隧道邊坡一體化技術(shù)在工程中的應(yīng)用

隧道邊坡一體化技術(shù)在工程中的應(yīng)用

為了克服地形和高差的障礙，通常會設(shè)立隧道來克服這些隧道的存在。隧道的表面通常是傾斜的，洞頂覆蓋著厚厚的土壤。洞容易形成扁平合并、壓等地質(zhì)現(xiàn)象。隧道開挖后，會出現(xiàn)明顯的不對稱變形。隧道稱為壓隧道。通過設(shè)計(jì)中的壓力隧道方案，確保施工安全，是工程人員必須討論的問題。在陜西省商漫高速公路N25合同段,通過偏壓隧道邊坡一體化理念在左線瓦房溝和碥頭溪隧道進(jìn)口的運(yùn)用,在完善設(shè)計(jì)方案及施工方案方面取得了成功經(jīng)驗(yàn)。1側(cè)壓隧道的穩(wěn)定分析1.1圍巖應(yīng)力分布的部位當(dāng)隧道從斜坡地帶穿過時,受到斜坡應(yīng)力場的影響,圍巖的應(yīng)力狀態(tài)與一般情況下應(yīng)力場有較大的差別,圍巖的拉壓應(yīng)力的集中部位也發(fā)生變化,經(jīng)對典型模型進(jìn)行線彈性剖面有限元計(jì)算可知:最大主應(yīng)力集中部位在隧道偏壓側(cè)上角和另一側(cè)下角,拉應(yīng)力集中在隧道另一側(cè)上角,最大剪應(yīng)力集中在隧道偏壓側(cè)上角和另一側(cè)上角。圍巖應(yīng)力場是產(chǎn)生圍巖變形破壞的主要因素,偏壓將使圍巖的變形破壞方式發(fā)生相應(yīng)變化,需要正確分析圍巖潛在的薄弱部位并進(jìn)行合理的加固設(shè)計(jì)。防止圍巖局部破壞而導(dǎo)致破壞區(qū)發(fā)展。1.2隧道開挖引起山體失穩(wěn)在隧道洞口,當(dāng)發(fā)育傾向坡外的緩傾結(jié)構(gòu)面時,則可能因隧道開挖而引起山體失穩(wěn),假定隧道開挖部分對邊坡邊界所產(chǎn)生的松動壓力合力為P,P反向作用于邊坡邊界上,如圖1所示。(1)滑動動力重力w沿bc的重力劃分T1=Wsinβ2bcl中水壓結(jié)構(gòu)的分散力T2=Vcosβ3p型滑動荷分離力在bc面上產(chǎn)生的平行分力T3=Pcos(β+ξ)(2)抗滑性能重力w分力在bc的表面上產(chǎn)生的摩擦W1=f(Wcosβ-U-Vsinβ)2式中的粘附力W2=cL頭溪左線+地質(zhì)條件分析W3=-fPsin(β+ξ)因此,有穩(wěn)定安全系數(shù):Fs=cL+f[Wcosβ?U?Vsinβ?Psin(β+ξ)]Wsinβ+Vcosβ+Pcos(β+ξ)Fs=cL+f[Wcosβ-U-Vsinβ-Ρsin(β+ξ)]Wsinβ+Vcosβ+Ρcos(β+ξ)由上式可知,在偏壓隧道巖體開挖荷載作用下,不僅增加了巖體的滑動力,而且降低了巖體的抗滑力。所以,在偏壓狀態(tài)下開挖,洞內(nèi)圍巖與山體穩(wěn)定都是必須考慮的因素,特別是不良地質(zhì)條件下偏壓開挖,穩(wěn)定性更差,通過對碥頭溪左線、瓦房溝左線進(jìn)洞口進(jìn)行斷面復(fù)測,與設(shè)計(jì)有較大差別:①碥頭溪左線進(jìn)口存在較為嚴(yán)重的偏壓,拱肩最薄處覆蓋層3m,巖性為分化嚴(yán)重的層狀千枚巖,自穩(wěn)能力相當(dāng)差,原設(shè)計(jì)沒有采用相應(yīng)的加固措施;②瓦房溝左線進(jìn)洞口同樣存在較為嚴(yán)重的偏壓,拱肩最薄處覆蓋層為1m,巖性為風(fēng)化嚴(yán)重的層狀巖體,分布節(jié)理垂直發(fā)育的擠壓強(qiáng)烈斷裂帶,原設(shè)計(jì)沒有采用相應(yīng)的措施。