岩溶隧道工程典型施工塌方病害防治措施.pdf

岩溶隧道工程典型施工塌方病害防治措施赵先科,张运亮(贵州顺康路桥咨询有限公司,贵州贵阳550000)摘要:由于岩溶的地质情况错综复杂,对隧道工程的修建极为不利,易造成塌方等灾害,对隧道施工的质量与安全有很大的威胁。本文通过西南地区某隧道施工塌方灾害处治工程实例,对岩溶地区隧道工程施工塌方的防治对策进行了分析;具体阐述了岩溶隧道工程施工塌方的原因及防治原则,并通过风险分析提出相应的风险控制措施及监控动态化管理措施,以提高工程建设和运行的安全性。关键词:岩溶隧道;施工;塌方;整治措施中图分类号:U458.1文献标志码:BP-荷载力;C-内聚力;Fv-垂直渗压力;W-浮文章编号:1672-4011(2017)08-0048-03力;S-冲击力;G-自重力;Fh-渗透力;P2-气体DOI:10．3969/j．issn．1672-4011．2017．08．025正压力;Pa-大气压;F-摩阻力;Po-气体负压力。图2塌陷受力分析0前言致塌力包括:自重力(G)、荷载力(P)、地下水的渗透压随着我国“一带一路”交通基础建设的发展,全国高速公力、大气压力(Pa)、振动力(S),气体负压力(P0)、气体正压路网逐步完善,高速公路桥隧占比也在不断增加;根据我国力(PI)等。岩溶塌陷地区的分布情况,西南地区地处岩溶情况复杂带,抗塌力包括:岩土体的内聚力(C)、地下水浮力(W)、摩山岭地区道路多隧道,继而修建大多数隧道不可避免地要穿擦力(F)。越岩溶发育区。隧道穿越的岩溶地层岩石多受溶蚀等作用1)潜蚀效应。随着地下水位下降,水力梯度越变越大。影响明显且地下水系活动情况比较复杂,不利于隧道的开当水力梯度上升某一固定值,达到土体粘聚力和土体颗粒间挖,极易引发塌方事故。根据2006~2007年25起隧道施工摩擦力小于水压力值,土颗粒便产生溶蚀塌方现象。安全事故分析,各种灾害事故占比见图1,隧道塌方事故占比2)自重效应:雨水入渗后,盖层厚度大,溶陷面积宽,自最高。重也大,使土拱承受更大的重量,导致塌陷。3)土体强度效应:土体吸水饱和后,内聚力与内摩擦角较天然状况时减少。4)其他效应:浮力效应,岩土体位于地下水位之中,便产生静水浮力。隧道开挖过程中,地下水外流,水位下降,产生压强差效应,土体的浮托力也随之减少,岩体扰动而发生塌方事故。1.2岩溶隧道塌方原因分析1)地质不良因子导致塌方。隧址区土质较为松散,结构图1事故分析占比较为破碎,开挖过程中常常会因为土体载重过大出现承载力1岩溶隧道施工塌方原因不足而塌方;当隧道穿过破碎断层区,开挖后还会出现因支护结构失稳而发生塌方;如果隧址区位于泥质土松软地带也隧道岩体在某个初始应力状态下处于一定的平衡状态。会导致塌方发生;当地下水比较丰富时极易出现塌方事故。开挖对围岩的扰动打破了岩体原有的应力平衡,随着因围岩2)施工不合理导致塌方。在施工过程中,隧道的支护结的开挖卸荷而产生应力重分布形成新的应力场;当此时地质构不合理、线形不准、施工方法及技术不当或是隧道施工材条件处于岩溶地段,在水环境条件下,岩体强度变低,开挖时料选择不合理极易引发塌方,严重的会造成隧道整段塌方。支护不及时或是支护强度不够,以致围岩适应不了回弹应力对于选择钻爆法施工的隧道,爆破炮眼的选择、爆破方式的和重分布应力而发生失稳现象,这种情况即为典型的岩溶地不合理,均会引起隧道塌方事故。区隧道施工塌方病害。3)隧道的受力状况。在隧道施工过程中,洞口仰坡产生1.1岩溶隧道施工塌方机理变形破坏,支护结构不合理;隧道围岩受扰动极易导致隧道隧道在掘进过程中,岩溶塌陷的实质即土洞的抗塌力小结构整体失稳,从而造成塌方。