摘要:本文以工程实例探讨了监控量测对开挖施工的指导意义,包括监控量测数据分析、隧道塌方综合分析和防控对策等。 

关键词:监控量测,开挖施工,指导意义。 

  中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号: 

  一、工程概况 

  该段工程位于重庆市内,上伏围岩主要有回填土和基岩, 回填土由粘性土、砂泥岩碎块石、建筑垃圾和生活垃圾等组成, 约18 m 厚。基岩有一套紫色- 紫褐色砂质泥岩和灰色砂岩组成, 约0. 5~ 1. 0 m 左右, 局部可达2. 00 m 以上。基岩强风化, 岩体破碎, 风化裂隙发育, 岩质软。 

  场地水文地质条件较复杂, 松散层孔隙水主要赋存于第四系堆积层中, 填筑土透水性好, 岩土界面外倾, 地表水迳流条件较好, 无良好的储水构造, 地表水渗入地下后很快被排泄到嘉陵江中, 一般不易形成上层滞水。基岩裂隙水赋存于砂、泥岩层中, 受地形切割和人类活动影响, 岸坡陡峻、地下水迳流条件较好, 地下水不发育。 

  重庆嘉华大桥北桥头接线工程F匝道里程K0+ 075 隧道掌子面处于2008 年12 月16 日早上8:15出现了塌方冒顶, 在地面上形成面积约100 m2 的上大下小的漏斗, 漏斗深度4. 5~ 8. 5 m, 漏斗周边3m 范围出现了拉裂缝, 经现场踏勘发现该处现场实际地质条件与详勘报告出入较大。由于监控量测及时到位成功预报, 没有造成任何人员伤亡。现结合工程地质水位条件, 对塌方前后监控量测的数据进行研究, 分析造成塌方的原因以及塌方的处理和防治措施。 

  二、监控量测数据分析 

  根据施工安全需要, 在K0 + 055~ K0+ 080段桩号分别为K0+ 055、K0+ 060、K0+ 065、K0+ 070、K0+ 075断面隧道拱顶地表埋设五处地表沉降监测点, 数据曲线见图1。从曲线图可见, 地表最终累积沉降随施工开挖进程有加大的趋势, 沉降最快的部位为掌子面前方5 m 处, 沉降最大的地方累积沉降为16. 5 cm。由此可判断此段围岩相当不稳定, 围岩已基本失去自承能力, 掌子面前方存在坍塌的危险。同时, 每次监测紧跟爆破之后, 前后数据对比相差太大, 说明爆破对围岩的稳定性有严重影响, 应严格控制爆破速度, 或采用机械开挖。

  图1 地表沉降监测数据曲线 

  同时在隧道内K0+ 065断面处分别埋设一个拱顶下沉监测点和一对水平收敛监测点, 同时在拱顶和两腰位置分别埋设一个振弦式钢筋应力传感器。隧道拱顶下沉和水平收敛都很大, 最大变化量分别为40. 8 mm 和37. 1 mm。日变化量最大为6. 8 mm / d和5. 1 mm / d。型钢应力很大, 长时间不能稳定, 说明围岩已经完全失稳, 回填土压力完全有初期支护承担, 同时发现, 左右拱腰型钢应力相差太大, 约63. 1M Pa, 隧道围岩处于严重偏压状态中。由此可判断此段围岩相当不稳定, 围岩已基本失去自承能力, 掌子面前方存在坍塌的危险, 掌子面应停止开挖, 立即施做二期支护。 

  三、隧道塌方综合分析 

  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, 而对于松散围岩隧道, 其围岩的自承能力不足源于回填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。松散回填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。回填土强度较低, 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。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而塌方。回填土各向粘结系数较小, 洞室的开挖, 其原有结构完全丧失, 从而使强度和承载力降低, 从而围岩因失去支撑而塌方。但当隧道跨度较大, 且遇回填土吸湿时, 或隧道埋藏较浅, 也可坍塌到地表。塌方处治以后, 围岩仍在继续其不断的调整, 并以松动地压的形式作用于支护体上,若处治措施不当或不力, 支护体不能适应围岩自组织和自适应的调整过程, 有可能使隧道衬砌再次破坏, 严重者再次塌方。 

  本段隧道位于原始地貌的沟心地段, 原洞顶岩层厚度薄, 上部为15. 0~ 21. 0 m 厚的人工杂填土, 洞顶上岩层厚度小于1倍IV 级围岩压力计算高度, 属于填埋隧道。( h =0. 45 Ψ2; S 为围岩级别; B 为隧道跨度, m, 毛洞宽度预计12. 5 m; Ψ为宽度影响系数, Ψ= 1+ i(B - 5); i - B 每增减1 m 时的围岩压力增减率, B > 5 m, i= 0. 1。浅埋隧道分界深度Hp = 2. 5hq。)同时该段隧道围岩均处在塌落拱范围内、极易坍塌, 加之本段隧道岩面横坡大, 隧道偏压严重, 故出现本次坍塌事故。目前拱顶围岩为回填土, 经过松动变形, 结构松散, 其稳定性极差, 隧道为浅埋洞室、围岩级别宜按V I级考虑。该段隧道拱部易坍塌, 支护不当易出现地表下沉( 陷)或塌至地表( 冒顶)。 

  四、防控对策 

  ( 1)施工前应在地表距坍塌边界5 m 以外适当位置处设置临时截水沟, 并在地表距坍塌边界5 m 以内范围内加盖彩条布, 以防止雨水流入隧道。 

  ( 2)在目前隧道内坍塌面顶部塌穴范围内增设5根42超前小导管对隧道开挖轮廓线以外的塌穴进行注浆加固, 小导管长5 m, 环向间距为0. 5 m, 外插角为15 。小导管的具体布置位置根据现场实际情况确定, 小导管注浆加固施工完毕后再进行大管棚的施工。 

  ( 3)在隧道K0+ 67. 85及K0+ 78. 40处分别增设一环108大管棚, 管棚长15 m, 外露1 m, 环向间距为40 cm, 施工时钢管沿隧道周边以5􀀁外插角打入围岩, 插入钢筋笼, 再灌M30水泥砂浆。在隧道K0+ 67. 85及K0+ 78. 40处的型钢钢架应与大管棚焊接在一起形成支护体系。 

  ( 4) K0+ 69~ K0+ 73段隧道的I18型钢钢架间距调整为50 cm /榀, K0+ 73~ K0+ 87. 55段隧道的I18型钢钢架间距调整为60 cm /榀, K0 + 87. 55~ K0+ 91. 90段隧道的I18型钢钢架间距调整为50 cm /榀。 

  ( 5) K0+ 690~ K0 + 91. 90段隧道的系统锚杆, 如果系统锚杆全长都在中风化岩石中, 则保持不变, 仍采用 25砂浆锚杆, 如果系统锚杆全长或者其中一部分在土层或者强风化岩石中则采用 25自进式中空注浆锚杆, 系统锚杆的布置间距及长度不变。在型钢钢架的端头处增设一根系统锚杆作为型钢钢架的锁脚锚杆。 

  ( 6)施工单位应调整施工方法, 建议采用CD 法进行施工, 以确保安全, 已支护阶段立即施做二期支护。 

  ( 7)隧道施工应控制循环进尺, 每一循环进尺应按1榀型钢钢架的间距控制, 施工过程中应严格遵循􀀁管超前、浆严注、短进尺、弱爆破、强支护、早成环、勤量测􀀁的原则。 

  参考文献: 

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