為保證安全進(jìn)洞,需要將偏壓側(cè)進(jìn)行加固,使隧道穩(wěn)定性增強(qiáng),經(jīng)過分析,提出偏壓隧道邊坡一體化對碥頭溪左線、瓦房溝左線洞口進(jìn)行加固設(shè)計(jì),完善設(shè)計(jì)施工方案。2隧道邊坡集成技術(shù)用于從平房頂部的入口輸入天然氣2.1強(qiáng)風(fēng)化千完全巖巖帶瓦房溝隧道位于陜西省山陽縣法官鄉(xiāng),左線長124m,起訖點(diǎn)樁號為ZK160+220～ZK160+096,進(jìn)口位于一山嘴處,巖土地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖,灰-深灰色千枚狀構(gòu)造,垂直節(jié)理發(fā)育,產(chǎn)狀分別為NE81°～90°∠68°～71°,NW302°∠85°,NW325°～337°∠30°～45°,受區(qū)域構(gòu)造影響,巖體褶皺發(fā)育,主要薄弱面為節(jié)理,圍巖穩(wěn)定性差。設(shè)計(jì)進(jìn)暗洞樁號為ZK160+096。開挖刷坡至暗洞面后發(fā)現(xiàn)此處拱肩與山體外緣之間的距離只有4m,從斷面圖上可以看出偏壓相當(dāng)嚴(yán)重,如不對拱肩處進(jìn)行加固,前期施工階段安全將無法保障。2.2山體外側(cè)錨桿支護(hù)針對瓦房溝左線存在的淺埋、偏壓、垂直節(jié)理發(fā)育等地質(zhì)問題,依據(jù)隧道邊坡一體化理論,提出具體加固方案如下:(1)在ZK160+221～ZK160+188段設(shè)置反壓擋墻并在擋墻內(nèi)布設(shè)縱橫向I16分布鋼筋,間距50cm×75cm。擋墻設(shè)置在偏壓側(cè),既增加了拱肩的厚度,又對山體坡腳起到良好的反壓作用。(2)山體外緣設(shè)置L=4.0m的?22早強(qiáng)砂漿錨桿,@=100cm,一端焊接于擋墻內(nèi)分布鋼筋上,另一端與洞內(nèi)鋼拱架連接為一體,同擋墻一起限制山體的傾倒,對側(cè)山體有良好的抵抗作用。(3)左側(cè)山體外緣設(shè)置長10m的?32錨桿,并在擋墻腹部與分布鋼筋焊接,此法從側(cè)向打入,將巖體的垂直裂隙穿在一起,能有效地支撐洞頂覆蓋層,防止洞頂超挖及冒頂,減輕洞身襯砌受力。為洞身開挖提供了安全儲備,消除了偏壓對暫時穩(wěn)定的垂直節(jié)理圍巖引起的變形。(4)加強(qiáng)洞口段的初期支護(hù),增設(shè)仰拱工字鋼,使鋼拱架盡早封閉成環(huán),抵抗圍巖底部變形。2.3門段綜合分析瓦房隧道洞口段綜合治理見圖2。3隧道邊坡集成技術(shù)在龍溪左線的入口3.1前大跨門隧道洞段碥頭溪隧道位于商漫高速公路N25合同段法官鄉(xiāng)碥頭溪村,左線長124m,起訖點(diǎn)樁號為ZK160+435～ZK160+629.5,左線進(jìn)口明洞長7.5m,進(jìn)暗洞樁號為K160+622。隧道洞口處在一大型坡積碎石土體邊緣,洞口上方覆蓋1～3m的碎石,疏散、潮濕,碎石占40%,粒徑6～10mm。開挖前對洞口段進(jìn)行了實(shí)地測量并繪制了斷面圖(圖3)。從斷面圖上可以看出,該隧道為典型的淺埋、偏壓隧道。因此,如何處置淺埋、偏壓,安全穿越坡積層是進(jìn)洞的難點(diǎn)。