新开岭隧道围岩软弱夹层段塌方原因及工程对策
2014-04-15 来源：土木工程网
以新开岭隧道软弱夹层塌方段为工程背景，详细论述其塌方原因和采取的工程对策，并对其效果进行了评定。
研究表明: 地质因素是引起工程塌方的主要原因，做好掌子面地质描述工作，及时分析和预测掌子面前方围岩情况，确保围岩级别判定准确和支护参数满足强度要求是减少塌方的关键; 增强塌方影响区段支护强度，封闭塌方体围岩，提高塌方区支护强度并及时施作，填充塌腔体是处理塌方有效手段; 塌方段初期支护结构最终趋于稳定，说明该工程对策有效、安全、可靠，其具体施工方案可为类似隧道工程设计和施工提供了参考依据。
地下隧道工程开挖前，围岩应力在初始地应力场处于三轴压力的平衡状态。当隧道开挖后，围岩应力重新调整分布，使围岩物理力学参数恶化，引起围岩产生位移，形成松弛。当围岩无自稳能力且支护结构没及时形成或强度不足时，引起隧道塌方，从而延误工期、增加工程造价，也会对现场施工技术人员人身及生命造成巨大的危害。
所以，如何避免塌方，分析塌方原因并提出合理的工程对策，保证隧道施工及运营阶段安全是隧道工程界普遍关注的问题。
本文以安徽六安某高速公路新开岭隧道围岩软弱夹层塌方段为工程背景，通过现场勘察分析其塌方原因，针对其塌方原因提出合理的工程对策，有效避免了塌方事故再次发生，确保隧道安全施工。本工程的经验可为类似隧道工程设计、施工提供参考。
工程概况新开岭隧道为双车道公路隧道，右线隧道总长 3 229 m，左线隧道总长 3 179 m。隧址区节理、裂隙较为发育，隧道部分区段穿越强风化岩质夹层。
隧道 YK33+531 ～ YK33+524 段原设计为Ⅲ级围岩，设计地质情况为弱 ～ 微风化花岗岩，岩石节理，裂隙较发育，岩体呈巨块（ 石） 碎（ 石） 状镶嵌结构，岩体较破碎。地下水不发育，主要为基岩裂隙水，水量贫乏，该段原设计支护形式为Ⅲ级围岩锚喷支护，围岩稳定性较好。
通过对 YK33+531 处掌子面围岩地质观察，其围岩为强－中风化花岗岩，岩石节理发育，掌子面围岩较为破碎，风化程度高。中部有一条自拱顶向底边贯通的夹层，围岩稳定性较差。依据动态设计、动态施工的原则，将 YK33 +531 ～YK33+524 段由原设计的Ⅲ级支护形式变更为Ⅳ级围岩一般支护形式，且已经开始施工。
在施工里程 YK33+526. 5 ～YK33+524. 5 进行立拱架、布设钢筋网、安设锚杆等工序时，在无任何征兆的情况下，该段洞顶突然出现坍方，并延伸至YK33+530. 5 处，将 YK33+530. 5 ～ YK33 +526. 5 段已施工的I 12 工字钢拱架压垮，塌陷总体积约为 400 m3，塌陷最大高度达 2. 8 m，塌陷平均高度为 1. 2 m。
塌方区原设计为Ⅲ级围岩，设计变更为Ⅳ级围岩，采用Ⅳ级一般支护形式。其具体初期支护参数: ?25 中空注桨锚杆 L=3. 0 m，间距 100 cm×100 cm，I 12 工字钢，间距100 cm，喷 C25 混凝土，厚度 18 cm。
塌方原因分析地质因素通过对塌方区地质勘察，确定塌方体为强风化花岗岩，岩石节理、裂隙发育，岩层极其破碎，结构松散，无黏结力。
