧道地表進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)DK146+300里程線(xiàn)路左側(cè)有一處地表凹陷,陷坑面積約442 m2,深度約9 m,且地表原有一條沖溝被截?cái)?,沖溝內(nèi)水體流入凹陷坑后部分經(jīng)其它滲水通道流走,未全部流入隧道洞內(nèi)。塌陷坑四周坑壁陡立,邊坡土層逐漸滑落,坑底多為浮土。
該隧道出現(xiàn)洞內(nèi)坍塌后,對(duì)整個(gè)隧道工期及施工安全產(chǎn)生較大影響,引起了參建單位高度重視,初步采取如下應(yīng)急處理措施:
(1)將地表水溝通過(guò)埋管的方式繞過(guò)凹陷區(qū)域沿地表進(jìn)行引排。
(2)加強(qiáng)洞內(nèi)排水,確保未坍塌段的穩(wěn)定。
(3)將DK146+260~DK146+298未坍塌段下導(dǎo)進(jìn)行回填,完成后在回填面設(shè)橫向支撐,橫向支撐采用I18的工字鋼,并采用C25的噴射混凝土,厚度20 cm。
經(jīng)初步處理后,地表沖溝已被改移順接,仰拱至鋼架脫落段下導(dǎo)已進(jìn)行了回填反壓,地表水已通過(guò)截流改道的方式繞過(guò)凹陷坑排除,洞內(nèi)積水情況得到明顯改善,排水順暢。
地勘資料表明,隧道DK146+280~DK146+320段地表為一山間沖溝,溝心寬2~4 m,深1~2 m常年有水,雨季時(shí)水量較大,陷坑DK146+294~DK146+302段所處的地質(zhì)情況如下:地表為2~4 m厚的細(xì)角礫土及坡、洪積的土夾碎石,下為約19 m厚的全~強(qiáng)風(fēng)化砂巖、灰?guī)r,底部為弱風(fēng)化砂巖灰?guī)r,隧道洞身位于全~強(qiáng)風(fēng)化砂巖、灰?guī)r層內(nèi)。施工時(shí)左側(cè)圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥盆系砂巖夾灰?guī)r,右側(cè)為弱風(fēng)化砂巖夾灰?guī)r。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后確定隧道DK146+298~DK146+302段隧道左側(cè)有一豎直向發(fā)育的空洞(落水洞),洞口高程110 m,距地表約9 m,初期塌陷時(shí)可見(jiàn)2×2 m見(jiàn)方的洞口,洞口常年被土夾碎石封住,處于穩(wěn)定狀態(tài)。因當(dāng)?shù)貛r溶侵蝕基準(zhǔn)面和隧道路肩頂部高差約20 m,推測(cè)落水洞垂直深度小于30 m。近日連續(xù)降雨加之隧道施工影響,造成落水洞洞口堵塞物松動(dòng),大量土夾碎石、地表水落入落水洞,對(duì)DK146+298~DK146+302段隧道左側(cè)形成壓力,并造成隧道左側(cè)拱肩部分變形坍塌,約480 m3土夾碎石涌入隧道,3 000 m3土夾碎石落入落水洞,造成地面砂土流失,形成長(zhǎng)約28 m寬15 m深9 m的塌陷坑。
設(shè)計(jì)院會(huì)同業(yè)主、施工、監(jiān)理等單位對(duì)洞內(nèi)鋼架脫落及地表凹陷經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)查,根據(jù)地質(zhì)情況采取以下方案對(duì)洞內(nèi)坍塌段及地表凹陷區(qū)進(jìn)行處理。
(1)DK146+260~DK146+294段(已完成仰拱至鋼架脫落段)先填筑反壓平臺(tái)至拱腳,待穩(wěn)定后對(duì)DK146+260~DK146+280段采用拱墻徑向注漿進(jìn)行加固處理,DK146+280~DK146+294段采用全斷面徑向注漿進(jìn)行加固處理以確保支護(hù)的穩(wěn)定,注漿加固圈固結(jié)范圍為開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外3 m進(jìn)行施工。其中DK146+284~DK146+294段因左側(cè)拱腳部位變形量過(guò)大造成支護(hù)侵入二襯,最大侵入厚度10 cm,在拱墻穩(wěn)定的條件下,根據(jù)施工單位實(shí)測(cè)本段隧道內(nèi)凈空?qǐng)D確定加固及初期支護(hù)拆換范圍,對(duì)橫斷面侵限地段,在完成徑向注漿后分榀分臺(tái)階拆除支護(hù)格柵,加強(qiáng)支護(hù)完成后分段挖除反壓平臺(tái)。
