某隧道坍塌原因及处治技术

xx隧道坍塌原因分析及处治技术1前言正在加紧建设的xx高速公路系国家“五纵七横”国道主干线xx线上的重要路段。该公路起于xx街，至xx县城，全线采用四车道高速公路标准建设，计算行车速度采用80km/h，路基宽24.5m，起讫桩号k151+600～k225+500，全长73.9km。该路段地处欧亚板块与印度洋板块碰撞带的东缘附近,新第三纪以来地壳抬升迅速,受之影响,区内各类新构造运动强烈，破坏性地震频繁，近地表岩层结构面发育，风化差异性大[1～3]。广泛存在的不稳定岩土体为地质灾害的形成提供了物质基础。xx隧道位于该高速公路上的xx省xx县，该隧道为上、下行分离的四车道，设计采用同曲率单心圆拱曲墙断面。最大开挖宽度13.1m，最大开挖高度10.85m，最大开挖断面面积114m2。隧道采用复合式衬砌，一次支护厚度0.23m，二次衬砌厚度0.6m。其右幅起止桩号为K197+960～K198+465，全长505m，隧道埋深为64.1m；左幅起止桩号为K197+930～K198+388，全长458m，隧道埋深为44.2m。路拱横坡右幅为+5%、左幅在-4.55%～-5%之间变化。此隧道从左幅xx年xx月xx日进洞以来，施工中按照“短开挖、强支护、快衬砌、早封闭”的原则，进行短台阶分部法施工，初期支护采用I16钢拱架、钢筋网片、锚杆和喷射混凝土联合支护，但塌方还是经常出现，每次拱部循环只能进尺1～1.2米。作者根据现场施工经历对该隧道施工过程的坍塌原因及处治措施做一些探讨。2工程地质概况2.1地形地貌xx隧道位于低中山剥蚀地貌，浑圆顶状中山，穿越山脊，地形陡峻，地质作用以构造剥蚀作用为主。2.2地质构造隧道位于南岭纬向构造体系的西端，黔桂经向构造带的西南缘，青藏滇缅印尼巨型“歹”字构造体系中部东支的东侧。滇越巨型旋钮构造体系的旋回面在本区内也是明显存在的。由于以上各种构造体系长期活动和互相影响，因此，各个构造体系的不同规模、不同序次，不同等级的各种构造形迹，以及它们之间的相互干扰、限制和切割，构成了全区比较复杂的区域构造。2.3地层岩性隧道覆盖层为第四系覆盖层（Q）褐灰、褐红、褐黄色亚粘土含少量强风化泥岩、灰岩、粉砂岩角砾、碎石，硬塑状。该隧道右幅进口及左幅出口端覆盖层厚约3.4～18.6米；右幅出口及左幅进口端覆盖层厚度约7.7～8.7米。隧道处构造发育，在隧道进出口端各有断层经过，岩层破碎。围岩为灰、深灰、灰黑、黑色炭质页岩、页岩，呈强风化，碎石状，节理裂隙及页理、片理十分发育，该层分布于整个隧道，岩层产状108°∠47°。根据隧道围岩分类标准[《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)]，综合物探、钻探资料及地调成果，本隧道围岩可定为Ⅴ级。2.4水文条件隧道区地下水类型以基岩裂隙水为主，岩层富水性中等至较强。局部富水性较弱，ZK49（左K198+200右3米）钻孔地下水位为6.2米，隧道处地下水位埋藏较浅，可推测隧道处地下水丰富。3坍塌情况匹表乓1痒绘坍塌情况简介装表得序号星塌方时间下坍塌里程排坍塌情况礼示意图劲1仗05-盾11泳-灶01逗左幅吧K198+3挨1愿0鸽拱部掀此塌洞距原地巷面以18m而左右，呈圆腔壶状，长誉9m程，宽嘱8.2m牺，高慰7m泛。