某隧道坍塌原因及處治技術(shù)

xx隧道坍塌原因分析及處治技術(shù)1前言正在加緊建設(shè)的xx高速公路系國家“五縱七橫”國道主干線xx線上的重要路段。該公路起于xx街，至xx縣城，全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，計算行車速度采用80km/h，路基寬24.5m，起訖樁號k151+600～k225+500，全長73.9km。該路段地處歐亞板塊與印度洋板塊碰撞帶的東緣附近,新第三紀(jì)以來地殼抬升迅速,受之影響,區(qū)內(nèi)各類新構(gòu)造運動強烈，破壞性地震頻繁，近地表巖層結(jié)構(gòu)面發(fā)育，風(fēng)化差異性大[1～3]。廣泛存在的不穩(wěn)定巖土體為地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。xx隧道位于該高速公路上的xx省xx縣，該隧道為上、下行分離的四車道，設(shè)計采用同曲率單心圓拱曲墻斷面。最大開挖寬度13.1m，最大開挖高度10.85m，最大開挖斷面面積114m2。隧道采用復(fù)合式襯砌，一次支護厚度0.23m，二次襯砌厚度0.6m。其右幅起止樁號為K197+960～K198+465，全長505m，隧道埋深為64.1m；左幅起止樁號為K197+930～K198+388，全長458m，隧道埋深為44.2m。路拱橫坡右幅為+5%、左幅在-4.55%～-5%之間變化。此隧道從左幅xx年xx月xx日進洞以來，施工中按照“短開挖、強支護、快襯砌、早封閉”的原則，進行短臺階分部法施工，初期支護采用I16鋼拱架、鋼筋網(wǎng)片、錨桿和噴射混凝土聯(lián)合支護，但塌方還是經(jīng)常出現(xiàn)，每次拱部循環(huán)只能進尺1～1.2米。作者根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)歷對該隧道施工過程的坍塌原因及處治措施做一些探討。2工程地質(zhì)概況2.1地形地貌xx隧道位于低中山剝蝕地貌，渾圓頂狀中山，穿越山脊，地形陡峻，地質(zhì)作用以構(gòu)造剝蝕作用為主。2.2地質(zhì)構(gòu)造隧道位于南嶺緯向構(gòu)造體系的西端，黔桂經(jīng)向構(gòu)造帶的西南緣，青藏滇緬印尼巨型“歹”字構(gòu)造體系中部東支的東側(cè)。滇越巨型旋鈕構(gòu)造體系的旋回面在本區(qū)內(nèi)也是明顯存在的。由于以上各種構(gòu)造體系長期活動和互相影響，因此，各個構(gòu)造體系的不同規(guī)模、不同序次，不同等級的各種構(gòu)造形跡，以及它們之間的相互干擾、限制和切割，構(gòu)成了全區(qū)比較復(fù)雜的區(qū)域構(gòu)造。2.3地層巖性隧道覆蓋層為第四系覆蓋層（Q）褐灰、褐紅、褐黃色亞粘土含少量強風(fēng)化泥巖、灰?guī)r、粉砂巖角礫、碎石，硬塑狀。該隧道右幅進口及左幅出口端覆蓋層厚約3.4～18.6米；右幅出口及左幅進口端覆蓋層厚度約7.7～8.7米。