鹧鸪山隧道坍方处理技术措施

2003年12月ModernTunnellingTechnologyDec.2003

文章编号:1009-6582(2003)06-0069-03

DOI:10.13807/j.cnki.mtt.2003.06.016

鹧鸪山隧道坍方处理技术措施

李光令　　王　兵

(四川省公路工程监理事务所,成都610041)

摘　要　鹧鸪山隧道是我国在建高海拔、高寒地区的长大公路隧道,地质情况复杂。文章介绍了隧道的地质概况和围岩特征,并重点阐述了隧道大坍方的情况及处理措施,指出了对变质岩地区碳质千枚岩围岩级别确定的重要性,为位于高原、高寒地区通过复杂地质地段的隧道施工提供了实践经验。

关键词　鹧鸪山隧道　隧道坍方　处理措施中图分类号:U458.3　　　文献标识码:A

1　概　述

国道317线鹧鸪山隧道及其引道工程,位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县和马尔康县之间,东距成都西北约310km,路线全长8996m。其中,东引道长220m,隧道长4423m,平导长4439m;西引道长4353m,合同总工期42个月。

鹧鸪山隧道属高海拔、高寒变质岩地区工程,隧道区地面高程达3300m以上,区内历年平均气温为3.3℃～3.8℃,历年极端最低气温为-30℃～-31.1℃,冻结最大深度1.01m,最大积雪厚度47cm。

鹧鸪山隧道设计技术标准为山岭重丘二级公路,行车速度为40km/h,双向行车,行车道宽2.0m×3.5m。建筑界限:高5m,宽9m。车辆荷载:汽车—20级,挂车—100。另设平行导洞,作为运营通风及安全救援通道,平导建筑限界:高4.5m,宽5.0m。

Ⅲ级围岩段:以砂岩、板岩为主,夹薄层细砂岩,

受区域地质构造影响,岩层挤压倒转,节理发育,岩体破碎,地下水较发育,洞身施工中易坍塌。

Ⅳ级围岩段:以变质细砂岩、板岩为主,夹千枚岩、碳质千枚岩,岩层单斜,挤压紧密,节理较发育,岩体较完整,地下水较发育。

目前隧道施工地段以Ⅱ级和Ⅲ级围岩为主。

3　平导PK0+540～+567段地质

该段施工揭露围岩以碳质千枚岩为主(占90%以上),夹薄层碳质板岩,受区域地质构造影响,岩层挤压强烈,产状为270°～300°∠70°～87°,节理裂隙发育,主要有320°～350°∠30°～55°、115°∠60°、270°∠55°、60°∠35°等四组。碳质千枚岩呈薄片状,力学强度低,层间粘结力小,遇水软化、泥化,呈松软结构。PK0+556～+572段有一逆断层,产状为250°∠65°,下盘为碳质千枚岩夹薄层板岩,上盘形成宽约2m的角砾岩带。开挖时干燥无地下水,初期支护施作一周后,出现渗水,坍塌时大面积滴水。坍塌后坍体出水量为22m3/h。

2　隧道区内工程地质及水文地质概况

隧道区内出露的地层主要为第四系全新统(Q4)和三叠系“西康群”中统杂谷脑组上段(T2z)、上统侏倭组(T3zh)、新都桥组(T3x)及中生代燕山期花岗闪长岩(γδ)。

Ⅱ级围岩段:以千枚岩、碳质千枚岩、板岩、碳质板岩为主,节理裂隙发育,洞身施工时易坍塌,夹砂岩破碎带处开挖后地下水发育,碳质千枚岩等软岩段在初期支护施作后不久地下水逐渐渗出并增大。

收稿日期:2003-06-05

作者简介:李光令,男,隧道专业监理工程师,助理工程师.

