引漢濟渭二期工程某隧洞0+200塌方原因分析

蔣 銳, 焦振華

(陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 咸陽 712000)

引漢濟渭二期工程某隧洞0+200塌方原因分析

蔣 銳, 焦振華

(陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 咸陽 712000)

引漢濟渭二期工程某隧洞出現塌方現象,施工單位對塌方段能否處理和后續隧洞能否繼續開挖提出異議,分析塌方現象、塌方段洞室附近地質條件及塌方原因,得出對塌方工程處理是可行的,后續隧洞加強支護是可以成洞的結論。

隧洞;塌方;原因分析

引漢濟渭二期工程是陜西省引漢濟渭工程的重要組成部分,肩負著將一期工程調來的漢江水輸送至關中地區各供水對象的功能,供水受益人口1 411萬人,規劃線路總長330.77 km,靜態總投資197億元。

某隧洞位于引漢濟渭二期工程黃池溝—西安段重點線路上,現為地質勘探試驗洞,后期擬利用作為施工支洞使用。隧洞采用城門洞型,洞高7.2 m,寬9.2 m,全長688.2 m,進口底板高程543.27 m,末端底板高程508.37 m,設計縱坡4.36%～5.75%。

1 隧洞地質概況

隧洞地處秦嶺北麓的馬岔溝附近,地形南高北低,最大埋深310 m。隧洞進口段為第四系松散堆積層,基巖洞段為下元古界寬坪組(Pt1k)的二云石英片巖。

根據前期勘察資料,洞室圍巖分類及力學參數建議如表1所示。

表1 洞室圍巖分類及力學參數建議值表

隧洞地下水類型為基巖裂隙水,受大氣降水補給,由南向北排泄,地下水位大部分高于設計洞頂,地下水對砼及鋼結構均無腐蝕性。

勘察階段預測隧洞全洞正常涌水量為513 m3/d,最大涌水量為1 026 m3/d,單位洞段正常涌水量0.68 m3/d·m。預測隧洞在穿越斷層帶或寬大裂隙時可能產生涌水或突泥現象,具有產生中等涌水及突泥的可能,對工程施工安全有影響。

2 塌方情況

該樁號附近隧洞埋深約67 m,隧洞巖石較為破碎,施工單位采取機械掘進法進行開挖,當施工至K0+200位置時掌子面底部左中右出現三道股狀水,頂部兩道股狀水,隨即出現塌方,塌方范圍為K0+197～K0+202。此次塌方造成前面洞段支護的鋼拱架縱向有5根上部彎曲變形,右側基礎位移,塌方的現場情況如照片1所示。

根據現場查勘,塌方主要發生于洞軸線右側的洞頂及右壁,詳細塌方情況如下:中軸線左側1.0 m至右側的洞頂,洞室右壁,洞頂塌落高度0.5～5.5 m,總體塌落方量約100 m3。

照片1 塌方現場情況Photo 1 Collapse spot

3 塌方附近洞段的地質條件

根據施工地質編錄情況,塌方段附近洞段的地質條件如下:

(1) 巖性:樁號K0+194～K0+202段巖性為二云石英片巖,灰黑色,強風化,巖層產狀168°～170°∠10°～12°,巖體呈散體狀,局部為碎裂狀。

(2) 構造:樁號K0+194掌子面發育一條斷層f3,左側出露于底板以上2.70 m(照片2),右側出露于底板以上1.50 m(照片3)。斷層在掌子面出露的位置如圖1所示。

該斷層產狀30°～35°∠45°,破碎帶寬0.6 ～2.0 m,充填物以巖屑、碎石、塊石及斷層泥為主,松散結構,飽和狀。

照片2 K0+194掌子面左側斷層出露Photo 2 Left fault outcrop in K0+194 tunnel face

照片3 K0+194掌子面右側斷層出露Photo 3 Right fault outcrop in K0+194 tunnel face

斷層在樁號K0+197掌子面左側出露于底板以上4.0 m、右側2.8 m高。破碎帶寬度2.5 m左右,其中斷層泥寬約50 cm,松散結構,飽和狀,斷層在掌子面出露的位置如圖2所示。

(3) 地下水:樁號K0+194掌子面底板有明水流出,左側底板流量Q≈3～4 L/min,右側底板流量Q≈0.3～0.5 L/min;樁號K0+197掌子面左側底板2.0 m以上至拱角有涌水,初期流量Q≈45～50 L/min,后期逐漸減小至Q≈3～5 L/min并趨于穩定(照片4)。根據涌水位置及斷層f3的展布分析,該段洞室的涌水點均出露于斷層帶附近。

