高速公路隧道涌水塌方成因分析及處治技術(shù)

黃 宗 英

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400)

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高速公路隧道涌水塌方成因分析及處治技術(shù)

黃 宗 英

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400)

根據(jù)廣東省某高速公路隧洞涌水塌方的實(shí)際情況，探討了涌水塌方的成因，并采用FLAC數(shù)值軟件，模擬分析了斷層破碎帶條件下隧道開挖時(shí)圍巖的受力特征，結(jié)合模擬結(jié)果，提出了隧道涌水塌方的處治技術(shù)。

隧道，涌水塌方，掌子面，錨桿，管棚

近年來，我國交通事業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)加快了高速公路隧道的建設(shè)。但是在隧道的建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到地質(zhì)條件比較復(fù)雜的區(qū)域，一旦某項(xiàng)工序出現(xiàn)問題，就會(huì)直接導(dǎo)致涌水事故、塌方事故的產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)隧道的建設(shè)造成嚴(yán)重影響，甚至?xí){到社會(huì)民眾的生命安全。可見，高速公路隧道施工中的涌水塌方問題處治，對(duì)隧道的質(zhì)量有直接的影響，我們一定要對(duì)其引起重視。基于此，文章對(duì)高速公路隧道涌水塌方的成因以及處治技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，有利于隧道工程的順利施工。

1 工程概述

廣東省某高速公路左右分離式隧道，長約1.7 km，最大埋深約127 m。在施工過程中，該隧道采用的是鉆爆發(fā)式分臺(tái)階施工法，并將復(fù)合式襯砌當(dāng)作唯一的支護(hù)系統(tǒng)，利用整體澆筑的方式來實(shí)施二次襯砌。

根據(jù)衛(wèi)星遙感圖片和航測圖片的解譯、電法聯(lián)剖物探實(shí)測資料、野外實(shí)地地質(zhì)調(diào)查,認(rèn)為隧道區(qū)屬于北江大斷裂東側(cè)影響帶,區(qū)內(nèi)北東向斷裂和北西斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,并推測在ZK56+215～ZK57+070區(qū)段有古代滑坡體存在(下切深度不明)。在隧道進(jìn)口端發(fā)育有三條北東向斷層,其具體位置是:ZK56+435；ZK56+455(即現(xiàn)塌方區(qū))；ZK57+055(即上部水塘塌陷處)。三條斷裂構(gòu)造的走向與隧道走向近于垂直,前兩條斷裂傾角60°～70°,傾向東南,后者近于直立。結(jié)合周邊地區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料分析,該地區(qū)的斷裂構(gòu)造具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn),壓扭性與強(qiáng)性活動(dòng)交替重復(fù)出現(xiàn),現(xiàn)多表現(xiàn)為壓性或壓扭性,斷層破碎帶及影響帶寬度較小,多呈緊閉狀[1]。

隧道的選址區(qū)位于地表水，大部分都分布在季節(jié)性沖溝周圍。地下水主要由斷層破碎帶空隙裂隙水、碎屑巖類空隙裂隙水以及第四系松散空隙水組成，其主要補(bǔ)給來源為大氣降水，地下水是在隧道鉆孔時(shí)發(fā)現(xiàn)的，水位埋深大約在1.3 m～45.8 m之間。隧道穿越多條斷層破碎帶，由鉆孔CSK37可知，直徑大概在1.4 m。在地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)該隧道YK57+010右68 m為濕陷性土質(zhì)，寬為1.6×1.6，全年都有水流經(jīng)過，且水量會(huì)隨著季節(jié)的改變而變化。在實(shí)際調(diào)查時(shí)，水流的速度為0.8 L/s，主要為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┯盟?/p>

2 高速公路隧洞涌水塌方成因

2.1 涌水塌方實(shí)際情況

左洞開挖至ZK56+782時(shí)，掌子面潮濕，局部有水滲出，處理后繼續(xù)開挖。在2014年11月20日的凌晨4點(diǎn)時(shí)，掌子面開挖至ZK56+787，內(nèi)側(cè)拱肩部位有較大涌水現(xiàn)象，水頭噴出約為0.8 m，雖有洞內(nèi)排水措施，但洞內(nèi)仍有積水。21日上午9時(shí)，左洞內(nèi)側(cè)拱肩部位發(fā)生塌方，超前支護(hù)及5榀拱架遭到破壞，塌方量約為100 m3。現(xiàn)場各方緊急召開會(huì)議，決定加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測，等涌水變小后采用雙液帷幕注漿堵水，更換受損拱架并變更本段圍巖支護(hù)為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)，超前支護(hù)變更為雙層注漿小導(dǎo)管。

2.2 涌水塌方成因分析

通過分析隧道涌水塌方的發(fā)生頻率、突涌物成分，再結(jié)合超前地質(zhì)的預(yù)報(bào)情況，我們可以得知該隧道發(fā)生涌水塌方地區(qū)的斷層破碎帶現(xiàn)象是因?yàn)闃?gòu)造破碎帶溶蝕而產(chǎn)生，斷層破碎帶的填充強(qiáng)度要高于破碎巖塊和泥漿，而且左右洞中涌水、塌方基本上都是同一個(gè)破碎帶，水系相連，隧道軸線與破碎帶之間形成了一個(gè)80°的角。另外，斷層破碎帶以及豐富的地下水都為涌水塌方現(xiàn)象的產(chǎn)生提供了相應(yīng)的條件，在隧道挖到破碎帶處時(shí)，會(huì)受到地下水較強(qiáng)的靜水壓力，不斷沖刷著裂隙，導(dǎo)致涌水塌方現(xiàn)象的產(chǎn)生[2]。

