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坍塌情况表1坍塌情况简介表接序号忆塌方时间很坍塌里程夏坍塌情况止示意图五1泳05-1柳1-01森左幅呈K198候+31水0求拱部鼻此塌洞距奉原地些面跳18竭m巾左右，呈粒圆腔状，湖长供9姨m虑，丧宽提8.2远m殊，殃高狸7绝m期。有大量臂地下水涌捡出，坍塌泻体由土夹炕石组成。铺2泄05-1恨2-07卖右引幅扯K198农+40箭8钳左侧拱部尝直接塌穿春地表，呈吼圆柱状，章高强11.2斥m妹，直行径联8.2近m阻。有小量例地下水涌贺出，坍塌姜体由松散针状黄粘土纲组成。叹3秋05-1壶2-24哗右代幅组K198购+40掠8友右侧拱部赚出现右侧患拱部，伍长剪11帮m栏，筝宽尤8.7厕m友，孤高刚8径m卵。有小量冤地下水涌暴出，坍塌刮体由松散带状黄粘土喜组成。抗4夸05-1劈2-1没5甘～电19涨左幅区K198您+30透2跨拱部前第一次坍沟洞呈圆柱尺状，母高肠15.2赵m仔，直抖径纵15.3梦m铲。第二次年坍塌在施贷工完成第循二次衬砌数后塌穿地搏表。有大哨量地下水平涌出，拱贯顶坍塌持番续时间长缩。润5雾06-0食8-01悦右赏幅街K198盲+20华6辆左侧拱部刻拱腰顺此塌洞呈罢长锥状，萍在已支护蛾好右侧拱正顶上，隆长朋14胆m搜，拒宽枪13.1强m框。蒜高粒6.2顾m音。初期支兄护突然坍提塌，围岩执软弱，沉害降很大。容6过06-1粗2-06溪左幅娘K198珠+25责4沉右侧拱部乐此塌洞呈熊圆锥状，么在开挖掌岸子面上左鹿侧拱顶上挡，字长赵5映m伸，烂宽嫂5.1起m列，宫高捏6.2六m秋。掌子面晨放置时间亏较长，围贷岩风化严菌重。4坍塌分析走4.添1判地下水作液用炎(1)替绝地下水流游量增大引昏起围岩软洒化膨胀，已变形增大驻，应力释陈放剧增暴[崭4抚]封，加速了改初期支护沸的失效，雄右胶幅须K198将+20奉6最左侧拱部副拱腰剑段的施工倚正是连续弓两次强降醉雨之后进唱行的，由阳于该段围吨岩节理裂住隙发育，呢埋深锣仅鸦30啄m补左右。大确量地表水侮渗入地下企，促使围照岩稳定性界状况恶化帆，地下水悄量加大后棕喷射砼粘铜着力减少乘，锚杆锚无固力降低后或失效，亭初期支护诊强度降低哲导致破坏躲。酿(2)弯课大多数坍挖塌前都有萝隧道涌水结发生插[泥5朋]填，这样会词使地下水马位急剧下载降而产生次真空负压载，且水流攻冲刷潜蚀渗及涌砂又敏造成土粒观不断流失却，使岩溶科洞穴中的纵充填物失威去顶托丈力涝,浴上覆土层俩在自重应逮力、真空证吸蚀等作断用下，造忆成地下水齐降落漏斗绞范围内的庆地表发生决塌等陷蝴(泄塌洞一般伞为椭圆或私圆含形翻)质，相应范累围的地表恢水或泉水和漏失枯竭箱，个别塌滋陷由洞内槐坍方冒顶生形成寿。如右警幅千K198找+40锈8包右侧拱部择，左途幅搏K198蒸+30傅2升拱部等。漫4.善2烟勘察设计胸失误羽(1)锡窃该隧道设铁计对围岩亏的加固力助度不足，剪拱墙锚杆悟的长度偏茫短为(仍只有侮3扑.5男m)活，一部分袋锚杆未打劲人松动圈丧外稳定岩礼层中形成掌围岩加固耐圈。阳(2)饶厕设计支护卷措施过弱考，造成拱撇顶大范围民沉降及局章部坍塌。撞如左线讨的井K198歌+31狂0稳塌方，左殖线励K198须+30脸2嘉塌方，刚拐过大管棚峰支护段，绿就引起隧局道拱顶坍你塌；如左富线砖K198隶+28间7敬～侄25捡4概、忽K197趣+95板8级～躺K198熔+02藏9锯段大量沉旺降。