隧道處構(gòu)造發(fā)育，在隧道進出口端各有斷層經(jīng)過，巖層破碎。圍巖為灰、深灰、灰黑、黑色炭質(zhì)頁巖、頁巖，呈強風(fēng)化，碎石狀，節(jié)理裂隙及頁理、片理十分發(fā)育，該層分布于整個隧道，巖層產(chǎn)狀108°∠47°。根據(jù)隧道圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)[《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTGD70-2004)]，綜合物探、鉆探資料及地調(diào)成果，本隧道圍巖可定為Ⅴ級。2.4水文條件隧道區(qū)地下水類型以基巖裂隙水為主，巖層富水性中等至較強。局部富水性較弱，ZK49（左K198+200右3米）鉆孔地下水位為6.2米，隧道處地下水位埋藏較淺，可推測隧道處地下水豐富。3坍塌情況匹表乓1癢繪坍塌情況簡介裝表得序號星塌方時間下坍塌里程排坍塌情況禮示意圖勁1仗05-盾11泳-灶01逗左幅吧K198+3挨1愿0鴿拱部掀此塌洞距原地巷面以18m而左右，呈圓腔壺狀，長譽9m程，寬囑8.2m犧，高慰7m泛。聞有大量地下水厭涌出，痕坍塌體由蓬土夾石蛾組成。竹2騎05幅-旨12裕-浸07幕右略幅施K198+4霞0探8統(tǒng)左側(cè)拱部宿直接塌穿地表蛇，呈圓柱狀，杰高粥11.2m苗，直徑東8.2m鵲。具有小量地下水哭涌出，層坍塌體埋由松散狀黃粘急土組成災(zāi)。礙3睡05-12-兇24河右方幅非K198+4回0餡8約右側(cè)拱部墊出現(xiàn)右側(cè)拱部抹，長尼11m莫，寬于8.7m吊，高兇8m識。矛有小量地下水逼涌出，舊坍塌體章由松散狀黃粘伴土組成載。殲4買05-12-葵15鏡～啊19百左幅揀K198+3綱0虜2側(cè)拱部耗第一次坍洞呈紗圓柱狀，高縮15.2m催，直徑銷15.3m昂。第二次坍塌供在施工完成第我二次襯砌后塌咱穿地表。菊有大量地下水笨涌出，拱頂坍漂塌持續(xù)時間長建。美5斷06-08-栽01競右樸幅構(gòu)K198+2爽0燦6朝左側(cè)拱部拱腰騙此塌洞呈長錐悟狀，在已支護恩好右側(cè)拱頂上趟，長作14m火，寬捧13.1m同。高委6.2m敢。蚊初期支護突然皺坍塌，圍巖軟蚊弱，沉降很大墾。單6班06-12-峰06線左幅妖K198+2抖5胸4醬右側(cè)拱部加此塌洞呈圓錐脅狀，在開挖掌蔥子面上左側(cè)拱丈頂上，長燃5m秤，寬功5.1m頓，高厘6.2m擾。草掌子面放置時仁間較長，圍巖饅風(fēng)化嚴(yán)重鬼。4坍塌分析脂4.視1也地下水作用斜(腔1)候地下水流量增籃大引起圍巖軟羽化膨脹，變形械增大，應(yīng)力釋拆放劇增另[毒4淺]震，加速了初期針支護的沉失簡效，丘右彼幅構(gòu)K198+2折0答6雕左側(cè)拱部拱腰拒段的施工正是趨連續(xù)兩次強降侍雨之后進行的召，由于該段圍再巖節(jié)理裂隙發(fā)詢育，埋深僅閉30m私左右。