路河山隧道滑坡地段塌方處理

施利生

路河山隧道滑坡地段塌方處理

施利生

針對路河山隧道出口出現的塌方進行分析,從地表滑坡體和洞內施工兩方面進行了論述,提出了先對地表滑坡體采用注漿小導管進行加固,再對隧道坍方段采用“先拱后墻法”進洞的處理方案,達到了安全進洞的效果。

隧道,坍塌,滑坡體,注漿小導管,先拱后墻法

1 工程概況

欽崇高速公路路河山隧道出口位于廣西上思縣那琴鄉龍樓村那利屯南西向約 250m處。隧道凈寬 10.75m,凈高 5m,左右幅間距 30m。隧道右線出洞口里程 YK40+913,長度 2 008m。原施工方法：隧道出口端Ⅴ級圍巖,采用臺階分部法開挖,環形開挖進尺1.0m,及時施作錨噴支護,開挖前采用L=5m的超前小導管作超前支護。超前小導管環向間距 40 cm,縱向間距 250 cm為一環,配合鋼拱架使用,鋼拱架0.5m一榀。二次襯砌采用 L= 9m液壓襯砌臺車、模筑混凝土。

2 坍塌情況

2010年 7月 18日,當上臺階掌子面開挖到YK40+850.4處,滲水嚴重,圍巖土體松散,易失穩坍塌,停止上臺階掘進。2010年7月23日～25日,連日暴雨,YK40+867.2～YK 40+850.4段發生冒頂坍塌。因提前進行觀測并做好了預防措施,未發生人員傷亡。

2.1 坍塌造成的后果

1)塌方使洞內YK 40+867.2～YK40+850.4段初期支護完全破壞。2)塌方使掌子面和二襯之間全部被坍塌體填充,部分土石涌入已成的隧道二次襯砌混凝土洞內。3)在 YK 40+867.2～YK40+850.4段,塌至地表后形成長20m,寬12m的漏斗,地表下陷 6m,周邊地表開裂,有繼續下滑趨勢。

2.2 原因分析

1)地質情況：路河山隧道出口滑坡地段坍塌體上部粘土(試樣深度4.3m～4.5m),天然含水量 21%,密度 2.03 g/cm3,孔隙比0.627,飽和度91%,液性指數0.01,比重2.73,液限45.6%,塑性指數24.8,粘聚力58.7 kPa,摩擦角23°,壓縮系數0.26MPa-1,壓縮模量6.26MPa。下部泥質粉砂巖(試樣深度8.7m～9.3m),彈性模量平均值為 0.382×104MPa,泊松比 0.34,巖石本身抗剪斷強度垂直應力為0.1 MPa～0.3MPa,剪應力為0.121 MPa～0.142MPa,摩擦系數為0.25(天然),粘聚力為0.086MPa(天然)。隧道頂部埋深厚度 6m～7m,土體較為松散,多呈散狀,易受降水的影響,極易因局部失穩而引起連續反應,造成坍塌。2)滑動面的影響：洞內圍巖在坍塌段YK 40+850.4掌子面發現,拱頂下 1m～2.5m為軟塑粉質粘土與強風化泥質粉砂巖的交界面,層間連接差(層面光滑),節理及裂隙發育。巖層主要傾向北西,單斜順層向洞內偏左傾斜,加之裂隙水作用,導致滑動面上土體抗滑動能力差,加上山體的側壓力很大,上部支護結構不足以承受滑動推力,產生順層滑塌變形。3)偏壓的影響：該段右高左低,加上左洞已經開挖產生臨空面,偏壓使得初期支護左右兩側受力不均,在鋼架薄弱環節特別是接頭處易產生拉、剪破壞。在隧道右洞施工過程中,由于改變了山體的應力分布,破壞了原有的平衡,使得隧道仰坡側的圍巖開裂加大,產生臨空面,支撐力減少,在強大的側壓力作用下,支護結構不足以承受,結構遭到破壞,產生擠推變形。4)水的影響：連日暴雨使上部粘土發生物理化學反應,地表土體成淤泥狀態,洞內滲水加重,滑動面抗滑摩擦系數加劇變小,拱頂土體失去自穩能力。

3 處理方案

3.1 地表滑坡體處理

1)施工方法。首先,以坍塌體頂面、現有地面隧道中心線為基準對既有邊坡進行橫縱斷面測量放樣,邊坡下部按 1∶0.5,中部按 1∶0.75,上部按1∶1的坡率,每 3m～8m高度設一個 2m平臺的標準進行計算,坡腳距隧道中線左側 15.02m,右側19.77m,利用挖機將左、右側及掌子面三個方向進行刷坡。其次,對上部邊坡采用節長 6m的φ42×3.5mm無縫鋼管進行小導管高壓注漿,間距2m×2m,梅花形布置。坡面外露面掛25 cm×25 cm,φ8mm的A 3鋼筋網,焊接于小導管坡面出露端,噴射混凝土厚度 10 cm。并按2m×2m,2%～4%向外排水坡率,梅花形布置φ90 mm的PVC管泄水孔。最后,分別對中部及下部邊坡進行小導管高壓注漿加固,間距調整為沿隧道仰坡 1m×1m,左側邊坡 2m×2m,右側邊坡 0.8m×0.8m。另外,在已經刷好邊坡的仰坡頂 5m以外,因地制宜,提前做好截水溝,上平臺內側三個方向做好縱橫向連通排水溝,下平臺左側設 1m×1m×1m的縱向碎石盲溝,減少地表水滲入加固邊坡內側及明挖隧道塌方體內,影響邊坡的穩定。

