路河山隧道滑坡地段塌方处理

施利生

路河山隧道滑坡地段塌方处理

施利生

针对路河山隧道出口出现的塌方进行分析,从地表滑坡体和洞内施工两方面进行了论述,提出了先对地表滑坡体采用注浆小导管进行加固,再对隧道坍方段采用“先拱后墙法”进洞的处理方案,达到了安全进洞的效果。

隧道,坍塌,滑坡体,注浆小导管,先拱后墙法

1 工程概况

钦崇高速公路路河山隧道出口位于广西上思县那琴乡龙楼村那利屯南西向约 250m处。隧道净宽 10.75m,净高 5m,左右幅间距 30m。隧道右线出洞口里程 YK40+913,长度 2 008m。原施工方法：隧道出口端Ⅴ级围岩,采用台阶分部法开挖,环形开挖进尺1.0m,及时施作锚喷支护,开挖前采用L=5m的超前小导管作超前支护。超前小导管环向间距 40 cm,纵向间距 250 cm为一环,配合钢拱架使用,钢拱架0.5m一榀。二次衬砌采用 L= 9m液压衬砌台车、模筑混凝土。

2 坍塌情况

2010年 7月 18日,当上台阶掌子面开挖到YK40+850.4处,渗水严重,围岩土体松散,易失稳坍塌,停止上台阶掘进。2010年7月23日～25日,连日暴雨,YK40+867.2～YK 40+850.4段发生冒顶坍塌。因提前进行观测并做好了预防措施,未发生人员伤亡。

2.1 坍塌造成的后果

1)塌方使洞内YK 40+867.2～YK40+850.4段初期支护完全破坏。2)塌方使掌子面和二衬之间全部被坍塌体填充,部分土石涌入已成的隧道二次衬砌混凝土洞内。3)在 YK 40+867.2～YK40+850.4段,塌至地表后形成长20m,宽12m的漏斗,地表下陷 6m,周边地表开裂,有继续下滑趋势。

2.2 原因分析

1)地质情况：路河山隧道出口滑坡地段坍塌体上部粘土(试样深度4.3m～4.5m),天然含水量 21%,密度 2.03 g/cm3,孔隙比0.627,饱和度91%,液性指数0.01,比重2.73,液限45.6%,塑性指数24.8,粘聚力58.7 kPa,摩擦角23°,压缩系数0.26MPa-1,压缩模量6.26MPa。下部泥质粉砂岩(试样深度8.7m～9.3m),弹性模量平均值为 0.382×104MPa,泊松比 0.34,岩石本身抗剪断强度垂直应力为0.1 MPa～0.3MPa,剪应力为0.121 MPa～0.142MPa,摩擦系数为0.25(天然),粘聚力为0.086MPa(天然)。隧道顶部埋深厚度 6m～7m,土体较为松散,多呈散状,易受降水的影响,极易因局部失稳而引起连续反应,造成坍塌。2)滑动面的影响：洞内围岩在坍塌段YK 40+850.4掌子面发现,拱顶下 1m～2.5m为软塑粉质粘土与强风化泥质粉砂岩的交界面,层间连接差(层面光滑),节理及裂隙发育。岩层主要倾向北西,单斜顺层向洞内偏左倾斜,加之裂隙水作用,导致滑动面上土体抗滑动能力差,加上山体的侧压力很大,上部支护结构不足以承受滑动推力,产生顺层滑塌变形。3)偏压的影响：该段右高左低,加上左洞已经开挖产生临空面,偏压使得初期支护左右两侧受力不均,在钢架薄弱环节特别是接头处易产生拉、剪破坏。在隧道右洞施工过程中,由于改变了山体的应力分布,破坏了原有的平衡,使得隧道仰坡侧的围岩开裂加大,产生临空面,支撑力减少,在强大的侧压力作用下,支护结构不足以承受,结构遭到破坏,产生挤推变形。4)水的影响：连日暴雨使上部粘土发生物理化学反应,地表土体成淤泥状态,洞内渗水加重,滑动面抗滑摩擦系数加剧变小,拱顶土体失去自稳能力。

3 处理方案

3.1 地表滑坡体处理

1)施工方法。首先,以坍塌体顶面、现有地面隧道中心线为基准对既有边坡进行横纵断面测量放样,边坡下部按 1∶0.5,中部按 1∶0.75,上部按1∶1的坡率,每 3m～8m高度设一个 2m平台的标准进行计算,坡脚距隧道中线左侧 15.02m,右侧19.77m,利用挖机将左、右侧及掌子面三个方向进行刷坡。其次,对上部边坡采用节长 6m的φ42×3.5mm无缝钢管进行小导管高压注浆,间距2m×2m,梅花形布置。坡面外露面挂25 cm×25 cm,φ8mm的A 3钢筋网,焊接于小导管坡面出露端,喷射混凝土厚度 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,分别对中部及下部边坡进行小导管高压注浆加固,间距调整为沿隧道仰坡 1m×1m,左侧边坡 2m×2m,右侧边坡 0.8m×0.8m。另外,在已经刷好边坡的仰坡顶 5m以外,因地制宜,提前做好截水沟,上平台内侧三个方向做好纵横向连通排水沟,下平台左侧设 1m×1m×1m的纵向碎石盲沟,减少地表水渗入加固边坡内侧及明挖隧道塌方体内,影响边坡的稳定。

