那沙岭隧道塌方的处理方法和体会

2022-09-10

那沙岭隧道是武宁至吉安高速公路上的一座双连拱隧道, 隧道位于宜丰县天宝乡河思村以南约600米附近, 起止桩号为K123+490~K123+952, 轴线走向为148°, 隧道全长462米。隧道区处于九岭隆起变质岩丘陵区, 地形起伏大, 植被发育, 地貌有山间冲积小盆地、山脊以及山间冲沟等, 其中山脊呈近南北走向, 与隧道轴线呈大角度相交。隧道右洞施工至YK123+788.5时, 发生了顶部坍塌, 本文介绍了此次坍塌的处理措施和方法以及体会。

1 塌方情况和经过

那沙岭隧道右洞在施工至YK123+788.5处时, 此处为Ⅳ、Ⅴ类围岩的交界带。出现一较大滑层, 先后出现两次较大范围的塌方。塌方段褶皱强烈, 裂隙发育岩体破碎, 岩体较坚硬, 岩体层面光滑, 呈倒三角状。其中靠近中隔墙处塌方最高。2007年5月19日6时30分, 在无明显征兆的情况下突然塌方, 初次冒落矸石100m3, 并有渗水现象。在地下水的影响下塌穴迅速扩大, 塌高4m~8m, 纵长约8m, 宽8m~11m, 塌体完全堵住洞身。损坏型钢拱架6榀, 该段初期支护全部破坏。

2 塌方成因的分析和判断

那沙岭隧道区域构造主要受九岭复式背斜控制, 背斜呈线状紧密复式褶皱产出, 轴部大致呈近东西向延伸。隧址位于该复式背斜之南翼, 组成地层为双桥山群下亚群板岩、千枚状板岩, 呈互层状, 岩层倾向为近北。受其影响, 隧道区千枚状板岩揉皱强烈, 裂隙、节理、板理发育, 岩体较破碎。因此, 其塌方原因主要如下。

(1) 塌方部位处在Ⅳ、Ⅴ类围岩的交界带, 此处千枚状板岩揉皱强烈, 裂隙、节理、板理发育, 岩体较破碎。未开挖前密实度较高, 一经开挖, 出现一较大滑层, 岩体层面光滑, 没有自身承载力, 围岩失稳导致塌方。

(2) 近期连续降雨, 地表水丰富, 通过裂隙进入岩体, 顶板淋水量增大。在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳, 加速了层间移动。又因连拱隧道开挖跨度大, 隧道左右洞仅一中隔墙之隔, 开挖掘进过程中会对左右洞的围岩相互扰动, 这是导致塌方的又一重要原因。

3 塌方处理措施和方法

特殊地质情况及水文地质条件是这次塌方的成因, 根据塌方的情况和隧道所通过的层位, 认为是层间移动性的塌方, 这种地质的塌方难以稳定, 会引起连锁反应, 积累和发展扩及到已开挖支护的较长洞身段。为此, 决定采用稳住后方围岩, 支撑坍塌区封闭围岩, 过渡段加强支护三个阶段处理此次塌方, 分段处理的方案为:后方加固段4m, 塌方段8m, 过渡段4m, 共16m。

3.1 塌方后段的处理

首先在塌方位置退后4 m的位置处 (K123+800.5) , 采用Φ42壁厚4mm的无缝钢管对塌方后段注浆。钢管长度3.5m, α-15°, 环向间距为40cm, 纵向间距为1m, 断面两侧拱脚以上区域梅花形布置, 钢管端部与钢拱架焊接成整体, 以保证后方围岩稳定不向前坍塌。以上注浆均采用水泥浆与水玻璃双液注浆, 其配比为1∶1, 注浆压力0.5MPa~1.0MPa。注浆采用先上后下, 先里后外, 即先对塌空区边缘注浆, 再逐步退后进行后段注液, 使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层, 通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结, 从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结, 从根本上达到控制塌方的扩展。而后段的注浆也提高了其整体承载强度, 并与初期支护共同在3.5m~4.0m范围内形成一个强大的支撑拱, 为下一步施工的安全性提供了保障。

3.2 塌空区段的处理

首先采用素喷C20砼厚20cm封堵掌子面及塌落面, 对塌空区段后方未破坏的原初期支护进行加固, 采用I18工字钢与原初期支护工字钢紧贴并排焊接, 之后每榀纵向间距0.5m, 掌子面处紧贴岩面并排焊接两榀。钢架间用Φ25mm纵向连接钢筋焊接, 环间距0.25m。对裂隙发育的大块岩石采用Φ89的钢管支撑, 并焊在钢拱架上。为加强钢拱架并形成整体受力, 在钢拱架拱顶纵向布置I14工字钢与之焊接形成整体, 环向间距为50cm。然后在纵向工字钢背面用双层Φ8、网格间距15×15cm钢筋网加固, 喷射C25混凝土与钢拱架齐平, 形成钢筋混凝土壳体封闭围岩, 并预埋Φ108混凝土泵送管, 待钢筋混凝土壳体强度达到要求后, 通过混凝土泵送管将C25混凝土分四次注入, 以保证岩面与初期支护之间密实的效果。

3.3 塌方过渡段的处理

待塌空区段按上述方案处理完之后, 密切注视塌空段断面变化情况, 加强监控量测。该区域之后4.0m范围内采用Φ42壁厚4mm的注浆小导管进行超前支护, 小导管长度4.3m, α-15°, 环向间距为40cm, 纵向间距为1m;初支钢拱架采用I14工字钢, 纵向间距75cm, 采用Φ25mm纵向连接钢筋焊接, 环向间距1m, 并布置Φ8、网格间距20×20cm的钢筋网;系统锚杆采用Φ22砂浆锚杆, 长度3m, 环向间距100cm, 纵向间距75cm, 梅花形布置, 端部与钢拱架焊接成整体。

3.4 监控量测

认真做好各项施工监测, 根据对监测数据的分析和判断, 对围岩及支护体系的稳定状态进行判断和预测, 以便及时采取措施来确保围岩和结构的稳定, 确保施工安全。在该段塌方处理完毕后, 在拱顶布设了左、中、右三个测点, 并在腰线处左右分别布设了两个测点, 通过近三个月的监测, 拱顶下沉监测数据及隧道周边相对位移值均在许可范围。