厦(3)遭挂设计院对卧塌方段处狱理意见不杂够及时，仍如左线陕的点K198裤+31哑0陪塌方，沸在学x欲x驶年估x薪x止月柴x母x呈日坍塌，欧到伤x辜x押年侧x陷x描月轻x浆x娘日才给处局理意见。耗(4)腔作地勘和超言前预报不羞能及时反阿馈现场施蚕工。牲4.3贿怪施工不当预(1)朝基施工初期即支护滞后背于开挖作胃业捉面令,滩未使围岩毙在早期发罢挥其自承会能力，施敏工时喷射问混凝土的铸厚度是否三达到设计伤标准是直钻接影响到嚷喷层与围梢岩能否很服好的共同穷发挥作用陡[6]胡；另姐外衔,垮施工期间锈前方开挖观扰动也是胶影响坍塌我的一个重嚷要因素。悲同时，由妈于掌子面爹没有及时惠封闭，而冬使围岩风倒化严重而额失稳引起榆牵引性坍演塌，如左业幅划K198普+25概4通右侧拱部屠。基(2)疏床上导开挖泻放置时间邮过长，对少沉降和收乌敛预计不跌足。如右扰幅遮K198振+20住6峡左侧拱部拴拱腰。岩5碍坍方处理里措施燃5.处1相地表处理辱地表塌陷遍的在做好讨二次衬砌造后，采用择回填炭质浅页岩和粘认土，回填抹土高出地迅面需0.堆2西～上0.硬5苍米，并在手陷坑周围庸挖截水沟运，防止地慧表水进入笋塌体；为揪防止机动堪车车辆在朴陷坑附近钉行驶产生僵振动，在更陷坑周围必有围栏围脱上。如右悔幅饱K198徒+40哪8拾塌洞。蒙5.镇2材塌腔壁处跌理喘在塌方初慎步稳定不仅掉块后，赵用授C2天5亚喷射混凝感土封闭塌软腔壁，在鞠低洼处埋贪设漏斗型薄排水管，争集中排水汽。然后对因塌洞壁打虎设锚杆，障张挂钢筋堂网片，最恳后再喷射刺混凝土加阶固塌腔。匙如左蜓幅纽K198赠+31驳0芦塌洞，右势幅再K198少+40渠8克塌洞，右胆幅畜K198式+20葱6禾塌洞，左统幅汇K198纪+25撇4雹塌洞。启5.宴3馋双层钢拱毯架加固初费期支护购因坍塌对睛初期支护秤好的拱部化混凝土造属成裂纹，洒为防止注益浆和坍体滚的双重压慈力对拱部岔产生双重洞压力对拱航部产生破寿坏，需对阵支护好的近拱部加强教支护（紧隐邻塌洞已粥开挖支护济段点1焰0狸米长的位盗置支立第涨二层钢拱郑架，钢架活间振距展50c乓m伏，并喷射酸混凝土呈腊环状封闭冷），确保租已支护好植拱部的安虽全。面5.吗4意小导管注陷浆加固怠5.4.寻1论注浆前准馋备工作疤在上三项众工作施工歉同时，泰将筋ф鹊42m旱m谷、落长涨6土米钢花管邪（管壁周赖围打梅花兵孔，孔珠径豪10m般m篇，间婆距卖50c悠m疼，并将钢可管端部加香工成锥形豪状）人工金推入或用胀大锤将导捐管打入掌伍子面及拱返脚（注浆概管间介距忠0.3著m牛，拱部第云一排乱按佣7烛°快外插角打涂入，第二法排校按抄15氧°滨外插角打辨入），导卵管打入后电，导管另额一头焊接免好带丝扣忍的钢管，棚以便与注间浆管连接钥。粗5.4.蜘2跑导管注浆总注浆材料范：水泥选遥用贴42麦5币号普通硅坟酸盐水泥腔；水玻璃葱选用出厂柱浓抵度高4控2突～纷45B探e趟，比光重台1.4慰2紧～鼠1.4胜5稀；施工用万水符合规赵范要求。行配合比控济制：水灰腿比超为童0.呈8结；水玻璃哨稀释浓度互为典2色5裳～疯35B求e副；双液体常积比器为粗1崖：秧0.膊5朽～责1鲜：荷1渣；凝胶时怨间简为兆20返s委～尺120吉s候；注浆压疤力巾为话0.酸5丝～滚1.5M贺P垂a素。讲采用隔孔熊压注方法挂，确保各型注浆管注找满，注浆卷顺序从小纳拱脚向拱消顶施注，械一般注浆传时凤间怠1泡～郑2羽0己小时天。弟5.纱5笛大管棚通骡过坍塌段质施工炉对坍塌体众长时间不央稳定的坍离塌（如左丝幅圈K198注+30边2均塌洞，右纠幅崖K198后+40丛8旗塌洞第二暂次坍塌）泊采用大管霸棚施工甲[险7楚]繁。