我国山地、丘陵和高原面积约占国土总面积的69%, 随着高等级公路的建设, 隧道工程发展迅猛, 大跨度、短长隧道往往伴随着地质不良, 带有浅埋、偏压、围岩构造复杂等方面的特点, 导致洞口部位经常出现滑坡坍塌现象, 塌方容易堵塞洞口, 不仅增加洞口处理难度, 而且影响整个隧道的正常施工, 从而造成延误工期、施工困难、经济受损, 有时甚至出现人员伤亡事故。本文通过对单跨双车道洞口坍塌整治处理的描述, 归纳出一些施工经验, 并提出预防措施, 可供同类工程设计与施工参考。
1 工程概况
仙神河隧道左线为双向四车道高速公路单向分离式隧道, 全长1306m, 位于河南省沁阳市北部山区, 穿越的岩层主为寒武中统薄层灰岩、页岩, 岩层产状平缓, 节理较发育, 最大埋深262m, 最薄覆盖层17m。进出口为Ⅱ类浅埋偏压段, 岩体为强风化灰岩、页岩, 呈碎石松散结构, 垂直节理发育, 呈张开~微张, 稳定性较差, 洞口边坡、仰坡有少量植被覆盖。
隧道所在地区属暖温带大陆气候, 四季分明, 旱涝频繁, 冬季寒冷雨雪少, 春季干旱风沙多, 夏季炎热雨丰沛。年降雨量变化较大, 主要集中在6、7、8三个月内, 约占全年降雨量的60%。
隧道于从出口端独头掘进, 开工前按设计要求进行了洞口边、仰坡的防护, 清除了洞口上方的灌木及山坡危石等, 喷混凝土封闭岩面, 使用2.5m长的Ф22砂浆锚杆间距150×150cm进行锚固。隧道由出口向内掘进3米, 下午3时左右起天气突变开始降雨, 晚7时雨停, 紧邻隧道洞口9m处桥台开挖放炮, 随之隧道洞口处仰坡发生单侧滑坡坍塌, 造成洞口被埋, 便道堵塞, 隧道施工及桥台施工延误。
2 坍塌成因分析和防止继续坍塌措施
洞口滑坡坍塌发生后, 经现场调研分析, 产生这次事故的直接原因是雨水、风沙长期侵蚀导致岩体风化, 产生垂直、倾斜裂隙, 虽按设计进行了防护, 使岩体处于稳定状态, 但由于裂隙发育, 裂隙中存在较多雨水并不断渗入, 其内摩擦阻力大大降低;离隧道洞口较近的多次爆破施工使洞口岩体产生较大的振动, 致使仰坡岩体失衡。为防止坍塌岩体上部及另一侧边坡继续坍塌, 减弱岩体单侧偏压力, 及时采用设计方案清除了危石并加大喷射混凝土面积和厚度, 封闭了坍塌岩面;增加了洞口排水系统;提高了洞口边、仰坡不稳定因素的观测频率;有针对性地加强洞口附近工程的施工控制;停止了洞口附近的工程的爆破施工。经观察, 隧道左侧边坡喷射混凝土表面出现较小裂纹, 说明洞口边坡岩体仍处于不稳定状态, 有继续发生滑坡坍塌的可能。
3 整治措施
(1) 进行监控测量, 检查、复合洞口里程、中线标高、边坡、仰坡及其长度, 提出设计变更, 使原明洞长度由3m增至5m。
(2) 在已发生坍塌一侧采用BLOCK网紧贴岩面进行防护, 并用Ф22砂浆锚杆固定, 锚杆长3.0m, 间距1.5×1.5m, 离洞顶6.5m处再增设一道水平的BLOCK防护网, 采用Ф22砂浆锚杆固定。
(3) 观测边坡可能再次发生滑坡坍塌的面积及其滑动层的厚度, 发现未发生滑坡坍塌一侧滑动层最大厚度达1.4m, 面积约54m2, 无需使用抗滑桩, 在变更中提出使用3.0mФ25中空注浆锚杆, 间距1.0×1.0m进行锚固并在原喷射混凝土面挂设Ф6钢筋网, 网格间距15×15cm, 钢筋网与锚杆焊接牢固, 继续加喷C20混凝土140m2厚5cm。
如图1所示。
(4) 在洞顶上方及滑动层上方2m处增设横纵向排水沟各一条, 使雨水能顺利排出, 减少雨水对仰坡冲刷及雨水的侵渗作用。
(5) 清除洞口虚渣, 采用短进尺弱爆破进行暗洞开挖, 每循环均按偏压设计加强支护, 当开挖支护累计进尺达8m时停止开挖, 进行明洞施工, 采用型钢拱架支撑, 同锚杆、钢筋网固定连接, 喷射混凝土进行初期支护, 模板采用整体定型台车, 混凝土泵输送混凝土, 完成明洞5m及暗洞3m的衬砌, 并进行养护, 施工中加强对边、仰坡的观测。
