大跨径黄土隧道塌方风险和控制研究.doc

大跨径黄土隧道塌方风险和控制研究 　　[摘要]大跨径黄土隧道施工风险在于隧道若不能选用正确的施工措施，很容易发生沉降，甚至还有可能会坍塌，造成严重的社会影响和巨大的经济损失。本文以王村隧道为例探讨了黄土隧道双侧壁导坑法施工技术的应用。 　　[关键词]大跨径；黄土；塌方 　　一、工程概况 　　王村隧道起点位于陕西黄陵县桥山镇王家沟附近，穿越黄土残塬沟壑区，隧道右洞起讫桩号为YK11+510～YK12+645，全长1135m，为长隧道，其中明挖36m，IV级围岩464m，V级围岩635m。隧道开挖宽度17.85米，两洞中轴线最大间距约149m，隧道埋深从0到95m渐变。隧道设计为双向六车道，开挖宽度17.85m，紧急停车带开挖宽度20.25m。隧道主体结构采用曲墙带仰拱复合式衬砌，衬砌采用60cm厚C30钢筋混凝土结构。隧道初期支护由钢拱架，钢筋网、锚杆和喷射混凝土组成。隧道进口采用削竹式洞门，设置有26m明洞，洞口段基础采用φ12.5cm钻孔桩加固地层，并设置钢筋混凝土承台。隧道出口采用斜切式洞门，设置有32m缓冲结构。洞口边仰坡采用拱形骨架护坡，拱形骨架的上缘设排水槽，在拱形骨架内植草绿化。 　　隧址区属于黄土残塬沟壑地貌，塬边缘沟壑林立，受水流冲刷侵蚀，形成“V”型叶脉状沟谷。隧址区揭露地层由老至新依次有第四系下更新统午城组黄土、中更新统离石组黄土和上更新统马兰组黄土。 　　二、黄土隧道施工塌方机理 　　隧道塌方的原因多种多样，但地质因素是决定性的。从力学机理上，塌方是其围岩的自承能力不足的结果，而对于黄土隧道，其围岩的自承能力不足源于黄土的类型及其物理力学性质、结构、构造以及 　　渗流场状态的特殊性。黄土的强度特性是施工塌方的关键因素。隧道开挖的过程也是地层内应力重新分布的过程，在隧道开挖前，土体处于天然的应力平衡状态；隧道开挖后，土体原有的天然应力状态被破坏，围岩应力在洞周一定范围内产生了重新分布。黄土强度较低，在开挖后，当围岩应力超过其强度后，产生径向塑性位移，形成塑性松动区，应力一部分释放，另一部分向外传递，导致松动区周边继续产生塑性变形，松动区向外扩大，黄土隧道周边松动范围扩展较快，随着这些变形的逐渐扩展，围岩的整体强度降低，在围岩土体内部出现空洞导致局部发生坍塌，浅埋时在地表出现下沉，塑性区进一步扩大，土压力的剧增最终导致整体失稳，大面积塌方。 　　黄土垂直节理发育，垂直方向渗透性强，地表水很快渗透至地下，使深部黄土处于饱水状态，其原有结构完全丧失，从而使强度和承 　　载力降低。当隧道开挖至饱水黄土层时，围岩随即因失去支撑而塌方。 　　另外，黄土易崩解和湿陷，导致隧道周围侧压力剧增，围岩失去自稳，沿两个破裂面向隧道空间移动，导致支护拱脚收敛变形异常，一般情况下，黄土隧道塌方仅表现为洞顶掉块，或者坍塌至一定高度自行稳定。但是当隧道跨度较大，且遇到黄土饱和时，或者隧道埋藏较浅，也可坍塌到地表。 　　三、黄土隧道施工塌方风险 　　在大跨径黄土隧道施工中，经常会出现塌方问题。隧道的塌方，不仅影响工程进度和施工期间及使用期间的安全，更直接影响到隧道的投资费用，如何减少隧道塌方，是施工的难点。要想实现塌方的控制，首先须明白塌方出现的原因。 　　本隧道掌子面处全部为粉状黄土，含砂量较大，含水量小，土 　　体自稳性极差；隧道浅埋段开挖过程中扰动较大，容易出现坍塌；地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用，加剧岩体的失稳和塌万。 　　地质勘察不准，而施工人员经验又不丰富，在不良地段没有做好钻探工作，施工不认真容易引起塌方。施工方法选择不当或工序间安排不合理，各工序拉得较长，围岩暴露时间过久，引起围岩松动、风化容易引发塌方。支护措施采取不当或支护工程施工质量控制不到位，达不到支护效果也会造成塌方。现场信息反馈滞后同样是引起塌方的关键。 　　总之，隧道施工原则上不应出现塌方，应从施工技术、工艺，监控量测、地质超前预报等手段加以控制。 　　四、大跨径黄土隧道塌方控制 　　本段施工采用双侧壁导坑法施工V级软岩，为了保证施工安全性以及连续性，工段开挖需要遵照先开挖大面，再开挖小面，开挖时应该注意边开挖边支护。本段软弱断层位置属于较为松散的岩体，为了保证施工质量和进度，项目安排了多台小型挖掘机开始配合人工修边的非爆破施工方法，这样不仅可以保证岩体稳定性，还能够避免出现断层欠挖现象出现。根据设计文件要求，本区段开挖进尺为1.1m，也为了考虑到安全因素，施工单位在施工时把进尺调整到了半米。具体施工步骤如下： 　　（一）先开挖拱顶环形Ⅰ部 　　用洋镐沿开挖轮廓线由上向下开挖，配合铁耙将松土扒离掌子面，每次掘进2.4m。拱顶中心处掌子面要向前多掘进0.5m，以备混凝土一次支护封顶。如果开挖时发现顶部土体有裂纹或