3.2地表注漿加固針對該坡體在隧道進(jìn)洞施工、降雨及震動等因素影響下會產(chǎn)生滑動,依據(jù)隧道邊坡一體化理論,提出具體方案如下:(1)原設(shè)計(jì)邊、仰坡3m長的?22砂漿錨桿不能有效地起到對坡體的加固作用,用?50×5的注漿小導(dǎo)管代替砂漿錨桿,小導(dǎo)管長度5m,@=1.2m×1.2m,梅花形布置,壓注1∶1的水泥漿。(2)對ZK160+622～ZK160+605洞口段從中線至左側(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行地表預(yù)注漿加固,長度及間距同仰坡施工參數(shù)。仰坡及地表注漿施工說明:注漿孔采用KHYD110礦用電動鉆機(jī),鉆桿為麻花狀,成孔直徑為?90,鉆孔成功后為防止塌孔應(yīng)立即注漿,漿液由稀到濃,注漿壓力控制在0.5～1.0MPa,終壓為2.0MPa,注漿過程中若出現(xiàn)地表跑漿、漏漿,可適當(dāng)減小注漿壓力或采用間歇式注漿。為準(zhǔn)確確定漿液在土體里的擴(kuò)散半徑,可在施工前試鉆幾個試驗(yàn)孔,并根據(jù)現(xiàn)場注漿量換算擴(kuò)散半徑。Q=πR2L×η式中:Q為注漿量;R為擴(kuò)散半徑;η為土體空隙率。注漿小導(dǎo)管垂直打入破碎帶,將土體固結(jié)為一體,提高了圍巖的自穩(wěn)能力,降低了在自重、擾動及偏壓力作用下土體滑塌的可能,有效提高了山體抗滑能力和對偏壓的抵抗能力。消除了洞身開挖時的安全隱患。(3)偏壓側(cè)設(shè)置抗滑擋墻,采用C15片石混凝土,長度20m,起點(diǎn)為K160+622左側(cè),沿山坡腳分段澆注。(4)加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)。根據(jù)洞口段所處的地質(zhì)情況,結(jié)合新奧法的施工理念,洞身施工按照“先支護(hù)、后開挖、短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、勤量測”的基本原則進(jìn)行施工。對ZK160+622～ZK160+605段鋼拱架間距由0.75m調(diào)整到0.5m,徑向錨桿改為徑向小導(dǎo)管周壁注漿,漿液為1∶1水泥漿,注漿工藝同地表注漿工藝。4道邊坡一體化技術(shù)根據(jù)左線瓦房溝和碥頭溪隧道的不良地質(zhì)狀況,采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。施工中邊開挖邊封閉,與隧道邊坡一體化技術(shù)一致。圖4為開挖順序示意圖。①先行導(dǎo)坑上部開挖、初期支護(hù)、臨時支撐。②先行導(dǎo)坑下部開挖、初期支護(hù)、臨時支撐。③后行導(dǎo)坑上部開挖、初期支護(hù)。④后行導(dǎo)坑下部開挖、初期支護(hù)。⑤拆除臨時支撐。⑥模筑二次鋼筋混凝土仰拱、仰拱回填。⑦全斷面模筑二次鋼筋混凝土襯砌。5成功穿越不良地質(zhì)層在復(fù)雜的地質(zhì)條件下,通過隧道邊坡一體化技術(shù)使左線瓦房溝和碥頭溪隧道已順利進(jìn)洞,并成功穿越了不良地質(zhì)層。通過監(jiān)控量測得到的數(shù)據(jù)表明:拱頂下沉、周邊外移及拱腳收斂都在合理的范圍之內(nèi),現(xiàn)已處于穩(wěn)定狀態(tài),并且初期支護(hù)外觀無裂縫、無明顯變形。工程實(shí)踐證明,隧道邊坡一體化設(shè)計(jì)理念在隧道洞口段地質(zhì)病害治理工程中應(yīng)用是合理可行的。6斷面地址狀況復(fù)核(1)偏壓隧道施工技術(shù)要求相當(dāng)高,必須采用合理的