3 數(shù)值模擬分析

為了對(duì)高速公路隧道涌水塌方的成因進(jìn)行詳細(xì)分析，有效解釋斷層破碎帶在隧道開挖中的重要作用，可以采用FLAC數(shù)值軟件對(duì)斷層破碎帶條件下隧道開挖時(shí)圍巖受力變形情況進(jìn)行模擬。首先，建立有效模型。為了便于有關(guān)部門對(duì)其進(jìn)行分析，可以假設(shè)斷層破碎帶出現(xiàn)在隧道的上方，而且里面摻雜著泥水混合物，隧道跨度可以假設(shè)為15 m，高度假設(shè)為9 m，在摩爾—庫侖準(zhǔn)則下進(jìn)行相關(guān)問題的分析，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格的劃分；其次，模型分析結(jié)果。通過實(shí)際模擬，可以發(fā)現(xiàn)圍巖會(huì)沿縱向出現(xiàn)變形的情況，其應(yīng)力增加，這時(shí)隧道掌子面與斷層破碎帶的距離為15 m。另外，斷層破碎帶下面掌子面處，圍巖變形情況異常嚴(yán)重，而且應(yīng)力在不斷加強(qiáng)，由此可見，如果隧道中存放到斷層破碎帶，那么就特別容易出現(xiàn)涌水塌方現(xiàn)象。因此，我們一定要對(duì)地質(zhì)的情況進(jìn)行提前分析，并利用有效措施進(jìn)行解決處理。

4 高速公路隧道涌水塌方的處治技術(shù)

4.1 確保掌子面穩(wěn)定

保證掌子面的穩(wěn)定，是處治隧道涌水塌方問題一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。在具體施工過程中，可以利用15 cm厚的噴混將掌子面封閉起來，并在掌子面周圍架設(shè)一些臨時(shí)的鋼架進(jìn)行支撐。臨時(shí)鋼架可以通過角撐的作用將鋼架固定在圍巖上面或者是已經(jīng)完工的拱架上面。而地表可以利用砂漿進(jìn)行封閉，對(duì)于可見的滲水裂縫可以在填補(bǔ)灌漿的方法下實(shí)現(xiàn)封閉，防止出現(xiàn)地下水下滲的現(xiàn)象。另外，當(dāng)快要完成超前支護(hù)工作時(shí)，一定不要急于開展清渣工作，要在做好穩(wěn)定措施，保證涌水塌方地段的安全之后，才能開展下一項(xiàng)工作。

4.2 超前錨桿施工

在進(jìn)行超前支護(hù)工作時(shí)，可以使用直徑為76 m的自進(jìn)式錨桿，每個(gè)錨桿的環(huán)向距離要控制在20 cm左右，傾角要在10°～15°之間。具體施工要從已經(jīng)完工的階段入手，錨桿底部樁號(hào)為YK57+036，進(jìn)入圍巖前段的長度應(yīng)該不小于2 m。當(dāng)鉆進(jìn)錨桿時(shí)，要對(duì)斷層破碎帶內(nèi)的泥土進(jìn)行注漿加固。

4.3 有效利用超前管棚與加密鋼架

因?yàn)樵撍淼烙克勘容^大，對(duì)斷層破碎帶造成了非常嚴(yán)重的影響，因此，對(duì)于斷層破碎帶可以利用超前大管棚預(yù)注漿進(jìn)行加固，大管棚可以用直徑為110 m，厚度為12 mm的無縫鋼管代替，而長度要按照斷層破碎帶的長度進(jìn)行確定。在實(shí)際施工時(shí)，管棚之外的插角要從2°～3°處打入圍巖，鉆進(jìn)過程中一定要注意不能將注漿孔堵住，施工完成之后要注漿加固斷層破碎帶段。為了確保開挖過程的穩(wěn)定性，還應(yīng)該加強(qiáng)初期支護(hù)的強(qiáng)度，并采用Ⅰ18型的鋼架，將間距縮短為2 m[3]。

4.4 注重地下水的導(dǎo)排

在挖掘掌子面時(shí)，待仰拱開挖結(jié)束之后，要在鉆孔所揭露情況的基礎(chǔ)上，將排水管預(yù)埋在底部，其管的直徑大概在15 cm，從而起到減小破碎帶水系的受損壞程度。

5 結(jié)語

涌水塌方事故對(duì)高速公路隧道造成的影響巨大，我們一定要采取相應(yīng)的處治技術(shù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)高速公路隧道的順利施工，為人們的出行安全提供一定保障。

[1] 高保童,王 琪.隧道涌水塌方成因機(jī)制分析及處治技術(shù)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2015(11):190-192.

[2] 舒 彪.高速公路隧道涌水塌方成因分析及處治技術(shù)[J].珠江水運(yùn),2016(4):76-77.

[3] 許國平.巴懷隧道特大塌方成因機(jī)制及處治措施探討[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2012(6):361-364.

On analysis of reasons for water burst and collapses of highway tunnels and their treatment

Huang Zongying

(GuangdongNanyueTransportationInvestment&ConstructionCo.,Ltd,Guangzhou511400,China)

According to the water burst and collapse of some highway tunnels in Guangdong, the paper explores the reasons for the water burst, and adopts FLAC numeric software to simulate and analyze the stressed features of the surrounding rocks in the tunnel excavation under the fault fracture zone, and points out the treatment of the tunnel burst and collapses.

tunnel, burst and collapse, tunnel face, anchor rod, pipe shed

1009-6825(2017)11-0182-02

2017-02-06

黃宗英(1983- )，男，碩士，工程師

U457.2

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