大跨度浅埋隧道塌方处治技术大跨度浅埋隧道塌方处治技术.doc

2008年度优秀科技论文（技术总结） 白岩洞隧道浅埋段塌方处治技术 PAGE  第  PAGE 6 页 共  NUMPAGES 6 页 大跨度浅埋隧道塌方处治技术 【内容提要】 山岭隧道施工过程中，塌方事故经常发生在隧道浅埋洞段，浅埋洞段的塌方往往造成通天陷坑，其处理难度大；同时浅埋洞段的塌方将造成隧道工期延误和施工人员的生命财产损失。随着我国铁路工程建设的的迅速发展,浅埋甚或超浅埋隧道的在隧道建设中频频出现，浅埋隧道施工过程中防塌和塌方的处治技术就显得尤为重要。本文以白岩洞大跨度双线隧道进口浅埋段塌方处治为工程实例，详尽探讨了山岭隧道浅埋洞段塌方处治中超前支护系统的作用原理，在此基础上采通过理论计算分析了浅埋塌方隧道二次衬砌结构的内力分部变化，结合分析和现场施工实践给出了浅埋隧道安???、经济、合理的塌方处治方案。 【关键词】隧道工程；浅埋；塌方治理；施工技术 1. 前言 我国是一个多山而地貌十分复杂的国家，75%左右的国土是山地或重丘，随着我国铁路、公路建设的蓬勃发展，隧道的建设规模越来越大，隧道施工过程中围岩稳定性问题也更加突出。塌方事故在浅埋隧道施工过程中时有发生，已成为造成工期延误和人们生命财产损失的一个重要安全隐患。本文以宜万铁路某隧道塌方处治为例，通过现场调研及有限元分析，讨论了浅埋隧道塌方处治的方法。 2．工程概况 隧道位于恩施利川市境内，设计为双线隧道，全长410m，隧道进口段埋深为2.5～18m，属浅埋隧道。岩层产状355∠52°，岩层走向与洞轴基本平行，倾向右侧，岩体顺层。主要发育两组节理：① 、产状316°∠82°,张节理，延伸长度5m，5条/m ；②、走向0～10°的垂直节理，延伸长1～2m，1～3条/m。 地表勘察结合钻探资料，岩溶洼地表层为粉质黏土，褐黄色，硬塑，局部夹有泥质灰岩、灰岩成分的碎、块石，厚4～10m ；下伏灰岩：上部为强风化，灰色，节理、裂隙发育，岩芯多呈碎块状，厚2.4～9.0m；下部为弱风化，节理裂隙发育，岩芯多呈短柱状。山坡土壤孔隙水及基岩裂隙水较发育，埋深1.5～19.4m，受降雨影响明显，该段岩溶漏斗发育。 3． 隧道坍塌及稳定性评价 2005年5月24日洞口边仰坡开挖防护完毕后采用上台阶进洞开挖，6月19日洞口边仰坡出现局部开裂，为防止边仰坡滑坍，采取5米小导管注浆加固的处理措施。到8月9日，隧道上台阶累计开挖46米，初期支护后的监控量测显示围岩处于变形速率约2mm/d的缓慢变形情况下，8月9日7：00监测变形速率异常为12mm/d，至当日18：30变形速率达到52 mm/d并在拱顶发现一条细小裂纹，到8月10日7：00监测变形速率达到110mm/d，其裂纹宽度发展到32mm，至10：00洞内发生坍塌并扩展到距洞口约20米的地方，未坍塌段初期支护和边仰坡已严重变形且有掉块现象，地表纵向裂缝最宽处达20厘米，5天后洞口段也全部坍塌，塌方量大。 从隧道坍塌后的地表勘察看，地表裂缝主要集中出现在线路左侧30m至右侧20m范围内，平行洞轴为主，贯通最长的45m，最大张开20cm。从地表变形开裂现象分析，地表变形开裂的主要原因是由于隧洞洞体坍塌后，洞体以上一定范围内的岩体发生破坏沉陷，导致地表变形开裂、形成纵横裂缝。从地表裂隙的分布范围、形态、延伸方向、规模等方面判断，洞顶岩体破坏的范围并未超越洞体破坏的影响范围，没有引起山体坡表深厚层坡残积层沿基岩面发生滑移失稳破坏，山体整体是稳定的。但若不及时采取有效措施进行加固处理，则可能诱发堆积层的滑移失稳，甚至于可能危及整个山体的稳定，对工程安全造成极大的危胁。 4． 塌方处治中超前预支护作用分析及支护内力计算 4.1 超前预支护作用分析 对于松散的坍塌体，隧道开挖后，围岩会发生片帮冒顶，形成松动压力，其中比较有代表性的理论是岩柱理论和普氏理论。岩柱理论适合于埋深极浅的隧道。岩柱理论认为，在松散地层开挖后，由于洞顶下沉及岩柱两侧摩擦力的存在，使顶部岩体卸载，而两侧岩层加载。根据岩柱理论，隧道开挖后边墙侧压很大。因此，在开挖前必须进行超前加固措施，尤其应加强墙部的支护，否则很难成拱，极易使顶板完全塌方。普氏理论适合于埋深较浅的隧道。普氏理论认为，隧道开挖后，顶部岩体失去稳定，产生坍塌，并形成自然拱。随之，隧洞两侧由于应力集中而逐渐破坏。因此，顶部坍塌并进一步扩大形成塌落拱。根据普氏理论，对上覆围岩破碎且埋深较浅的隧道，如果不进行超前支护，则隧道拱部极易坍塌。因此应加强对隧道拱顶的支护。 管棚注浆法是地下结构工程浅埋暗挖时通常采用的一种超前支护技术，在拟开挖的地下隧道或结构的衬砌拱圈隐埋弧线上，预先设置惯性力矩较大