4　平导PK0+540～+567段坍方情况

平导建筑限界高4.5m、宽5.0m,开挖断面高

7.2m、宽7.9m,曲墙式衬砌,采用新奥法复合式衬砌施工。PK0+540～+567段于2001年10月15日～10月23日开挖及初期支护。其原支护措施为:拱墙全断面设置Ⅱ级 18螺纹钢钢筋网(25cm

·70·鹧鸪山隧道坍方处理技术措施

×25cm),拱部系统锚杆为3m长 25中空注浆锚杆,间距1m×1m,梅花型布置;边墙施作2.5m长 22砂浆锚杆,间距1m×1m,梅花型布置;拱墙全断面喷C20混凝土(厚10cm),预留变形量10cm;二次衬砌采用40cm厚C25混凝土(还未施工)。开挖时无地下水,一周后喷混凝土表面出现渗水,且渗水面积逐渐增大增多。于2001年11月5日上午该段喷混凝土迅速发生开裂,正欲对该段进行加固处理时,当日下午便发生坍塌。坍塌岩碴封堵巷道,坍腔高度及宽度无法探明(估计7～8m高、13～15m宽),坍塌岩碴估计三千多方,覆盖原平导开挖断面达27延米。同时,PK0+520～+540及PK0+567～+580段初期支护发生变形开裂,喷混凝土裂缝宽达10～30mm,环向长度贯穿整个断面,剥落掉块,钢筋网外露,初期支护被破坏,失去其支护能力。

5.2.3　 89钢花管棚超前支护

使用瑞典353E全液压凿岩台车沿开挖轮廓以3°～5°外插角打设 102mm、深6m的孔,然后用液

压凿岩台车顶入 89钢花管,每循环长度6m,搭接长度2m,环向间距0.3m,每4延米为一循环,共计七个循环。注入水泥浆填充管棚以增加其刚度,注浆压力根据现场实际情况而定,以充满管体为准。5.2.4　架设工字钢支撑

进行注浆固结和施作超前支护后,采用微台阶、短开挖施工方案,台阶采用三台阶,每台阶长度1.5m。每开挖循环控制在1～1.5m以内,短进尺,弱爆破。开挖后在管棚下架设I18工字钢架,钢架纵向间距为0.5m,纵向用 22螺纹钢筋拉杆连接,拉杆环向间距为1m。钢筋网用 10的Ⅰ级钢筋,网格为20cm×20cm,双层,喷C20混凝土(30cm厚)。 22系统砂浆锚杆,3.5m长,0.8m(环向)×0.5m(纵向),梅花型布置。该支护均为全断面设置(包括仰拱)。5.2.5　二次衬砌加强

为确保永久结构及运营安全,并对该段及前后影响段(即PK0+520～+580段)二次衬砌及仰拱支护措施进行加强处理,采用60cm厚C25钢筋混凝土衬砌。5.2.6　坍腔回填

坍塌地段安全顺利通过后,用地质雷达探测的上部坍穴具体情况表明,其坍塌范围较大,如采用浆砌片石进行回填,其工程量太大,会对隧道支护结构造成较大压力,且坍腔已被松碴填满并已注浆加固,因此无需再进行回填。

5.2.7　工艺流程

止浆墙※注浆固结※超前管棚及注浆※上部开挖及支护※中部左侧开挖及支护※中部右侧开挖及支护※下部左侧开挖及支护※下部右侧开挖及支护※仰拱开挖及支护※仰拱及二次钢筋混凝土衬砌。5.3　监控量测

施工处理时,加设了监控量测测点,共设置6个断面,每个断面共测6条测线。根据量测纪录绘制出的各个断面的净空变位-时间曲线显示,其处理措施合理有效,结构稳定,安全可靠。

5　工程处理措施

5.1　PK0+520～+540及PK0+567～+580段初

期支护开裂段(坍方影响段)　　首先对PK0+520～+540段初期支护开裂段进行了加固处理,以防止坍塌向洞口发展。其具体措施为:加设I18工字钢架作为临时支撑,钢架间距为1m,拱架脚喷C20混凝土固定(必要时施作临时仰拱),拱背与喷混凝土面紧贴,空隙处喷混凝土封闭。每榀临时支撑设8根 22砂浆锚杆(长3m)锁定。临时支撑之间作 22螺纹钢筋拉杆。全断面增补4～5m长 25自进式锚杆加固围岩,间距1m×1m,梅花型布置。PK0+567～+580开裂段待坍方段处理后再按上述相同措施处理5.2　PK0+540～+567坍塌段

5.2.1　封闭坍塌面

首先对坍塌岩碴外露面喷10cm厚C20混凝土进行封闭处理,喷混凝土中设 6钢筋网(25cm×25cm)。该10cm厚C20钢筋混凝土同时被作为止浆墙,每一循环注浆段落都施作了喷混凝土止浆墙。5.2.2　注浆固结坍塌岩碴