闻有大量地下水厌涌出，痕坍塌体由蓬土夹石蛾组成。竹2骑05幅-旨12裕-浸07幕右略幅施K198+4霞0探8统左侧拱部宿直接塌穿地表蛇，呈圆柱状，杰高粥11.2m苗，直径东8.2m鹊。具有小量地下水哭涌出，层坍塌体埋由松散状黄粘急土组成灾。碍3睡05-12-凶24河右方幅非K198+4回0馅8约右侧拱部垫出现右侧拱部抹，长尼11m莫，宽于8.7m吊，高凶8m识。矛有小量地下水逼涌出，旧坍塌体章由松散状黄粘伴土组成载。歼4买05-12-葵15镜～啊19百左幅拣K198+3纲0虏2侧拱部耗第一次坍洞呈纱圆柱状，高缩15.2m催，直径销15.3m昂。第二次坍塌供在施工完成第我二次衬砌后塌咱穿地表。菊有大量地下水笨涌出，拱顶坍漂塌持续时间长建。美5断06-08-栽01竞右朴幅构K198+2爽0灿6朝左侧拱部拱腰骗此塌洞呈长锥悟状，在已支护恩好右侧拱顶上趟，长作14m火，宽捧13.1m同。高委6.2m敢。蚊初期支护突然皱坍塌，围岩软蚊弱，沉降很大垦。单6班06-12-峰06线左幅妖K198+2抖5胸4酱右侧拱部加此塌洞呈圆锥胁状，在开挖掌葱子面上左侧拱丈顶上，长燃5m秤，宽功5.1m顿，高厘6.2m扰。草掌子面放置时仁间较长，围岩馒风化严重鬼。4坍塌分析脂4.视1也地下水作用斜(腔1)候地下水流量增篮大引起围岩软羽化膨胀，变形械增大，应力释拆放剧增另[毒4浅]震，加速了初期针支护的沉失简效，丘右彼幅构K198+2折0答6雕左侧拱部拱腰拒段的施工正是趋连续两次强降侍雨之后进行的召，由于该段围再岩节理裂隙发询育，埋深仅闭30m私左右。大量地戚表水渗入地下代，促使围岩稳瘦定性状况恶化献，地下水量加凝大后喷射砼粘离着力减少，锚萄杆锚固力降低捏或失效，初期猫支护强度降低违导致破坏。榨(事2)肝大多数坍塌头前都有辈隧道涌水仗发生忘[妥5今]仅，剑这样会绑使地下水位急澡剧下降追而矿产生真空负压窑，弄且邮水流冲刷潜蚀告及涌砂又造成贪土粒不断流失拾，使岩溶洞穴爪中的充填物失诵去顶托科力竹,抓上覆土层在自缸重应力、真空旗吸蚀等作用下积，造成地下水涂降落漏斗范围总内的地表发生静塌欲陷齿(锈塌洞一般为椭咬圆或圆叔形鄙)泽，相应范围的罢地表水或泉水仁漏失枯竭，个傍别塌陷由洞内狐坍方冒顶形成岩。如右挖幅检K198+4驱0采8深右侧拱部，左爱幅协K198+3燕0骄2轿拱部博等。挡4.涉2输勘察设计衬失误行(季1)阻该隧道设计对迈围岩的加固力紧度不足，拱墙袜锚杆的长度偏血短非(涨只有侦3轰.5答m瞒)宣，仙一韵部分锚杆未打筐人松动圈外稳之定岩层中形成虾围岩加固圈。匙(乏2)积设计支护措施她过弱，造成拱弱顶大范围沉降项及局部坍塌。拿如左线粗的拿K198+3粮1袭0劳塌方，左险线飞K198+3腾0缺2浇塌方，刚过大率管棚支护段，猎就引起隧道拱销顶坍塌；如左恩线弯K198+2支87芝～麦25声4丹、姑K197+9刻58浩～奔K198+0钻2峡9炊段大量沉降。荐(缠3)乱设计院对塌方魂段处理意见不吸够及时，如左虽线梯的缺K198+3蓄1熔0呼塌方，在渗xx贞年顷xx抛月钻xx猎日坍塌，到矩xx朗年复xx优月展xx睛日才给处理意嘱见员。险(秤4)喉地勘和超前预家报不能及时反支馈现场施工。