于致塌力的结果。如图2所示。4)隧道设计不合理。隧道在设计过程中对全线围岩类别没有进行很好地分类,导致对围岩情况不能全面合理地控收稿日期:2017-03-22;修回日期:2017-03-24制,因而支护类型无法满足围岩实际要求导致施工过程中发作者简介:赵先科(1987-),男,硕士研究生,从事隧道及岩土方向研究。生坍塌,严重的会造成隧道整段塌方事故。通信作者:张运亮(1988-),男,硕士研究生,从事桥梁与隧道工程方向研究。·48· 2岩溶隧道塌方防治原则及措施层岩性的影响,地下水沿走向运动,地表岩溶发育,形态以落水洞、槽丘、溶洞为主。较差的地质状况及浅埋深对隧道修2.1隧道施工塌方防治原则建极为不利。浅埋岩溶隧道不仅兼有浅埋隧道和岩溶隧道因地制宜、严控水、勤测量,同时结合当地的实际地质条的地质灾害特点,且浅埋、岩溶地质特点的结合使地质状况件和水文条件加强塌坑回填控制,落实注浆控制。变得更加复杂。隧道浅埋段地质情况如图3所示。2.2隧道施工塌方防治措施1)做好地下水排水处理控制。隧道工程施工的整个过程中,必须采取相应的排水措施。合理的排水可以有效阻止水渗入施工坑道内,合理地缩短施工工序时间差,避免出现因时差较长而产生围岩分化、松动的现象。所以,缩短工序之间的时差可以有效地保护工程已经完成的部分。2)爆破控制。选择合适的爆破方式,在爆破前,需对围图3隧道浅埋段地质示意图岩进行全面分析,根据开挖进度、开挖方式和围岩类别综合3.2塌方灾害概况分析选择合理的爆破方式,使隧道的爆破施工在更准确的方该隧道左线开挖至K30+189时,掌子面左、右侧拱肩分位进行。别出现直径为3.5、3.0m倾斜向地表延伸的溶洞,并伴有较3)塌方加固处理技术。岩溶塌陷处理控制应根据实际小的坍塌、突泥现象,且中线右侧出现拱顶掉块病害,已完成塌陷区域的塌陷量,因地制宜采取相应的塌坑回填措施。在的右侧初期支护产生破坏,坍塌区发展到桩号K30+184段进行塌坑回填时,应首先对塌坑内的塌陷松散物进行清理,时,施工现场及时采用泵送喷射混凝土初步稳定围岩。另再向塌坑内填充。例如分析开裂变形因素,采取径向注浆措外,在地表以上近隧址去河流支流处出现一个深约20m的施稳固围岩,在注浆过程中应密切关注注浆渗透情况,同时坍塌坑洞,主河道支流河水顺流进入坑内形成小水塘。围岩制备相应的止水方案及措施,防止渗透现象;对围岩破碎地因卸荷松软、支护已不能满足承载要求及水的侵蚀作用,塌带加强支护结构,采取钢拱架或锚杆技术对变形部位加强支方段土体达到饱和状态,随后引发隧道初支坍塌,隧道结构护。以上措施,一方面为防止塌方范围继续扩大,影响后续二次坍塌。坍塌区域地表出现沉陷直径40m的沉陷坑,塌施工,须进行初步加固处理;另一方面,后续处理阶段的措施方坑洞开口呈现漏斗状,见图4。灾害致使一名工人受轻伤,必须建立在前期合理的塌方回填技术方案的基础上,同时加一台钻孔台车及两辆出渣运输车辆被掩埋,靠近塌陷区域部强监控,确切掌握围岩的变形特征,不断跟进优化处理措施,分房屋出现裂缝。以满足隧道施工的整体性要求。4)塌方回填及岩溶空腔治理。塌腔的处理原则是既要起到稳固岩体表面,同时也要快速封闭塌腔。对塌方较为严重地带,对支护参数进行调整;必要时铺设防水板和土工布防水层加强防水措施,最后设置合理的空腔支撑再回填。塌方回填是建立在支护结构对岩体起到一定的支撑作用后,等强度达到理想的状态后,再对空腔进行回填,回填层内可用细砂回填形成缓冲保护层为辅、混凝土回填为主。回填后表图4隧道内涌泥带和地表塌陷区层采用泵送混凝土形成护层作封闭处理;且检查预留孔和回3.3处治措施填口是否满足要求。