对坍碴进行注浆固结,以提高碴体自身稳定性和强度是暗挖通过坍方的必要方式。注浆管采用6m长 42钢花管,注浆孔深6m,与长度一致。洞周注浆孔外插2m,环向间距为1m,中部及下部注浆孔间距可调整为2m。注浆扩散范围为2～4m,浆液采用C∶W=1∶1之水泥浆,注浆压力以0.8～1.2MPa为宜。每4延米为一循环,共计七个循环。

6　结　论

由于实施以上处理措施,工程已安全顺利通过平导坍塌区。

上述情况表明,在变质岩地区碳质千枚岩地段

·71·现代隧道技术

的围岩级别的确定相当重要,未能充分认识碳质千枚岩后期变形大的特性,以致将碳质千枚岩刚开挖时具有一定的自稳能力片面高估(原设计碳质千枚岩段为Ⅲ级围岩),而未能考虑到后期围岩渗水软化岩体,片状碳质千枚岩遇水软化、泥化后呈松软结构,渗水加速围岩变形,围岩变形又加速渗水,以致于洞周塑性区随着时间和渗水的不断增多而加大,造成后期变形过大而坍塌。碳质千枚岩在后期渗水情况下,实际围岩级别只能定性为Ⅱ级或Ⅱ级偏下。只有在认识碳质千枚岩特性的情况下,采取有效的

和必要的支护措施,才能避免造成结构变形及安全隐患。事实证明,我们在后阶段施工中针对碳质千枚岩采取了行之有效的措施后,隧道及平导又通过了数百米的碳质千枚岩地段而未再发生任何坍塌或围岩变形侵限等病害问题(作者建议:在类似于碳质千枚岩的围岩地段二次衬砌应考虑采用钢纤维混凝土为宜)。在处理坍塌突发事件中,只要采取有效处理措施,再加上施工准备充分,是可以顺利、安全通过不良地质地段的;另外,在处理方案中应考虑隧道永久支护结构的加强,以确保隧道的运营安全。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部部标准.《JTJ026-90公路隧道设计技术规范》[S].北京:人民交通出版社,1991[2]国道317线鹧鸪山隧道及其引道工程施工图设计──隧道[S].成都:铁道部第二勘测设计院,2001

CollapsetreatmentmeasuresinZhegushantunnel

LiGuangling　WangBing

(SichuanProvincialHighwaySupervisionOffice,Chengdu,610041)

Abstract　TheZhegushantunnelunderconstructionisalargehighwaytunnellocatedathighelevationandinacoldzone,withcomplexgeologicalconditions.Thispaperdescribesthegeologyandcharacteristicsofthesur-roundingrocksofthetunnel,andtheseriouscollapseanditscountermeasuresindetail.Itpointsouttheimpor-tancetodeterminecorrectlytherockclassificationofcarbonaceousphylliteinmetamorphicrockzone.Theprac-ticecanbereferredtobysimilarprojects.

Keywords　Zhegushantunnel;Tunnelcollapse;Treatment

(上接第69页)

深度及发育程度等情况,在“一次根治、不留后患”的原则下,采取具体的方法分别对待。

(2)当隧道施工遇到岩溶危害时,按岩溶对隧道的不同影响情况及施工条件,应采取综合治理措施:跨越、加固洞穴;引排、截流岩溶水;清除充填物或注浆;加固软弱地基;回填夯实、封闭地表塌陷;疏排地表水等。拱部及边墙背后的空洞部分应采用合

适的材料紧密回填,隧道底部宜采用换填、托梁或钢筋混凝土仰拱跨越,以保证隧道结构的稳定。

(3)溶洞段二次衬砌、初期支护应根据实际情况适当予以加强,同时二次衬砌宜早跟进。

(4)对岩溶水的处理原则是宜疏不宜堵,以采取截、堵、排、防综合治理措施为宜。

CountermeasuresagainstKarstinPingzitou

No.1tunnelonGuanxinghighway

YuZhihua　WuLizi

(No.2NavigationEngineeringSurvey&DesignInstitute,theMinistryofCommunications,Wuhan470071)

Abstract　InthispaperthecountermeasuresagainstKarstareintroducedbasedonthepracticeinPingzitouNo.

1tunnelonGuanxinghighway.

Keywords　Highwaytunnel;CountermeasureagainstKarst;Tunnelconstruction·72·