2)施工參數。選用φ42mm/δ-3.5mm無縫鋼管,在管段中部,按梅花形鉆孔徑為 10mm的出漿孔,孔距0.15m。

注漿漿液：采用單液水泥漿注漿,注漿時應先注稀漿然后逐漸變濃,即水泥漿水灰比由1∶1到0.8∶1,水泥為 42.5號普通硅酸鹽水泥。注漿壓力：注漿時采用注漿泵分段注漿,初壓 0.3MPa～0.5MPa,終壓1MPa～2 MPa。注漿量：按Q=πr2Hnαβ計算(塌方體經測試地層孔隙率n取28.6%,經試驗漿液擴散半徑r取0.5m, H取6m,有效注漿系數 α取 0.8,漿液耗損系數β取 1.25)。

3)施工操作要點。導管應在滑坡體開挖面上按施工方案擬定的位置、長度和角度打入。注漿過程中要逐管填寫記錄。單孔注漿量根據現場注漿試驗加以修正,并不得少于平均注漿量的80%,注漿后應嚴格檢查機具、管路及接頭處牢固程度,以防傷人。

3.2 洞內處理

1)施工方法。坍塌處隧道頂部飽和土和隧道內淤泥隨洞內清淤工作的推進會繼續塌陷,為保證作業人員的安全,先將隧道內YK 40+867.2～YK 40+850.4坍方地段(長20 m,寬12m,高9m)的坍塌體利用挖機和鑿巖機分三次清除,并按 1∶(0.45～0.5)坡率控制好四個方向的坡率,與洞外滑坡體同法進行小導管高壓注漿加固,間距調整為 0.5m×0.5m,呈梅花形對稱布置。

當下挖至頂拱落腳點,在穩定的粉砂巖處施作弧長 13.68 m (內側鋼拱架每節弧長 3.42m,共4節,3.42×4),高度 3.122m,弦長 11.548m的鋼拱架,每榀 0.5m,縱向每榀鋼支撐處設置四根鎖腳錨桿與縱向槽鋼焊接并鎖住上臺階鋼拱架拱腳。在左、右側兩個方向,同上進行小導管高壓注漿、掛網噴射混凝土支護。

靠近掌子面YK 40+850.4處5 m的上臺階,先施工臨時仰拱,及時噴護封閉掌子面,設好出水口,并在鋼拱架內側立木模,模板厚度3 cm,全部按模筑混凝土施工,澆筑C30混凝土厚度 0.5m。

隧道坍方段(YK40+867.2～YK 40+850.4)的邊墻施工,采用留核心土環形分部開挖法進行掘進。施工時,先開挖下半斷面右馬口,按 1榀進尺拆除已變形損壞的鋼拱架,架立新鋼架,掛網、噴混凝土。再錯開 2m開挖下半斷面左馬口,同法施工鋼拱架,掛網、噴混凝土。左右側鋼架需與上部已完成頂拱的鋼拱架底部連接牢固,盡快封閉成環,安全施作左右側邊墻。最后,開挖下半斷面核心土及隧底、施作仰拱,并進行二次襯砌。

從YK 40+850.4開始,按原暗洞方法—臺階分部法,并增加中隔墻和臨時仰拱的方法施工,施工中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、非(弱)爆破、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的施工原則。

2)先拱后墻法。“先拱后墻法”是隧道及地下工程的施工方法之一,也稱支承頂拱法。在穩定性較差的松軟巖層中,為了施工安全,先開挖拱部斷面并及時澆筑頂拱與支護頂部圍巖(拱頂回填土),然后在拱頂保護下開挖下部斷面的邊墻并盡快澆筑。

3)施工操作要點。在開挖邊墻部分的巖層之前,必須將拱頂支承好,且拱圈的混凝土強度達到 70%以上。

開挖兩側邊墻部分的巖層時(俗稱挖馬口),須左右交錯分段進行,以免頂拱懸空而下沉。施工時,須開挖上下兩個導坑,開挖上部斷面時的大量石渣,可通過上下導坑之間的一系列漏渣孔裝車從下導坑運出,既提高出渣效率,又減少施工干擾。開挖時將臨時支撐和拱架都支承于坑道中間未被開挖的大塊核心底層上,以此減少拱圈環向跨度,降低上部拱腳的受力。待上半斷面完全修筑完畢,設置臨時仰拱后再進行下半斷面的施工。待頂拱固結及邊坡加固 28 d后,即可進行拱頂土回填,使拱頂臨空面全部封閉,抵抗滑移并形成自穩,且對拱圈產生反壓穩固作用。

4 處理效果

路河山隧道塌方段的處理,采用洞外滑坡體小導管注漿 +掛網噴射混凝土和洞內采用超前小導管與工字鋼鋼架相結合的“先拱后墻法”施工技術,安全順利地通過了塌方段,施工過程未再次發生坍塌現象,監控量測結果也表明滑坡體位移、地表沉陷和洞內水平收斂處于正常范圍內,該處理方案保證了路河山隧道滑坡地段安全進洞,實踐證明是行之有效的。

[1] 傅鶴林,趙朝陽.隧道安全施工技術手冊[M].北京：人民交通出版社,2010：140-141,219-224.

[2] 彭立敏,劉小兵.交通隧道工程[M].長沙：中南大學出版社,2003.

[3] JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

The processing of landslides in Luhemountain tunnel section

SH I Li-sheng

Analysis the existing collapse in export of Luhe mountain tunnel,discussed from two aspects which are surface landslide and hole grouting,puts forward that first strengthens surface landslide using groutingm ini tube,then using the method of wall after arch in tunnel collapsed section which reached the effectof safely into the hole.

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U 458.3

A

1009-6825(2011)09-0175-02

2010-12-05

施利生(1965-),男,工程師,中鐵二十四局集團南昌鐵路工程有限公司,江西南昌 330002