大量地戚表水滲入地下代，促使圍巖穩(wěn)瘦定性狀況惡化獻，地下水量加凝大后噴射砼粘離著力減少，錨萄桿錨固力降低捏或失效，初期貓支護強度降低違導(dǎo)致破壞。榨(事2)肝大多數(shù)坍塌頭前都有輩隧道涌水仗發(fā)生忘[妥5今]僅，劍這樣會綁使地下水位急澡劇下降追而礦產(chǎn)生真空負(fù)壓窯，弄且郵水流沖刷潛蝕告及涌砂又造成貪土粒不斷流失拾，使巖溶洞穴爪中的充填物失誦去頂托科力竹,抓上覆土層在自缸重應(yīng)力、真空旗吸蝕等作用下積，造成地下水涂降落漏斗范圍總內(nèi)的地表發(fā)生靜塌欲陷齒(銹塌洞一般為橢咬圓或圓叔形鄙)澤，相應(yīng)范圍的罷地表水或泉水仁漏失枯竭，個傍別塌陷由洞內(nèi)狐坍方冒頂形成巖。如右挖幅檢K198+4驅(qū)0采8深右側(cè)拱部，左愛幅協(xié)K198+3燕0驕2轎拱部博等。擋4.涉2輸勘察設(shè)計襯失誤行(季1)阻該隧道設(shè)計對邁圍巖的加固力緊度不足，拱墻襪錨桿的長度偏血短非(漲只有偵3轟.5答m瞞)宣，仙一韻部分錨桿未打筐人松動圈外穩(wěn)之定巖層中形成蝦圍巖加固圈。匙(乏2)積設(shè)計支護措施她過弱，造成拱弱頂大范圍沉降項及局部坍塌。拿如左線粗的拿K198+3糧1襲0勞塌方，左險線飛K198+3騰0缺2澆塌方，剛過大率管棚支護段，獵就引起隧道拱銷頂坍塌；如左恩線彎K198+2支87芝～麥25聲4丹、姑K197+9刻58浩～奔K198+0鉆2峽9炊段大量沉降。薦(纏3)亂設(shè)計院對塌方魂段處理意見不吸夠及時，如左雖線梯的缺K198+3蓄1熔0呼塌方，在滲xx貞年頃xx拋月鉆xx獵日坍塌，到矩xx朗年復(fù)xx優(yōu)月展xx睛日才給處理意囑見員。險(秤4)喉地勘和超前預(yù)家報不能及時反支饋現(xiàn)場施工。等4.辨3獎小施工不當(dāng)姓(皺1不)倍崗施工初期支護框滯后于開挖作兩業(yè)敞面帥,怨未使圍巖在早京期發(fā)揮其自承苦能力刮，瞇施工時噴射混晌凝土的厚度冰是否達到設(shè)計置標(biāo)準(zhǔn)是想直接影響到噴游層與圍巖能否在很好的共同發(fā)坑揮作用德[6]常；盲另嬌外栽,榨施工期間前方逐開挖擾動策也是影響盾坍塌返的一個重要因鐮素罰。同時，說由于掌子面沒品有及時封閉，息而使圍巖風(fēng)化腔嚴(yán)重而失穩(wěn)引總起牽引性坍塌芬，邊如左例幅功K198+2墓5嫂4旺右側(cè)拱部。數(shù)(吐2)踢上導(dǎo)開挖放置兵時間過長，對波沉降和收斂預(yù)曉計不足怪。如右粗幅議K198+2濟0誰6憲左側(cè)拱部拱腰灘。連5隙坍方處理措施遞5.圖1療地表處理牧地表塌陷的在持做好二次襯砌左后，采用回填囑炭質(zhì)頁巖和粘漢土，回填土高江出地毒面揪0.2坡～會0破.押5洋米節(jié)，并在陷坑周侍圍挖截水溝，端防止地表水進現(xiàn)入塌體；為防枝止機動車車輛昌在陷坑附近行豐駛產(chǎn)生振動，孤在陷坑周圍有謊圍欄圍上。如曬右遷幅齊K198+4惹0夫8兼塌洞。耀5.趟2闖塌腔壁處理駕在塌方初步穩(wěn)互定不掉塊后，鳴用滅C2時5腫噴射混凝土封件閉塌腔壁，在由低洼處埋設(shè)漏坑斗型排水管，屑集中排水。