值得注意的是,在塌方地段的后续处理首先对隧道塌方灾害的发生诱因进行基本分析,发现灾过程中,按照隧道衬砌厚度的要求不能对隧道空间进行害最根本的诱因是施工开挖破坏了原有的岩溶通道系统,即侵占。外部致灾因子,而丰富的补给水源,十分发育的岩溶地质,隧5)监控量测。隧道施工做好隧道稳定性评价及塌方预道的埋深浅是引发并扩大塌方灾害的主要致灾因子。警。由于岩溶隧道隧址区域地质条件复杂,应高度重视监控塌方发生后,由于二次坍塌危害,鉴于可能会引发更大量测和超前地质预报工作,对施工过程中可能出现的局部地的塌方次生灾害,对已完成的隧道结构造成更大的伤害。因段含水层、围岩破碎引发失稳、塌方和涌水现象及时预测预此,本方案采取了在稳定掌子面的前提下加强支护结构,并报,并对其位置、桩号、规模及发展趋势做明确标识,制定合逐步对已破坏的支护结构进行补强,在对堆积体顶部通过预理的开挖方法和支护形式,预防塌方事故的发生。在易出现埋泵管的方法,最后喷射混凝土做封闭处理。塌方事故地段和塌方段地层稳定前,合理布设沉降观测点,在本次塌方事故治理过程中,全程进行了塌方区的监控加强围岩变形观测;对隧道结构的沉降、收敛以及地表沉降量测,以检查处理效果。经过持续60d的量测工作,最终围进行监测。岩收敛已基本保持稳定状态。3案例4结束语3.1隧道概况岩溶地质条件下隧道塌方事故的发生,既有自然因素西南地区某高速公路一段为上下分离的双向4车道长(不可控制因子),也有工程地质因素。尤其是岩溶地区,复隧道,隧道长3.58km,洞宽10.5m,高7.4m,岩溶段长450杂的地质情况更不利于隧道的修建。为了对隧道工程施工m,埋深20m,左、右线轴距为23.8m。这段隧道的围岩为灰塌方进行预防和控制,我们应坚持结合当地的实际地质条件岩、白云质灰岩,岩溶较为发育,岩溶通道与岩石裂隙形成大和水文条件,注重地下水控制,同时加强塌坑回填控制,落实量地下水通道。该隧道岩溶发育规律主要受地质构造和地(下转第67页)·49· 构的研究,将其技术引入我国建筑结构体系。在20世纪80代,型钢混凝土结构在短短时间内成为了桥梁建设的基本组年代,我国各高校及研究机构通过对型钢混凝土结构投入大成部分。如分别建于1997年的万县长江大桥和2004年的量研究与探索,对于其结构性能有了充分的把握,结合大量杭州市四小桥等。实验数据及现实实践,关于其结构的相应规范被编写并发行5结语出来。在过去的建筑结构之中,建筑物的底部截面面积常设计4型钢混凝土结构在我国的工程应用的比较大,被称之为“胖柱”,虽符合建筑抵抗地震的能力和4.1工业民用建筑上的应用其极限轴压比,但臃肿的结构既不实用又不美观。但是型钢自引进我国以来,型钢混凝土结构就被广泛应用于各行混凝土结构很好地解决了这一问题,在梁柱中配置型钢,不业工程建筑体系之中。在刚开始,工业建筑首先使用型钢混仅提高了结构的承载能力,其抵抗地震的能力也大为提升,凝土结构,再后来随着对其理论研究的不断加深,其应用技如此建筑物的整体刚度有效改善,其变形协调能力也相应提术不断被完善,在20世纪80年代后,我国的高层建筑中逐高。在当前的建筑体系当中,型钢混凝土结构甚至逐渐在建渐出现了型钢混凝土结构的身影。筑的基础和剪力墙中也承担着重要的角色,由此可见其应用香港中国银行是一栋70层高的宏伟建筑,在其建筑结前景之广泛。构整体构造之中大量使用了型钢混凝土结构。大厦共367m随着时代的进步与科技的的发展,我国工程建筑行业与高,还有4层地下结构。大厦的支撑体系中有5根大型型钢学术专家对型钢混凝土结构予以高度关注,随之进行了大量混凝土柱,其中使用的角钢尺寸是4m×4m。