(6) 当明洞衬砌混凝土强度达到50%的设计强度时施作明洞防水层, 并与边坡、仰坡连接良好, 封闭严密, 并及时施作明洞回填, 加强洞口边坡、仰坡稳定系数。
(7) 完成洞门施工。
(8) 编制更加科学合理的施工组织设计, 加强施工组织管理, 严格按施工组织设计施工, 钻孔、装药、爆破、清渣、支护、衬砌等各工序有节奏跟进, 确保相互衔接、密切配合, 同时加强洞口段围岩监测, 避免不利因素再次造成坍塌。
4 整治效果
通过隧道洞口K1+305处监控量测, 对拱顶下沉量、周边收敛量、锚杆拉拔力试验 (无损试验, 拉拔试验结果均符合设计要求) 各项指标综合分析评估, 洞口围岩的变形量较小, 逐渐趋于稳定, 没有出现异常变化, 所有量测数据日变化量都在量测控制的范围之内, 围岩总位移量比较小, 围岩稳定性较好, 只要采用科学合理的施工方法, 将不会影响洞口围岩及边坡的稳定性。
5 预防措施
通过以往工作经历并结合此次隧道洞口滑坡坍塌整治措施的描述, 为有效的防止其它类似坍塌事故的发生, 在此提出几点预防措施, 供广大同行借鉴、参考。
(1) 为防止因水的作用而出现滑坡坍塌, 在隧道开挖进洞前, 应尽早完成洞口排水系统, 以便及时排出雨水或岩土内的渗水。洞口施工应尽量避开降雨期和冰雪融化期, 在严寒地区进行隧道施工时, 应严格按照冬季施工的有关规定进行。
(2) 严格按照设计文件要求进行边坡、仰坡的放线, 并自上而下逐级进行开挖, 不得采用掏底开挖或上下重叠开挖的方法。
(3) 在开挖洞口处的岩土时, 应首先清除洞口上方有可能产生坍塌的表土、灌木及山坡危石等, 岩石地层在开槽爆破后, 应及时清除爆破后产生的松动石块, 土质地段开挖后应及时夯实整平边、仰坡, 以防止开挖中出现危险。
(4) 隧道洞口土石方开挖, 不得采用大爆破方法开挖边、仰坡, 以防止振动过大而造成洞口滑坡坍塌;开挖过程中应随时检查边坡和仰坡的稳定性, 如果出现滑动、开裂等现象, 应适当放缓坡度, 保证边、仰坡的稳定和施工安全;开挖的土石方应当堆放在合适的位置, 不得弃放在危害边、仰坡稳定的地点, 洞口支挡工程应结合土石方的开挖一并完成。
(5) 洞门端墙处土石方的开挖, 应根据地层的稳定程度、洞口施工、施工季节和隧道施工方法等, 合理地选择施工时机、施工机械和施工方法。
(6) 经观测, 边、仰坡存在滑动层时, 若厚度及面积不大时, 可采用堆码土袋或石笼等方法进行加固, 坡脚不宜大面积开挖, 也可采用在其表面布设锚杆加固, 锚杆的方向应垂直于滑动面, 锚杆深度应穿过滑动层, 并深入稳定层内, 锚固长度应通过计算确定;当滑动层厚度、面积较大时, 可采用抗滑基桩, 抗滑基桩的深度、直径、间距及布设位置应通过实际滑动层的面积、厚度和摩擦系数等确定。当抗滑基桩施工完毕后, 其强度必须达到设计强度后方可开挖坡脚。
6 结语
隧道工程建设过程中, 由于各工程的地形、地质、水文、气候、施工条件、技术水平、管理能力等存在着千差万别, 所以在具体的施工中会遇到各式各样的问题。只有我们不断地提高自身业务水平、管理能力及现场处理问题的能力, 尽可能地因地而异、因时而异地进行具体问题具体分析, 采用科学的处理方法, 才能更有效的防止隧道坍塌等问题的发生。
摘要：以仙神河隧道左线洞口滑坡坍塌为例, 叙述单跨、浅埋、偏压和不利施工条件下隧道洞口滑坡坍塌整治的经过, 分析了滑坡坍塌的成因, 从现场坍塌后的边、仰坡稳定情况, 提出了综合整治办法, 通过监控量测数据的分析对整治效果做出评估, 并结合实例提出隧道洞口部位滑坡坍塌的预防措施。
关键词：隧道,洞口部位,滑坡坍塌整治,预防措施