2.24王兴刚-浅析砂质黄土及岩泥隧道塌方处理及原因.doc

浅析砂质黄土及泥岩隧道塌方原因及处理摘要砂质黄土及泥岩隧道建设中，可能出现塌方等事故。本文以实际工程为例，详细的说明了隧道塌方事故可能的原因及处置方法，以及处置过程中的体会和建议。关键词：砂质黄土，泥岩，隧道，塌方处理引言隧道施工项目中,塌方是很典型的一种事故类型。一旦有塌方灾害性事故的出现,不仅会大幅度提高施工费用、延误工期,更有可能出现比较严重的人员伤害以及机械损失等;此外,如果对塌方事故处置不当,还会为后续施工和工程质量留下隐患,极大的影响工程后期养护和维修工作。因此,要十分重视对隧道塌方事故的超前预报并且及时妥善的处理可能出现的突发事故。许多因素都可能引起隧道塌方事故,既包括人为因素也包括地质因素,其中地质因素是出现塌方事故的首要原因。针对地质条件，加强施工管理能够有效的预防和避免塌方事故的发生。不断培养和强化施工技术人员，在不良地质环境中施工的应变能力以及对塌方等突发性事故的处理能力。1 工程概况1.1隧道概况隧道位于鄂尔多斯低山丘陵、台地沟壑区，冲沟发育、深切，下切深度在50100m，隧道进出口跨大部分区域在雨季下雨后沟底会出现少量流水，是由碎屑岩孔隙水通过岩风化带及层面渗流出汇集形成；隧道进出口跨和洞身范围中大部分覆盖砂土。主要地层是泥岩、中更新统风和上更新统风积砂质黄土。隧道跨度从里程DK6+855至DK9+185，最大埋深77m，全长2330m。1.2工程地质和水文地质特征（1）工程地质地质特征隧道洞身通过区主要沉积地层有第四系上更新统砂质黄土、三叠系下统，砂岩夹泥岩等，具体特征如下：砂质黄土：工点范围中基本出露，厚度在320m，严重砂化，上层土质为粉色细砂状，中密，稍湿潮湿。砂岩夹泥岩：棕红砖红砂岩、青灰灰白、泥质砂岩以及棕红色泥岩；砂岩属于泥钙质胶结，巨厚厚层层状构造，砂泥质中细粒结构；泥岩属于薄层状构造、砂泥质结构；中强等风化层厚1520m。（2）地质构造工点环境下地质构造简单，岩层呈平缓的波状起伏，无大型构造。 （3）不良地质工点环境下特殊岩土主要属于泥岩及砂质黄土：砂质黄土具有自重湿陷性,砂质黄土上层砂化成细砂状；泥岩有弱膨胀性，遇水容易软化、膨胀，失水容易收缩开裂。（4）水文地质特征工点范围内地下水补、径、排等特征以及赋存条件： 工程区环境中地下水主要为基岩接触带分布与第四系松散层的少量基岩裂隙水、砂岩地层中的孔隙水及上层滞水，基岩与松散层常分布有上层滞水和砂岩风化裂隙水产生水力联系，雨季冲沟处有水顺着接触带渗出。隧道洞身出露地层主要属于砂岩夹泥岩，砂岩属于中细粒砂泥质结构，碎屑岩类构造，其中赋存一定量的孔隙水，可以与风化层中基岩裂隙水产生水力联系。围岩富水程度分区：通过工点地层岩性和水文地质特征、地质构造特征，将隧道围岩赋存水程度划分为贫水区；按照隧道埋深和位置差异，赋存水程度也会有所差别。（5）隧道涌水量估算：本次主要利用大气降水渗入法，开展隧道涌水量估算工作，隧道涌水量大致为252.1m3/d。2 塌方情况及原因分析隧道使用上下断面法进行施工。2010年8月10日，仰拱施工至DIIK8+348，上断面施工至DIIK8+251，同时下断面施工至DIIK8+334，二次衬施工至DIIK8+388，在隧道出口方位下断面区域，爆破作业时，突发一起冒顶坍塌事故，塌方里程DIIK8+334。塌方事件原因初步分析如下：（1）依据现场情况，隧道上断面属于砂质黄土层，可进行人工开挖；下断面属于泥岩，进行爆破开挖。但是地质围岩差，并且未采取有效的防护、支护措施，是引发事故的主要原因。（2）现场监控测量不规范，缺乏对施工过程的严格监控。隧道监控测量工作细致，测量数据未能有效反映围岩变形状况，缺乏对施工的指导，是引发事故的重要原因。（3）安全防范意识不足，未按相关施工规定的进行作业，这也是引发事故的一个原因。3 塌方处理方案塌方事故发生之后，根据现场实际情况，综合之前处理类似塌方事故的经验，初步拟定了以下两个方案，通过比选，以便选取更为“科学可行，安全稳妥”的处理办法。方案一，洞外明挖：工段埋深约18m24m，以坍塌位置为中心在DIIK8+348DIIK8+280段进行纵向开挖，此方案施工十分安全。然而考虑到砂质黄土滑坡、排水等因素对后期的运营带来病害难以根治。该方案长期效果不佳。方案二，洞内处理：（1）将滞后的二衬混凝土浇注至目前仰拱位置，仰拱再向塌方位置浇注，以封闭成环，确保施工安全。（2）在塌方发生后，线路左侧出现一个长75m，宽80m（垂直线路走向），深18m的三角形大坑，最深处离拱顶约1.4m，开挖后出现了的倾斜坡面，造成了隧道偏压。故需要对塌坑位置加以处理：用水泥与地表土按照比例10进行掺拌，反压回填5m，并且沿坑边增加截水沟，在开口线边缘和反压回填顶面设置沉降观测点。（3）双排42mm长度约为4.5m超前导管。加入混合浆液（水玻璃+水泥浆）设置超前预支护。超前支护起始于靠近塌方地段前，约为2m左右的区域提前进行，打入超前导管进行注浆，因塌方扰动会使得土体处在松散状态，注浆效果与原状土相比要更好，增加注浆压力（1.0Mpa左右），固化拱顶上部土体。如采用42mm导管每40cm循环一次，间距控制在30cm左右，延续到塌方位置，以实现棚洞的效果。（4）重新开挖塌方底部土体，每循环控制在40cm进尺，使用三台阶预留土法施工，调整参数：C25钢纤维混凝土按30cm设置厚度，钢架间距调整至0.5m。以此进尺严格保障三个台阶的步长，并逐步推进至渡过该塌方位置。（5）塌方段全部工作完工后，对地表塌坑地段进行回填，进行地表复原工作。4 方案选择和体会建议4.1 处置方案选择方案一的优点在于，根据以往处理塌方事故的经验，该方案可靠性较高，能快速的恢复隧道的施工；其缺点在于排水困难，并且对运营后的维护保养造成困难，不够经济。方案二的优点是，经济效益要优于明挖方案，可以保证工程质量。小导管压力注浆工艺已经比较成熟，现场设备齐全，操作也较为简单便利。不足之处在于，小导管压力注浆施工质量需要进行严格的控制。综合上述分析，最终采用第二套施工方案，成功处置了塌方。4.2 体会和建议（1）砂质黄土及泥岩地层,如偏压段、沟谷段、洞口段应使用超短台阶开挖，做到紧跟衬砌，随挖随支,尽量缩短衬砌距离,减少围岩暴露,必要时设置超前支护,保障安全。（2）加强施工用水控制,保持排水畅通，严防地基软化引发的坍塌事故。（3）对已出现塌方的隧道,塌方段衬砌后方空洞必须及时回填密实,衬砌厚度要按设计要求施工,以避免留有隐患。