等4.辨3奖小施工不当姓(皱1不)倍岗施工初期支护框滞后于开挖作两业敞面帅,怨未使围岩在早京期发挥其自承苦能力刮，眯施工时喷射混晌凝土的厚度冰是否达到设计置标准是想直接影响到喷游层与围岩能否在很好的共同发坑挥作用德[6]常；盲另娇外栽,榨施工期间前方逐开挖扰动策也是影响盾坍塌返的一个重要因镰素罚。同时，说由于掌子面没品有及时封闭，息而使围岩风化腔严重而失稳引总起牵引性坍塌芬，边如左例幅功K198+2墓5嫂4旺右侧拱部。数(吐2)踢上导开挖放置兵时间过长，对波沉降和收敛预晓计不足怪。如右粗幅议K198+2济0谁6宪左侧拱部拱腰滩。连5隙坍方处理措施递5.图1疗地表处理牧地表塌陷的在持做好二次衬砌左后，采用回填嘱炭质页岩和粘汉土，回填土高江出地毒面揪0.2坡～会0破.押5洋米节，并在陷坑周侍围挖截水沟，端防止地表水进现入塌体；为防枝止机动车车辆昌在陷坑附近行丰驶产生振动，孤在陷坑周围有谎围栏围上。如晒右迁幅齐K198+4惹0夫8兼塌洞。耀5.趟2闯塌腔壁处理驾在塌方初步稳互定不掉块后，鸣用灭C2时5肿喷射混凝土封件闭塌腔壁，在由低洼处埋设漏坑斗型排水管，屑集中排水。然溉后对塌洞壁打扶设锚杆，张挂错钢筋网片，最气后再喷射混凝辽土加固塌腔。烛如左逆幅呼K198+3灭1桃0拘塌洞，右印幅佛K198+4引0偷8授塌洞，右植幅甘K198+2胀0盒6消塌洞，左造幅舍K198+2薄5傻4际塌洞。愁5.树3鞭双层钢拱架加僻固初期支护庙因坍塌对初期碧支护好的拱部阿混凝土造成裂俊纹，为防止注燃浆和坍体的双期重压力对拱部创产生双重压力白对拱部产生破缓坏，需对支护讲好的拱部加强转支护（紧邻塌视洞已开挖支护腔段灾1携0悼米槐长的位置支立窝第二层钢拱架机，钢架间距悠50cm叨，并喷射混凝祖土呈环状封闭冬），确保已支约护好拱部的安致全。戚5.4羞小导管注浆加赴固鸣课注浆前准备工材作钞在上三项工作顷施工同时，验将伶ф胁42mm导、长铅6细米布钢花管（管壁拳周围打梅花孔岁，孔径安10mm滨，间距瓜50cm塞，并将钢管端培部加工成锥形艇状）人工推入睬或用大锤将导晋管打入掌子面裤及拱脚（注浆广管间距涌0.3m话，拱部第一排瓜按努7林°忠外插角打入，焰第二排跃按秒15晴°秋外插角打入）亡，导管打入后挑，导管另一头膏焊接好带丝扣胃的钢管，以便笑与注浆管连接顾。庆塞导管注浆腔注浆材料：水客泥选割用捐42馒5握号普通硅酸盐缸水泥；水玻璃叹选用出厂浓兔度培42繁～无45B忌e恩，比劈重当1.42屿～功1.4球5君；施工用水符味合规范要求。果配合比控制：鸣水灰比烘为期0.情8钥；水玻璃稀释滔浓度讯为抢25深～叨35B射e登；双液体积比速为遮1横：谎0.5倒～师1损：却1读；凝胶时间记为伞20s可～定120父s撑；注浆压力伙为志0.5系～话1.5MP吸a厕。脚采用隔孔压注挽方法，确保各集注浆管注满，醋注浆顺序从小催拱脚向拱顶施柔注，一般注浆专时燃间僚1辉～作2岁0及小时天。驴5.狼5榴大管棚通过坍禁塌段施工雀对坍塌体长时双间不稳定的坍锈塌（如左急幅呼K198+3幻0塘2染塌洞，右纪幅晨K198+4裳0覆8骨塌洞第二次坍惧塌）采用大管秒棚施工兼[宜7就]启。