软弱围岩隧道坍方问题与控制.docVIP

精品论文 参考文献 软弱围岩隧道坍方问题与控制 程宏生 （中铁隧道集团二处有限公司 河北三河065201） 摘要：软弱围岩坍方事故以其高发性、高危性严重威胁着隧道与地下工程施工安全，在软弱围岩隧道施工中一定要采取措施控制塌方的发生。本文分析了软弱围岩隧道坍方问题出现的原因，并提出了控制措施。 关键词：软弱围岩；坍方；超前支护；二衬 一、工程概况 某隧道穿越山区，地质以构造剥蚀、风化侵蚀为主，左右幅处于相同地貌单元。隧道为分离式隧道，左幅起止桩号为ZK4+243～ZK5+178,全长935m，出口端位于R=1300 米的右转圆曲线上，进口端位于直线上，纵坡为-1.7%，最大埋深149.1 米，隧道出口端横坡为+2%，进口端横坡为-2%；右幅起止里程为K4+247～K5+128，全长881m，隧道进口端位于R=1750 米的右转圆曲线上，出口端位于直线上，纵坡为-1.7%，最大埋深143.4 米，隧道进出口横坡均为-2%。岩性为片岩、变粒岩、片麻岩、泥岩，风化程度高，多为强风化，局部夹全风化透晶体，强风化层片岩岩芯多呈碎石～角砾状、砂土状，局部构造发育，强风化，岩体极破碎，大部分为Ⅴ级围岩。隧道多处地下水丰富，隧道围岩为软质岩，遇水易软化崩解，形成软弱结构面，降低岩体的层间结合力，因此软弱围岩段隧道施工安全是本合同段控制重点之一。 二、软弱围岩隧道坍方问题原因 （一）地质原因 本隧道出口端偏压大,全隧道大部分地段开挖面为平行于隧道走向的断层破碎带,在构造影响下,片麻岩被挤压成粉末状,豆腐渣状,局部呈弱胶结的沙土状,自稳能力差。断层残存构造应力较大,在隧道开挖过程中,随着应力的释放,逐渐加大了对初期支护的压力,进而产生持续的变形。由于断层滑面有基岩裂隙水渗出,豆腐渣及泥饼状的断层泥富含高龄土,遇水膨胀崩解,从而进一步增大了围岩对初支的压力。隧道出口山体表面在开挖过程中出现多条沿隧道纵向的裂缝,裂缝随着掌子面的开挖向前绵延长达160m,最宽的一条位于隧道中线靠山侧,缝宽达30cm,自中线向山侧50m 范围内裂缝均有分布。说明隧道受偏压影响,开挖造成了隧道周边围岩的破坏,失去了整体性与自稳能力,引起山体的滑动,加重了隧道支护结构的承力负担。 （二）施工原因 造成隧道塌方的施工原因主要有：对围岩的岩性认识不足,对初期支护的监控量测工作做的不到位。开挖和衬砌等工作滞后,有时衬砌与掌子面距离超过了50m,与设计要求的衬砌与掌子面距离控制在20m 之内相悖。工序衔接不合理,支护不及时,在开挖时,爆破对围岩的扰动过大,开挖后围岩暴露时间过长,局部初支喷射混凝土与岩面不密贴,背后有空洞,加之部分锚杆施工质量未达到设计要求等原因,难以起到初支与围岩共同承载的效果,使初支承受了更大的荷载。不同围岩开挖工法选择不当，致使开挖断面大、工序时间长、初支封闭不及时而造成围岩变形失稳坍塌。常表现为掌子面突然坍塌，对施工安全及进度影响大。二次衬砌未能及时跟上,随着暴露时间的延长累计变形随之加大,最终侵入结构净空或造成坍方。 三、软弱围岩隧道坍方控制 （一）开挖控制 软岩地段采用“弱爆破、短进尺”开挖方法，微台阶法、三台阶弧形导坑法施工，Ⅳ围岩地段每循环开挖长度控制在0.8～1.2m 之间，Ⅴ级围岩控制在0.5～0.8m 之间，围岩软弱严重破碎地段采用人工风镐配合液压气锤开挖。根据现场软岩变形控制实施情况，我们在Ⅴ级围岩段，安全步距调整为仰拱5～10m，衬砌29～34m。仰拱应紧跟掌子面开挖及闭合，开挖长度不宜过长，一般控制在2～3m 之间，同时要求后方衬砌端头距仰拱端头距离不应超过2 组衬砌施工段。当掌子面开挖后有隐患时，仰拱和衬砌可迅速跟至掌子面，防止掌子面形成坍塌。对于三台阶和二台阶开挖，应根据拱部的应力，注意调整台阶长度和扁平率。在本隧道工程中，我们改进了台阶开挖长度的控制，提出并实施了微台阶开挖控制的技术措施，将台阶开挖长度控制在2～3 榀钢架间距，即1.5m（Ⅴ级围岩）～3.0m（Ⅳ级围岩）。这样有利于大型湿喷机械手实际操作，实现了初期支护的快速封闭，减少了分部开挖造成的初期支护悬空时间，大大提高了掌子面支护体系的安全系数；有利于爆破后挖掘机快速扒碴、出碴，缩短了围岩暴露时间，大大降低了因开挖造成围岩应力场改变而引发坍塌可能性。在软弱围岩段开挖附属洞室，会涉及到正洞洞身初期支护的部分拆除和洞室爆破开挖对承载体系的影响，如果控制不当很可能会引发隧道的坍塌。我们采取了仰拱超前，预留附属洞室开挖轮廓进行后期开挖，甚至先施作正洞衬砌后再开挖的措施，安全性大