圖1 K0+194掌子面斷層出露位置Fig.1 Fault exposure site of K0+194 tunnel face1.云母石英片巖;2.斷層及破碎帶。

圖2 K0+197掌子面斷層出露位置Fig.2 Fault exposure site of K0+197 tunnel face1.云母石英片巖;2.斷層及破碎帶。

4 塌方原因的地質分析

根據塌方段洞室的工程地質條件,分析認為產生本次塌方的地質不利因素主要集中在圍巖類別、斷裂構造、地下水及支護基礎四個方面,分述如下:

(1) 圍巖類別:根據開挖揭示,塌方洞段圍巖為強風化的云母石英片巖,巖體呈散體—碎裂狀,洞室圍巖類別為Ⅴ類。該類圍巖極不穩定,圍巖不能自穩,變形破壞嚴重[1]。

照片4 K0+197掌子面左側涌水位置Photo 4 Left water gushing position in K0+197 tunnel face

(2) 斷裂構造:根據斷層f3在樁號K0+194及K0+197掌子面出露位置,斷層破碎帶寬度及斷層產狀,將斷層繪制于隧洞地質縱剖面上(圖3)。

采集隧洞及斷層的空間坐標位置,利用GOCAD軟件建立了隧洞與斷裂的空間關系(圖4)。

圖3 斷層f3在隧洞縱剖面的分布Fig.3 Distribution of fault f3 in longitudinal section of tunnel

由圖3及圖4可知在樁號K0+200處洞頂位于斷層f3的下盤附近,斷層破碎帶極為破碎,不能自穩,周圍的洞室巖體在斷裂構造作用下更加容易失穩塌落。

(3) 地下水:根據前述,斷層帶存在涌水現象,涌水軟化了洞室圍巖,造成巖體強度降低,更加劇了巖體的失穩。

(4) 支護基礎:根據現場了解,施工支護的鋼拱架基礎未進行加固處理,直接置于開挖巖體上,也未利用工字鋼連接成整體,施工過程排水不及時,鋼拱架基礎長期被水浸泡,強風化的二云母石英片巖軟化系數小,基礎受水浸泡軟化變形,從而破壞了鋼拱架的整體結構。

圖4 斷層f3與隧洞空間關系Fig.4 Spatial relationship of fault f3 and tunnel

在不利因素(1)、(2)、(3)的共同作用下,洞室圍巖存在失穩坍塌傾向,受不利因素(4)的影響,鋼拱架未能對拱頂失穩巖體形成支撐,最終產生了本次塌方現象。

5 結語

(1) 本次塌方的主要控制性因素是斷層f3,塌方范圍受斷裂控制,塌方規模不會太大,對塌方進行工程處理是可行的。

(2) 隨著隧洞深入,遠離了斷層f3的破碎帶及影響帶,在嚴格按照設計工藝施工的情況下,隧洞是可以繼續掘進的。

(3) 后續洞段在施工開挖時應加強支護措施,如小導管注漿,及時跟進支護。

(4) 后續洞段應加強排水措施,采取開挖集水井等措施,避免掌子面附近處于浸水飽和狀態。

(5) 后續洞段應加強碎裂巖體段鋼支護基礎的處理。

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質勘察規范:GB50487—2008[S].北京:中國計劃出版社,2008.

(責任編輯：陳文寶)

Landslide Cause Analysis of the K0+200 Area in a Tunnel ofHanjiang River to the Weihe River Project Ⅱ

JIANG Rui, JIAO Zhenhua

(ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign,Xianyang,Shaanxi712000)

One tunnel of Hanjiang River to the Weihe River Project Phase II occurred landslide,so construction unit questioned whether the collapse section can be treated and follow-up of the tunnel can continue to be dug or not. Based on the consideration of collapse and the geological conditions of the collapse area,this article analyses the causes of landslides.Therefore,it obtains the conclusion that the treatment of landslide area can be carried out. So,the tunnel can continue to be dug through the method of strengthening the support and protection.

tunnel; landslide; cause analysis

2016-04-29;改回日期:2016-05-09

蔣銳(1986-),男,工程師,地質工程專業,從事水利水電工程地質勘察與研究工作。E-mail:158001024@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)03-0480-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.054

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.014.html 數字出版日期:2016-05-11 15:36