岩层中间夹杂着黏土，而且渗水较大。该处存在滑动面且表面光滑，由此可知该塌方区围岩地质条件差、物理力学参数低、围岩自稳性极差是造成塌方的主要原因。经判定此段符合Ⅴ级围岩特征，与原设计地质情况存在较大差别。
施工因素塌方区原设计为Ⅲ级围岩，虽然后来通过现场掌子面描述确定围岩条件较差，但又将本属于Ⅴ级围岩判定为Ⅳ级围岩，采取Ⅳ级一般支护参数进行施工，由于对围岩级别判定不够准确，因此变更后的支护强度仍然不足，导致已支护区段也发生塌方。所以，对围岩级别判定不准确，导致初期支护强度不足是发生塌方又一原因。
地下水因素此段隧道埋深为45 ～50 m，地下水类型主要为节理裂隙水，主要来自地表水补给。由于当时连日下雨，地表水下渗软化围岩，降低围岩粘聚力和摩擦角，围岩自稳能力减弱，在初期支护未及时施作完成的情况下，围岩突然失稳，发生塌方。
工程对策依据塌方区工程地质条件、塌方模式、施工安全等因素确定塌方处理工程对策。
封闭塌方体围岩，增强其自稳性。对 YK33+530. 5 ～YK33+524. 5 坍方区段围岩表面喷 80 mm 厚的混凝土，封闭坍塌处外露表面围岩;提高塌方区支护强度，及时施作并形成护壳。将塌方区支护参数提高为Ⅴ级加强，对坍方段架立Ⅰ18 工字钢拱架，拱架间距为 0. 5 m，安设锚杆、挂网，喷射 25 cm 厚的混凝土，形成护壳;填充塌腔体，避免帽顶
对塌方体空腔采用 C25 的泵送混凝土填充密实;加强位移监控量测。对塌方区段及其附近增加位移监控量测断面，增加量测频率，获取位移及初期支护结构拱顶及边墙的变形信息，预测和判断其稳定性。
施工方案为防止塌方继续发展，在塌方段后方 8 m 范围内架设 I 18 工字钢拱架，对已施工初期支护进行加强支撑。拱架间距为 1 m，共设9 榀，每榀拱架安设8 根 ?22 长3 m 的锁脚锚杆，拱墙处 2 根，拱脚处 2 根，拱架之间采用 ?22 纵向连接钢筋连接，环向连接钢筋间距为 100 cm，在钢架支护的内缘、外缘交错布置。
本段 I 18 工字钢支撑为临时支撑，二次衬砌施工前如该支撑未侵入限界内，则不予拆除，否则予以拆除，以保证二次衬砌混凝土厚度; 在 YK33+538. 5 ～ YK33+530. 5 段喷射一层 30 mm厚的混凝土，将 I 18 工字钢拱架与原喷射混凝土面之间的间隙填实，使拱架受力均匀;YK33+538. 5 ～ YK33+530. 5 段加强支撑稳固后，在此加强拱的掩护下，对塌腔体表面初喷一层强度 C25，厚 8cm 混凝土，封闭塌方体围岩表面;（ 4） 在 YK33+530 处沿圆弧方向架设第 1 榀 I 18 工字钢拱架支撑，对局部侵限的部位进行修整，在未出现坍方侧面安设砂浆锚杆。
结论与建议通过对新开岭隧道围岩软弱夹层塌方段工程对策进行详细论述主要得出以下结论和建议。
地质因素为引起工程塌方的主要原因，围岩条件差其自稳性就差，易引起塌方。所以现场应做好掌子面地质描述工作，及时分析和预测掌子面前方围岩情况，确保围岩级别判定准确和支护参数满足强度要求;增强塌方影响区段支护强度; 封闭塌方体围岩，增强其自稳性; 提高塌方区支护强度并及时施作; 填充塌腔体，避免冒顶等工程对策是处理塌方体的有效措施; 该施工方案实施后，塌方段初期支护结构已趋于稳定，说明该工程措施有效、安全、可靠，其塌方工程对策为类似隧道工程设计、施工提供参考。
