预防黄土隧道坍塌现象的施工措施探析

摘要:假如隧道在较长范围内沿着黄土冲沟走向或者与黄土塬边平行走向,而覆盖层又较薄或偏压很大,就会轻易发生较大的坍塌或滑坡现象。为此,本文分析了在黄土隧道开挖中产生坍塌的原因,对如何在施工中预防坍塌进行了简要的探讨。

Abstract: If the tunnel in the loess gully towards or parallels to side with the Loess Plateau, while cover is thin or bias, it easily occurs collapse or landslides. Therefore, this article analyzes the reasons that generating loess collapse in tunnel excavation and how to prevent collapse in the construction is briefly discussed.

关键词:黄土隧道;坍塌;预防

Key words: loess tunnel;collapses;prevention

中图分类号:U45文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0069-01

1黄土隧道易坍塌的原因

1.1 地下水的渗流黄土的遇水软化问题在黄土围岩中表现尤为突出,洞身开挖时,如暴露时间稍长,因开挖后水力坡度改变,地下水往开挖面渗透, 地下水的流动及溶蚀带走细颗粒及可溶性矿物使其强度降低,并在开挖面附近对黄土产生崩解破坏作用,临空面失去平衡而变形甚至塌陷,特别是开挖的拱脚或墙脚位置,稍有积水,表层就迅速软化,丧失承载能力,表现为初期支护沉降变形加大直至失稳坍塌。

1.2 土体强度低隧道区黄土由于含水量高而呈软塑状,开挖后,因其抗剪强度低,初期变形大、变形速度快,围岩自稳时间较短,甚至不能自稳,开挖后蠕动较快并发生滑塌。

1.3 应力重分布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。

1.4 施工扰动天然状态下的土体有一定的结构连结,处于一定的平衡状态,隧道开挖会扰动和破坏土体的天然结构,使得强度剧烈降低;局部超挖会引起应力集中,而引起塌方。

1.5 施工工艺的影响作业循环时间长,土体暴露时间过长,不能及时喷浆封闭;坡脚积水及淤泥难以清除干净,软化拱脚围岩及喷浆不密实,导致拱脚承载力变差;钢筋网与围岩不密贴,喷浆不密实,初期支护与围岩间存在空隙;超前管棚支护体系外插角度过大或过小,造成局部坍塌或管棚侵入隧道净空而起不到应有的作用;台阶长度不合理及上下台阶施工的相互干扰,造成上台阶拱脚悬空时间过长等,施工中存在的上述问题都可能引起黄土隧道坍塌。

2施工预防措施

2.1 黄土隧道的施工,首先要搞好的是治水在隧道进洞前就做好洞口边仰坡截水沟,维护边仰坡稳定,防止地表水流入洞内;对洞内地下水采取排、堵相结合的措施:用喷射混凝土迅速封闭开挖面(含掌子面),有效阻止地下水的渗出;对渗出的地下水及时排走,防止浸泡拱脚、墙脚及隧底引起承载力降低,如在上导坑开挖时,在两侧拱脚留有略带斜面的平台,保证了拱脚不积水;对施工用水,要加强管理,合理布设水管,防止渗漏水,保持洞内排水畅通,施工废水及时排出,严防人为造成塌方。

2.2 用小导管注浆超前支护小导管注浆在隧道开挖前就改变了围岩的初始应力状态,直接影响开挖后的二次应力状态的分布结果。通过小导管自身起到的棚架和锚杆作用,注浆起到的改善岩体力学参数作用,而达到固结止水、预防坍塌的目的。

2.3 采用环形开挖留核心土法,短进尺,少扰动开挖及下导坑左右错进软弱围岩隧道核心土有其不可替代的作用,它能减少开挖的临空面,支撑掌子面土体稳定,又为初期支护提供一个自然的作业平台。短进尺开挖施工充分利用掌子面约束周边土体变形的空间效应,利于围岩稳定,也利于实现软弱围岩快支护的施工理念。

2.4 用湿喷法喷射砼封闭开挖面喷射砼在灰骨比一定的情况下,水灰比是影响混凝土强度的主要因素。干(潮)喷在喷咀处加水量的多少,是喷射手凭自己的经验启闭阀门的大小而实现的,这就形成当水量大时会冲走灰骨料,并降低强度;水量少时,物料粘不住,回弹量和粉尘都会增大。由此可见干(潮)喷混凝土的水灰比带有较大的随意性其强度离散性较大,封闭质量不稳定。湿喷法的混凝土按标准工艺生产后运至湿喷机进行喷射,其配比完全处于受控状态,从而保证了喷射混凝土的质量。

2.5 加强初期支护通过钢拱架支撑、挂网、打锚杆等加强土体强度、限制围岩变形及对围岩应力重新分布起到调整作用。

2.6 快速、分步进行初期支护当黄土含水量达到15%以上时,在上部导坑实施开挖的过程中,侧壁就会伴随着小量的坍塌掉块现象,其实在这时候围岩总体是稳定的,因黄土的强度较低,垂直裂隙发育,随含水量增大,粘结力降低,仅产生表面剥落现象,洞室开挖成型后,迅速初喷混凝土5cm厚是必不可少的一道工序,首先它起到封闭围岩,延缓围岩风化,有效阻止地下水外渗的作用,在局部超挖处,用喷射混凝土将其补平,可减少因超挖造成的应力集中而引起进一步的掉块、坍塌现象,在短时间内能起到加固围岩的作用,为初期支护作业提供一个安全的操作空间。

2.7 仰拱紧跟,早封闭仰拱及填充超前于衬砌,紧跟掘进平行作业,首先,能使全断面初期支护尽早封闭成环,形成一个完整的受力结构,限制支护结构的侧向变形;其次,能尽早地封闭隧底基岩面,避免地下水及施工废水浸泡隧底及墙脚而降低土体承载力;另外,还可减少机械、车辆行走对隧底的扰动,尽早提供硬化的行走道路,提高施工效率。

2.8 通过现场监控量测信息指导施工,修订初期支护参数隧道监控量测是现代化施工管理的重要组成部分,隧道的施工是一个动态设计、动态施工的过程,提前预知围岩和支护的变形发展趋势,预报险情,确保安全;又可合理评价既有支护及施工技术参数,指导施工中优化支护及施工方案,亦为今后施工积累经验和依据。

3事件应急处理注意事项

①检查施工单位的安全应急救援预案是否切实有效,并督促其按期进行应急救援演练。②督促、组织项目参建单位人员的安全教育和安全技术培训工作。③对施工中出现的特殊事件,如掌子面出现突泥、塌方、地表严重沉降、开裂、洞口塌方等特殊情况,要督促施工单位启动应急预案,并及时采取相应的施工措施,保证事故不继续发展及恶化,将发生的情况及时报请上级主管部门,以便组织相应的专家进行及时处理。④对施工中出现的安全事故,要按国家有关规定,在规定的时间范围内,逐级上报,不得隐瞒,并督促施工单位保护好现场,及时对受困人员展开搜救工作。⑤在安全事故处理过程中,要积极协助上级交通主管部门及地方安全生产管理部门的工作,及时提供相关的设计、施工、管理资料,协助分析事故发生的原因。