然溉后對塌洞壁打扶設(shè)錨桿，張掛錯鋼筋網(wǎng)片，最氣后再噴射混凝遼土加固塌腔。燭如左逆幅呼K198+3滅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脹0盒6消塌洞，左造幅舍K198+2薄5傻4際塌洞。愁5.樹3鞭雙層鋼拱架加僻固初期支護廟因坍塌對初期碧支護好的拱部阿混凝土造成裂俊紋，為防止注燃漿和坍體的雙期重壓力對拱部創(chuàng)產(chǎn)生雙重壓力白對拱部產(chǎn)生破緩壞，需對支護講好的拱部加強轉(zhuǎn)支護（緊鄰塌視洞已開挖支護腔段災(zāi)1攜0悼米槐長的位置支立窩第二層鋼拱架機，鋼架間距悠50cm叨，并噴射混凝祖土呈環(huán)狀封閉冬），確保已支約護好拱部的安致全。戚5.4羞小導(dǎo)管注漿加赴固鳴課注漿前準(zhǔn)備工材作鈔在上三項工作頃施工同時，驗將伶ф脅42mm導(dǎo)、長鉛6細(xì)米布鋼花管（管壁拳周圍打梅花孔歲，孔徑安10mm濱，間距瓜50cm塞，并將鋼管端培部加工成錐形艇狀）人工推入睬或用大錘將導(dǎo)晉管打入掌子面褲及拱腳（注漿廣管間距涌0.3m話，拱部第一排瓜按努7林°忠外插角打入，焰第二排躍按秒15晴°秋外插角打入）亡，導(dǎo)管打入后挑，導(dǎo)管另一頭膏焊接好帶絲扣胃的鋼管，以便笑與注漿管連接顧。慶塞導(dǎo)管注漿腔注漿材料：水客泥選割用捐42饅5握號普通硅酸鹽缸水泥；水玻璃嘆選用出廠濃兔度培42繁～無45B忌e恩，比劈重當(dāng)1.42嶼～功1.4球5君；施工用水符味合規(guī)范要求。果配合比控制：鳴水灰比烘為期0.情8鑰；水玻璃稀釋滔濃度訊為搶25深～叨35B射e登；雙液體積比速為遮1橫：謊0.5倒～師1損：卻1讀；凝膠時間記為傘20s可～定120父s撐；注漿壓力伙為志0.5系～話1.5MP吸a廁。腳采用隔孔壓注挽方法，確保各集注漿管注滿，醋注漿順序從小催拱腳向拱頂施柔注，一般注漿專時燃間僚1輝～作2歲0及小時天。驢5.狼5榴大管棚通過坍禁塌段施工雀對坍塌體長時雙間不穩(wěn)定的坍銹塌（如左急幅呼K198+3幻0塘2染塌洞，右紀(jì)幅晨K198+4裳0覆8骨塌洞第二次坍懼塌）采用大管秒棚施工兼[宜7就]啟。先用噴射砼流封閉坍塌體，孝再用小導(dǎo)管注露漿固結(jié)松散坍雕塌體，然后在籮拱部位置搭建蜻施工平臺，安低裝調(diào)試好外插貌角艦度將15式°悼，用鉆孔鉆鉆隱孔，有塌孔的踏用跟進鋼管頂幫進施工?？讛倧讲丕胬?30mm秒，深度傘1岔5展米箭；鋼管管車徑靜ф劈108mm闊，長蠻1鋸8屈米走，前駁1悼5閣米診管壁周圍打梅調(diào)花孔，孔徑柔ф今10mm斗，間距丈50cm剃，后范3迷米便下架立鋼拱架豆，形成剛性骨敵架連成整體。腰注漿同小導(dǎo)管街注漿。靈為加強鋼支架榜的支承能力，式防止初期支護注沉降過大，在灘右礙K198+4博0澡8蔽～今K198+3愉9膝8橫段每榀工字鋼讓支架的拱腰處香按原設(shè)計設(shè)臨蚊時仰卡拱廁,贊拱腳處設(shè)已6淹根巨φ敲8斤9嫌鋼珠管瞎,蛛鋼管襲長軍L=三4m堪,棗并將鋼管與鋼村架焊接牢固。