岩堆体特征及其对隧道工程的影响.pdf

第41卷第2期Vol.41，No.22015年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2015岩堆体特征及其对隧道工程的影响蒋向阳(中国铁建投资公司,北京100085)摘要:在西南地区常遇到岩堆体这种特殊地质条件,混合形成堆积体;⑤随上部堆积体的增加,在降雨等因素给隧道施工带来困难。分析了岩堆体形成机理和工程特征,作用下,岩堆体逐渐密实,并可能形成向下的滑动趋势;探讨了岩堆体对隧道施工造成的影响及其对应的工程措施。⑥岩堆体趋于稳定。为隧道施工中岩堆体诱发地质灾害的防治提供参考依据。关键词:隧道工程;岩堆;形成机理;工程特征2岩堆体特征中图分类号:U455文献标志码:B2．1外部特征文章编号:1672-4011(2015)02-0171-02岩堆体主要分布在山岭区的陡坡上或山麓下,岩堆体DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.02.077深度变化很大,上部较疏松,中下部较密实,深度一般在0前言10~45m,甚至更深。其纵断面一般呈各种形状的三角形,主要由岩堆基底傍依区和岩堆坡面所围成的三角形区域组岩堆体是岩体在自然条件等因素的影响下产生崩塌、成(见图2)。图2中1~3分别表示为岩堆基准面(基底),错落,久而久之在陡竣山坡上或坡脚下形成的疏松的堆积支承(傍依)区和岩堆坡面。受地下水影响,岩堆体底部与体。岩堆体物质成分复杂,孔隙度大,结构松散,透水性基岩接触面处一般有可塑状低液限黏土夹碎石软层。一般强,本身处于极限平衡状态,且容易受到地下水的影响,而言,上下陡中间缓型岩堆的稳定性最好,其次是单面坡属于特殊软弱围岩。型,上陡下缓型岩堆稳定性最差。[1]1968年,Rapp和Fairbridget给出了岩堆的简单定义;[2]2006年,Obanawa和Matsukura提出了一种可以同时考虑边坡平行后退和边坡变缓两种情况的岩堆数学模型。国内学者在内昆铁路时开展岩堆体的研究工作并逐渐重视[3-6]。323232本文从岩堆体形成机理和工程特征入手,探讨岩堆体对隧111道施工造成的影响及其对应的施工措施。(a)岩堆基底水平,(b)岩堆基底水平,(c)岩堆基底倾斜,1岩堆体形成支承面竖直支承面倾斜支承面倾斜图2岩堆纵断面形式岩堆体的形成条件是多样的,形成途径主要有两个,一是由千枚岩、泥质页岩以及各种板岩、片岩等软弱且易岩堆体坡面形状,即平面形态。岩堆体大小和范围极风化的岩层所组成的大坡度山坡;二是在构造带的交接部不一致,其面积少则几十平方米,大则几平方公里。其平位,经多次地壳运动,因岩层遭遇强烈破坏,岩石风化剥面形态主要有楔形、三角形、舌形、半圆形、梨形、梯形落在山脚而形成的岩堆。等类型。圆形岩堆相对最稳定,而舌形岩堆和梨形岩堆稳岩堆的形成发展过程可分为三大阶段:①母岩崩解;②定性最差,如图3所示。风化产物的搬运;③风化物的堆积。与此相适应,岩堆的形成过程可划分为与上述三个阶段相对应的三个区域,分别是:A-供给区;B-搬运区;C-堆积区。如图1所示。AABBCC21(a)楔形(b)三角形(c)舌形图1岩堆形成过程通过查阅云南省昭通地区高速公路沿线岩堆的踏勘和地质资料,该地区岩堆形成过程如下:①在地壳板块运动过程中,地层受构造挤压作用而隆起抬升,形成陡峭山峰;②在逆层边坡侧,岩层断裂出露,形成软弱泥岩与坚硬岩层(砂岩或灰岩)的交替结构;③由于软弱泥岩易于风化,(d)半圆形(e)梨形(f)梯形碎裂块体沿边坡滚落逐渐在坡脚或突出坡台堆积;④悬空图3岩堆平面形态硬岩在外力和风化作用下断裂,沿边坡滚落与软岩风化物2．2内部特征岩堆体上部覆盖层为黏土夹碎石,下部为块石土夹黏作者简介:蒋向阳(1968-),男,高级工程师,主要从事施工管理工作。土,岩堆主要由千枚岩、泥岩、页岩、板岩和片岩的风化·171· Vol.41，No.2第41卷第2期April，2015SichuanBuildingMaterials2015年4月产物与砂岩、石灰岩和花岗岩等的岩块堆积而成。碎屑岩3)对于边仰坡失稳及围岩软弱问题。主要是进行小导类岩堆由砂岩质块(碎)石和玄武岩块(碎)石组成,块管注浆、网喷支护处理边坡;石含量70%~80%。碳酸盐岩类岩堆由灰岩质、白云岩岩4)对洞内流沙。开挖时应准备草束或麻袋,随时堵塞质块(碎)石组成,块石含量80%~90%。缝隙,以免漏砂引起坍塌;5)针对失稳,偏压问题。在岩堆体中隧道施工,采取3岩堆体力学参数大管棚注浆超前支护,短进尺,弱爆破,及时施作加强型的初期支护,锁脚锚杆,尽早成环,形成封闭结构。