的实验研究。SRC这种结构性能优异,作为新型结构在未来北京长富饭店也应用了型钢混凝土结构,主要在于建筑有着非常好的应用前景,虽然在当前还存在着某些缺陷,但的地下2层结构,其他部分的88m上层皆使用钢结构。是在人们的不懈的研究之下,在未来必将被克服并在未来建上海瑞金大厦是一栋27层的高层建筑,其中1~9层均筑体系中大放异彩。使用型钢混凝土结构,而建筑整体是由钢筋混凝土结构和型[ID:004551]钢混凝土结构组合而成的。参考文献:上海金贸大厦举世瞩目,其主要承重柱为型钢混凝土结构和高强度钢筋混凝土结构组合而成,在其420多m的总高[1]金辉,朱志永.钢-混凝土组合结构[M].上海:同济大学出版度下,主体型钢混凝土组合柱承受了来自各方位的荷载效社,2004.应,其整体承载能力与刚度令人惊异。[2]郑涌林.型钢混凝土结构的抗震性能[J].山西建筑,2010,36(13):50-51.4.2在桥梁工程上的应用[3]韩晓玲.型钢混凝土结构在国内外的研究和应用[J].中国建随着时代的发展与科学技术的进步,对型钢混凝土结构材科技,2015,37(1):75-76.的研究在不断加深,其理论研究愈发完善,在桥梁工程上的[4]吕会文.浅谈型钢混凝土结构发展及设计方法的比较[J].科应用也越发多了起来。在现代桥梁体系中,对质量与技术的技创新导报,2009:5(9):93-94.要求随之加大。而预应力型钢混凝土结构由于优异的性能[5]秦慧敏.型钢混凝土结构在我国的应用和研究[J].山西科技,被广泛应用于现代桥梁体系当中。2008:23(2):154-155.起初型钢混凝土结构只是应用于桥梁工程中的某些构件,后来逐步发展为整个桥梁不可或缺的重要部分。在现■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■(上接第49页)[ID:004550]注浆控制,并科学使用强夯法,对岩溶塌陷进行科学预防和参考文献:治理,降低因岩溶隧道塌陷灾害而导致的财产损失和人员伤亡。每一步都严格把关,不放过一个死角,尽量使塌方发生[1]陈建勋,杨忠,袁雪戡.秦岭终南山特长公路隧道大埋深段施的风险、造成的损失降到最低。工监测及分析[J].建筑科学与工程学报,2006,23(3):711)做好施工稳定性评价和塌方预警,做好超前地质预-75.报,加强隧道施工监控量测。包括:①水文监测:地表积水、[2]刘学增,俞文生.隧道稳定性评价与塌方预警[M].上海:同济大学出版社,2010.干涸或放水灌溉及雨季前期降雨都是塌陷前兆;②异常监[3]李海斌.南岭隧道岩溶病害的勘察与分析[J].资源环境与工测:地面开裂、建筑物开裂、沉降等变形监测;井泉突然冒水,程,2006,20(4):69-72,88.地下水有异常声。[4]胡建华.广州地铁五号线草淘盾构区间溶洞处理方案[J].西2)隧道施工做好“管超前,弱爆破,严控水,早支护,勤测部探矿工程,2006,18(S1):279-280.量”,地质勘察、施工、监控量测等多个方面着手。[5]王晓形.浅埋洞室围岩压力若干问题研究[D].上海:同济大3)当岩溶灾害不可避免发生的时候,严格控制地下水涌学,2006.水量,采用适时的回填封闭技术,对灾害区段进行回填封闭。[6]顾义磊,李晓红,杜云贵,等.通渝隧道K21+780涌水突泥段如恢复地下水位坑道堵水、停用油水井和人工回灌或补偿地的治理[J].地下空间与工程学报,2005,25(5):96-99.下水、控制地下水位、压浆混凝土回填、强夯等技术措施。·67·