(2)DK146+294~DK146+302段采用8~10 m超前管棚注漿進(jìn)行加固,完成后按弧形預(yù)留核心土法分榀開(kāi)挖支護(hù),支護(hù)的同時(shí)挖除滑塌土石方。
(3)DK146+302~DK146+325段上臺(tái)階鋼架侵限,進(jìn)行注漿加固施工后拆除上臺(tái)階支護(hù)格柵,此段格柵拆除前必須完成地表處理,以確保洞內(nèi)穩(wěn)定。
(4)DK146+260~DK146+325全段全斷面均采用I18工字鋼,間距50 cm加強(qiáng)支護(hù),錨桿、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土按Vb級(jí)圍巖支護(hù)及襯砌進(jìn)行施工。
(5)地表排水措施:將地表原有水溝繞過(guò)凹陷處,設(shè)臨時(shí)排水溝引排至下游水溝,引排長(zhǎng)度約150 m。在確保塌陷坑周?chē)鳂I(yè)安全的情況下,坍坑面采用彩條布覆蓋,防止雨水下滲進(jìn)入隧道。在完成地表凹坑回填后對(duì)原有水溝進(jìn)行鋪砌,鋪砌采用M10漿砌片石梯形排水溝,頂寬2 m,底寬1 m,高度1 m,片石厚度50 cm。鋪砌長(zhǎng)度為上游20 m,下游30 m。
(6)地表凹陷坑處理:在凹陷處隧道拱頂位置澆筑3 m厚的混凝土護(hù)拱,避免地表土石再次坍塌對(duì)洞內(nèi)的影響。為保證山體穩(wěn)定,確保運(yùn)營(yíng)安全,待洞內(nèi)處理完善并將坍塌處二襯澆筑后進(jìn)行地表陷坑回填,底部采用3 m厚片石填筑,回填片石采用注水泥漿的形式進(jìn)行固結(jié),頂部采用粘土回填作為封閉層。
山嶺隧道施工時(shí)坍塌偶有發(fā)生,對(duì)道施工安全構(gòu)成重大威脅,隧道發(fā)生坍塌前一般有所預(yù)兆,當(dāng)已施作初支混凝土表面開(kāi)裂、剝落、掉塊時(shí)則需引起重視,特別是在淺埋段或山間沖溝段出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)就更加危險(xiǎn),松散巖土體極有可能貫通至地表,引起大范圍坍塌及地表凹陷,后果嚴(yán)重。因此,需廣大施工技術(shù)人員提高認(rèn)識(shí),出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí),及時(shí)撤出施工人員、設(shè)備,減少人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。
總之,隧道開(kāi)挖施工前應(yīng)對(duì)隧址區(qū)地形地貌有充分的了解,對(duì)掌子面地質(zhì)有足夠的認(rèn)識(shí);一旦發(fā)生坍塌及地表凹陷狀況,應(yīng)立即停工,待查明地質(zhì)、查清原由后再采取合理的處理方案,絕不能冒險(xiǎn)蠻干。
[1] 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D70-2004)[S].
[2] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F60-2009) [S].
[3] 胡娟.通省隧道初期支護(hù)坍塌及變形處理措施[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2016,(4) :171-172.
2016-07-22
付重君(1978-),男,江西南昌人,工程師,主要從事高速公路建設(shè)管理等方面的研究。
U456.3
C
1008-3383(2016)11-0129-02