先用喷射砼流封闭坍塌体，孝再用小导管注露浆固结松散坍雕塌体，然后在箩拱部位置搭建蜻施工平台，安低装调试好外插貌角舰度将15式°悼，用钻孔钻钻隐孔，有塌孔的踏用跟进钢管顶帮进施工。孔摊径藏ф困130mm秒，深度伞1岔5展米箭；钢管管车径静ф劈108mm阔，长蛮1锯8屈米走，前驳1悼5阁米诊管壁周围打梅调花孔，孔径柔ф今10mm斗，间距丈50cm剃，后范3迷米便下架立钢拱架豆，形成刚性骨敌架连成整体。腰注浆同小导管街注浆。灵为加强钢支架榜的支承能力，式防止初期支护注沉降过大，在滩右碍K198+4博0澡8蔽～今K198+3愉9膝8横段每榀工字钢让支架的拱腰处香按原设计设临蚊时仰卡拱厕,赞拱脚处设已6淹根巨φ敲8斤9嫌钢珠管瞎,蛛钢管袭长军L=三4m堪,枣并将钢管与钢村架焊接牢固。就5.烂6奉坍塌体施工开蹈挖与衬砌菠增小拱部开挖支报护塞注浆完毕，清瓶除注浆机具，谦因注浆时间较超长，注浆后可方立即开挖。开历挖采用三部开冤挖支护施工。夕外拱顶向下叛255cm葬高度范围内注纹浆、开挖、一兰次支护，开挖剃一次支护一次恼，侧拱分左右域两步注浆、开颜挖、一次支护俭。开挖时使用我风镐配合人工间进行施工，尽喜量减少挠动，孩每一循环开挖样长侮度剖1达～冈1挺.2m隆，开挖后立即醋喷射配5cm何厚砼，支护两晚榀窄I1严8增钢拱架，拱脚愚每侧各恩打熄6晨根眯ф妻4蔽2醒锁脚锚杆，安鼠装一榀钢花拱葡托梁膀，宇6盖根卵ф箭2置2区连接钢筋（接纹下拱），拱脚蜓铺设浮5cm肆厚木板，预埋度软式排水管，挤喷匙射随C2麻5尸混凝土。喷完算砼后，拱顶采顺用案ф付12牙～偶15cm亩圆木支撑，每暴次注浆只能循鼻环两次开挖支欣护间，较2.0载～驰2毒.已5生米富，然后重新注敞浆，进行下一多次循环搁（遣图叫1蜻）晶。快图喜1贼轨小拱部开挖支陕护示意图亭个侧拱开挖支护刊小拱部进尺响1店0结米聋后，进行侧拱注开挖，开挖过农程中，防止小脊拱部下沉量超玻限或掉拱，必某须对拱部重新建加固以防松动壶。开挖采取单岩侧进行，开挖胀完连接与小拱股部支护钢拱架灰，预埋拱脚托敞梁，连接排水先管，喷射混凝识土。怪付下导及仰拱施察工递为保证塌方段轨施工安全，采昏用小拱部开挖色穿过坍塌区，纵为确保坍塌区的混凝土结构的吴整体受力，施伪工完小拱及侧踪拱后，停止拱违部掘进，先进贴行上导的临时验仰拱施工，然狸后再进行此段耳的边墙和仰拱堆施工，施工中携采取短进尺，跌强支护，快衬和砌的方案通过壁此段。坛（莫1脸）施工过程中复，须加强对拱荡部及地表的量弄测，安排由专苹人负责，并做圆到随时观测，铃根据量测结果仪指导施工。拆（行2历）为确保小拱域部的稳定和下芬沉量不侵入二僻次衬砌断面，渠根据量测结果播：最大沉降量两为眯30cm活，收敛值述10cm届，施工时沉落杂量锯按姑30古～芽50cm泛预留。催（缴3阴）为确保坍塌轻体结构的安全凤，坍体处混凝育土施工中，混兴凝土标号由设券计础的毛C2迫5锅提高籍到完C3算5斥，并对已一次均衬砌好的小拱员部加强支护。汇（部4感）因超挖坍体吓不稳定和施工怜原因，使拱顶贯存在一定的空摊隙，在小拱部惰施工过程中，像预埋注浆管，约待完成二衬后鸣，再进行注浆商填充密实。蹦6茂处沫治择效果弦及前评价厌广砚高速公路情xx贫隧道坍塌体实喷施了上述处卡治艰措施，现已全朝部通过。具体局见表迅2园表堪2冻意坍塌体处慌治