2)施工参数。选用φ42mm/δ-3.5mm无缝钢管,在管段中部,按梅花形钻孔径为 10mm的出浆孔,孔距0.15m。

注浆浆液：采用单液水泥浆注浆,注浆时应先注稀浆然后逐渐变浓,即水泥浆水灰比由1∶1到0.8∶1,水泥为 42.5号普通硅酸盐水泥。注浆压力：注浆时采用注浆泵分段注浆,初压 0.3MPa～0.5MPa,终压1MPa～2 MPa。注浆量：按Q=πr2Hnαβ计算(塌方体经测试地层孔隙率n取28.6%,经试验浆液扩散半径r取0.5m, H取6m,有效注浆系数 α取 0.8,浆液耗损系数β取 1.25)。

3)施工操作要点。导管应在滑坡体开挖面上按施工方案拟定的位置、长度和角度打入。注浆过程中要逐管填写记录。单孔注浆量根据现场注浆试验加以修正,并不得少于平均注浆量的80%,注浆后应严格检查机具、管路及接头处牢固程度,以防伤人。

3.2 洞内处理

1)施工方法。坍塌处隧道顶部饱和土和隧道内淤泥随洞内清淤工作的推进会继续塌陷,为保证作业人员的安全,先将隧道内YK 40+867.2～YK 40+850.4坍方地段(长20 m,宽12m,高9m)的坍塌体利用挖机和凿岩机分三次清除,并按 1∶(0.45～0.5)坡率控制好四个方向的坡率,与洞外滑坡体同法进行小导管高压注浆加固,间距调整为 0.5m×0.5m,呈梅花形对称布置。

当下挖至顶拱落脚点,在稳定的粉砂岩处施作弧长 13.68 m (内侧钢拱架每节弧长 3.42m,共4节,3.42×4),高度 3.122m,弦长 11.548m的钢拱架,每榀 0.5m,纵向每榀钢支撑处设置四根锁脚锚杆与纵向槽钢焊接并锁住上台阶钢拱架拱脚。在左、右侧两个方向,同上进行小导管高压注浆、挂网喷射混凝土支护。

靠近掌子面YK 40+850.4处5 m的上台阶,先施工临时仰拱,及时喷护封闭掌子面,设好出水口,并在钢拱架内侧立木模,模板厚度3 cm,全部按模筑混凝土施工,浇筑C30混凝土厚度 0.5m。

隧道坍方段(YK40+867.2～YK 40+850.4)的边墙施工,采用留核心土环形分部开挖法进行掘进。施工时,先开挖下半断面右马口,按 1榀进尺拆除已变形损坏的钢拱架,架立新钢架,挂网、喷混凝土。再错开 2m开挖下半断面左马口,同法施工钢拱架,挂网、喷混凝土。左右侧钢架需与上部已完成顶拱的钢拱架底部连接牢固,尽快封闭成环,安全施作左右侧边墙。最后,开挖下半断面核心土及隧底、施作仰拱,并进行二次衬砌。

从YK 40+850.4开始,按原暗洞方法—台阶分部法,并增加中隔墙和临时仰拱的方法施工,施工中严格遵循“管超前、严注浆、非(弱)爆破、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

2)先拱后墙法。“先拱后墙法”是隧道及地下工程的施工方法之一,也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中,为了施工安全,先开挖拱部断面并及时浇筑顶拱与支护顶部围岩(拱顶回填土),然后在拱顶保护下开挖下部断面的边墙并尽快浇筑。

3)施工操作要点。在开挖边墙部分的岩层之前,必须将拱顶支承好,且拱圈的混凝土强度达到 70%以上。

开挖两侧边墙部分的岩层时(俗称挖马口),须左右交错分段进行,以免顶拱悬空而下沉。施工时,须开挖上下两个导坑,开挖上部断面时的大量石渣,可通过上下导坑之间的一系列漏渣孔装车从下导坑运出,既提高出渣效率,又减少施工干扰。开挖时将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心底层上,以此减少拱圈环向跨度,降低上部拱脚的受力。待上半断面完全修筑完毕,设置临时仰拱后再进行下半断面的施工。待顶拱固结及边坡加固 28 d后,即可进行拱顶土回填,使拱顶临空面全部封闭,抵抗滑移并形成自稳,且对拱圈产生反压稳固作用。

4 处理效果

路河山隧道塌方段的处理,采用洞外滑坡体小导管注浆 +挂网喷射混凝土和洞内采用超前小导管与工字钢钢架相结合的“先拱后墙法”施工技术,安全顺利地通过了塌方段,施工过程未再次发生坍塌现象,监控量测结果也表明滑坡体位移、地表沉陷和洞内水平收敛处于正常范围内,该处理方案保证了路河山隧道滑坡地段安全进洞,实践证明是行之有效的。

[1] 傅鹤林,赵朝阳.隧道安全施工技术手册[M].北京：人民交通出版社,2010：140-141,219-224.

[2] 彭立敏,刘小兵.交通隧道工程[M].长沙：中南大学出版社,2003.

[3] JTJ 042-94,公路隧道施工技术规范[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,工程师,中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司,江西南昌 330002