尽管岩堆体的力学性质研究十分困难,但是研究者依[7]然取得了一些有价值的成果,vallejo等对砂石~黏土混6结束语合材料的孔隙度与抗剪强度进行了研究,得出混合材料的抗剪强度与砂石、土的比例有关,当砂石的重量比小于1)现有的成果主要是针对具体实际岩堆边坡的综合治40%时,材料抗剪强度主要由黏土的抗剪强度控制;当砂理进行研究,对于岩堆的形成条件、机理、几何特征及变石的重量比介于40%~75%之间,材料抗剪强度由砂石的形规律,以及岩堆的破坏模式和破坏机理方面的研究较少,摩擦阻力和黏土的抗剪强度共同控制;当砂石的重量比超在机理分析的基础上提出标准化施工方案及其基本施工措过75%时,材料抗剪强度主要由砂石的摩擦阻力控制;混施的研究更少,有待深入研究;合体抗剪强度随含石率增加而增加。2)岩堆体作为山区的一种不良地质,必须根据其特殊可以根据现场岩堆体的坡度来初步判断岩堆体的摩擦性查明其固有性质,同时还须查明周围环境条件对岩堆稳角。岩堆的含石率较高,岩堆表面坡度一般也较大;相反,定性的影响;坡度相应变小;随着岩堆的增加以及雨水的作用,将逐渐3)在岩堆体隧道施工时,施工时间应该尽量选在非雨密实,因此对早期的岩堆,其稳定性高。岩堆体整体松散,季阶段,施工前必须对边、仰坡进行注浆加固,做好排水其粘聚力低,岩堆体的粘聚力为大约8~20kPa。工作。施工时采用超前支护,短进尺,弱爆破,先探后挖,及时调整施工,及时施作初期支护,锁脚锚杆,尽早成环。4岩堆体对隧道施工的影响[ID:001914]在穿越岩堆体隧道的施工中,导致进洞困难的根本原参考文献:因有两个方面:一是水患,二是围岩松散软弱。施工中的[1]RappA,FairbridgeRW.Talusfanorcone;screeandcliffdebris.困难具体表现为:卡钻与孔塌现象,严重影响喷锚支护的In:Fairbridge,R.W.(Ed),TheEncyclopediaofGeomorphology.施工速度,增加施工成本;锚固力不足、坍塌现象、边坡NewYork[J].ReinholdBookCorporation,1968:1106-1109.失稳、涌水现象、流砂现象。[2]ObanawaH,MatsukuraY.Mathematicalmodelingoftalusdevelop-ment[J].ComputersandGeosciences,2006,9(32):1461-5岩堆体隧道施工控制措施1478.[3]王万值.内昆铁路大关车站岩堆的综合治理[J].重庆建筑,针对以上问题,在岩堆体隧道施工过程中,采取的防2005,4(5):36-37.治措施主要有两大原则。一是,隧道防排水设计原则:“以[4]薛亚东,黄宏伟,刘忠强.云南水麻高速公路岩堆体边坡结构特排为主,堵、截、防、排相结合”;二是,隧道开挖原则:征研究[J].地下空间与工程学报,2007,27(7):1295-1299.“减少对围岩的扰动、先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭”。[5]张胜,刘拴奇,张永亮.麻柳湾-昭通高速公路岩堆体强度参数具体措施包括:的反演统计规律研究与应用[J].西南公路,2013,40(2):1571)对于施工过程中的成孔困难。采用锚杆钻机跟管钻-161.进的方法、套管跟进取代管棚,此外还可采用小导管径向[6]熊冰.某高速公路岩堆体特征及对路基工程影响分析[J].铁注浆取代中空锚杆径向注浆的方法;道工程学报,2014,31(1):49-52.2)针对锚固力不足的问题。采用管锚与注浆联合支护[7]VallejoL,MawbyR.Porosityinllueneeontheshearstrengthofgranular技术,全面调动了围岩自身承载能力,是目前解决岩堆体material-claymixtures[J].EngineeringGeology,2000,58(2):125-136.支护问题的最有效手段;■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■(上接第170页)大跨度隧道的隧道和围岩特性。通过地质数据、墙变形的系统性测量以及隧道四周至地表围岩的测量,我们尝试着-300-200-1000100200分析隧道周围开挖损坏区在空间和时间上的形成机制。通0.00过对围岩位移和隧道变形的监测得出如下结论:1)当围岩松弛考虑为30%~35%,计算和测量结果较-0.10/m一致,这意味着隧道掌子面前方和其邻近地方出现了此范移位-0.20围内的变形;向方2)隧道墙体主要的位移出现在垂直方向;Y-0.303)直到管线完全闭合仰拱施工完成隧道收敛才会停止;因此,仰拱安装是最终变形的主要因素。-0.40两隧道中心线间距离/m通过数值模拟对围岩位移的空间分布进行分析(有限差FLAC测量点方法),应变软化本构模型采用莫尔库伦标准。采用神经网图22测量值与计算值对比络方法通过第一次测量数据预测最终位移和形成时间。其结果显示安装时间和初期支护刚度是决定隧道四周松弛区5结论域半径和隧道上方地表最终沉降的最重要因素。在预测最终位移基础上,如有必要,这种支护能够在短时间内得到Golovec隧道和按新奥法进行施工初期阶段的困难使我加强。[ID:001781]们有机会去研究和分析在软围岩和低到中等覆盖层情况下·172·