就5.爛6奉坍塌體施工開蹈挖與襯砌菠增小拱部開挖支報護塞注漿完畢，清瓶除注漿機具，謙因注漿時間較超長，注漿后可方立即開挖。開歷挖采用三部開冤挖支護施工。夕外拱頂向下叛255cm葬高度范圍內(nèi)注紋漿、開挖、一蘭次支護，開挖剃一次支護一次惱，側(cè)拱分左右域兩步注漿、開顏挖、一次支護儉。開挖時使用我風(fēng)鎬配合人工間進行施工，盡喜量減少撓動，孩每一循環(huán)開挖樣長侮度剖1達～岡1挺.2m隆，開挖后立即醋噴射配5cm何厚砼，支護兩晚榀窄I1嚴(yán)8增鋼拱架，拱腳愚每側(cè)各恩打熄6晨根瞇ф妻4蔽2醒鎖腳錨桿，安鼠裝一榀鋼花拱葡托梁膀，宇6蓋根卵ф箭2置2區(qū)連接鋼筋（接紋下拱），拱腳蜓鋪設(shè)浮5cm肆厚木板，預(yù)埋度軟式排水管，擠噴匙射隨C2麻5尸混凝土。噴完算砼后，拱頂采順用案ф付12牙～偶15cm畝圓木支撐，每暴次注漿只能循鼻環(huán)兩次開挖支欣護間，較2.0載～馳2毒.已5生米富，然后重新注敞漿，進行下一多次循環(huán)擱（遣圖叫1蜻）晶。快圖喜1賊軌小拱部開挖支陜護示意圖亭個側(cè)拱開挖支護刊小拱部進尺響1店0結(jié)米聾后，進行側(cè)拱注開挖，開挖過農(nóng)程中，防止小脊拱部下沉量超玻限或掉拱，必某須對拱部重新建加固以防松動壺。開挖采取單巖側(cè)進行，開挖脹完連接與小拱股部支護鋼拱架灰，預(yù)埋拱腳托敞梁，連接排水先管，噴射混凝識土。怪付下導(dǎo)及仰拱施察工遞為保證塌方段軌施工安全，采昏用小拱部開挖色穿過坍塌區(qū)，縱為確保坍塌區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)的吳整體受力，施偽工完小拱及側(cè)蹤拱后，停止拱違部掘進，先進貼行上導(dǎo)的臨時驗仰拱施工，然貍后再進行此段耳的邊墻和仰拱堆施工，施工中攜采取短進尺，跌強支護，快襯和砌的方案通過壁此段。壇（莫1臉）施工過程中復(fù)，須加強對拱蕩部及地表的量弄測，安排由專蘋人負(fù)責(zé)，并做圓到隨時觀測，鈴根據(jù)量測結(jié)果儀指導(dǎo)施工。拆（行2歷）為確保小拱域部的穩(wěn)定和下芬沉量不侵入二僻次襯砌斷面，渠根據(jù)量測結(jié)果播：最大沉降量兩為瞇30cm活，收斂值述10cm屆，施工時沉落雜量鋸按姑30古～芽50cm泛預(yù)留。催（繳3陰）為確保坍塌輕體結(jié)構(gòu)的安全鳳，坍體處混凝育土施工中，混興凝土標(biāo)號由設(shè)券計礎(chǔ)的毛C2迫5鍋提高籍到完C3算5斥，并對已一次均襯砌好的小拱員部加強支護。匯（部4感）因超挖坍體嚇不穩(wěn)定和施工憐原因，使拱頂貫存在一定的空攤隙，在小拱部惰施工過程中，像預(yù)埋注漿管，約待完成二襯后鳴，再進行注漿商填充密實。蹦6茂處沫治擇效果弦及前評價厭廣硯高速公路情xx貧隧道坍塌體實噴施了上述處卡治艱措施，現(xiàn)已全朝部通過。具體局見表迅2園表堪2凍意坍塌體處慌治