先用喷姻射砼封闭坟坍塌体，累再用小导券管注浆固效结松散坍碎塌体，然议后在拱部哥位置搭建杨施工平台混，安装调趁试好外插未角迷度从15锡°浇，用钻孔差钻钻孔，畏有塌孔的驻用跟进钢岭管顶进施贷工。孔兼径届ф粪130m罚m抵，深府度疮1才5慕米；钢管锡管花径色ф脾108m巷m匀，债长自1顾8虫米，搂前敌1碑5觉米管壁周室围打梅花涝孔，孔诚径苗ф纲10m沸m聚，间稼距葱50c毛m筐，与后龟3拌米下架立素钢拱架，杨形成刚性么骨架连成锤整体。注奸浆同小导主管注浆。缩为加强钢乎支架的支惨承能力，萝防止初期回支护沉降丹过大，在舱右骑K198音+40舌8聋～哄K198弓+39爱8户段每榀工满字钢支架织的拱腰处司按原设计们设临时仰扩拱美,夜拱脚处罩设泉6胖根他φ欢8吉9史钢推管炮,泳钢管学长堵L=4m灰,柿并将钢管民与钢架焊诊接牢固。泥5.法6径坍塌体施镰工开挖与担衬砌共5.6.蔽1翅小拱部开田挖支护喇注浆完毕冬，清除注晋浆机具，位因注浆时兄间较长，筹注浆后可雕立即开挖悼。开挖采赞用三部开跪挖支护施唐工。外拱密顶向劣下缴255c坐m哭高度范围渡内注浆、竟开挖、一迷次支护，床开挖一次皱支护一次目，侧拱分睁左右两步槽注浆、开使挖、一次订支护。开搂挖时使用陷风镐配合片人工进行目施工，尽院量减少挠弓动，每一句循环开挖抚长翼度叫1决～道1.2能m帜，开挖后勾立即喷酸射龙5c散m量厚砼，支歉护两府榀裕I1栗8乖钢拱架，善拱脚每侧静各狂打反6休根厦ф关4绳2丛锁脚锚杆绪，安装一吵榀钢花拱巨托梁谅，匀6浩根春ф萌2恼2装连接钢筋塘（接下拱薯），拱脚读铺粉设跌5c拥m辈厚木板，碗预埋软式躲排水管，银喷残射傲C2夫5眯混凝土。唯喷完砼后协，拱顶采巡用草ф逼1悼2集～谱15c肉m段圆木支撑顶，每次注份浆只能循凭环两次开崖挖支护谱，扇2.胞0炒～扰2.概5证米，然后且重新注浆稻，进行下孕一次循环盘（曾图叠1圆）。披图惜1国秀小拱部开撤挖支护示播意图耗5.6.事2世侧拱开挖慕支护苦小拱部进培尺闲1圆0和米后，进记行侧拱开劈挖，开挖傻过程中，梅防止小拱宋部下沉量汁超限或掉难拱，必须凭对拱部重雨新加固以功防松动。巾开挖采取集单侧进行耻，开挖完瓣连接与小滴拱部支护溉钢拱架，搂预埋拱脚沙托梁，连蹲接排水管左，喷射混谣凝土。迎5.6.叹3舍下导及仰肝拱施工崇为保证塌殃方段施工哑安全，采南用小拱部季开挖穿过决坍塌区，抛为确保坍见塌区混凝拳土结构的理整体受力锤，施工完贼小拱及侧罪拱后，停殖止拱部掘序进，先进才行上导的谷临时仰拱曲施工，然月后再进行约此段的边砌墙和仰拱激施工，施黑工中采取喇短进尺，字强支护，喉快衬砌的慕方案通过虏此段。就（扣1睡）施工过挨程中，须网加强对拱近部及地表他的量测，耍安排由专陆人负责，缠并做到随柔时观测，蚕根据量测括结果指导晓施工。筝（聋2固）为确保速小拱部的哗稳定和下骑沉量不侵榆入二次衬肚砌断面，构根据量测拆结果：最庸大沉降量细为痒30c有m励，收敛城值辅10c肥m盒，施工时销沉落量种按抱3知0窝～腔50c割m看预留。典（范3击）为确保皆坍塌体结塘构的安全刘，坍体处偶混凝土施晴工中，混扮凝土标号师由设计让的秧C2神5事提高猜到违C3美5锈，并对已阿一次衬砌荡好的小拱秘部加强支桶护。痰（央4肠）因超挖军坍体不稳喇定和施工胖原因，使祥拱顶存在咱一定的空两隙，在小昂拱部施工够过程中，躺预埋注浆缘管，待完活成二衬后利，再进行房注浆填充湿密实。炕6历处治效果模及评价杰广砚高速哈公恋路腹x馆x陆隧道坍塌币体实施了古上述处治文措施，现导已全部通抄过。具体考