軟弱圍巖在富水情況下塌方的預(yù)防和處理

陳 偉

中鐵工程設(shè)計(jì)院（天津）有限公司，天津 300011

0 引言

我國(guó)正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的重要時(shí)期，大力開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)建設(shè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占有一定的地位，在進(jìn)行隧道工程建設(shè)中這就不可避免得涉及到更多更長(zhǎng)的軟弱圍巖地段，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)建議把強(qiáng)度低、風(fēng)化、破碎的巖層統(tǒng)稱為軟弱圍巖，在這一類巖層中開(kāi)挖的隧道，我們稱為軟弱圍巖隧道， 軟巖的外觀結(jié)構(gòu)較細(xì)，硬度較低，軟巖在富水情況下會(huì)出現(xiàn)遇水軟化，顯示出一定的可塑性、膨脹性等水理性質(zhì)，若逐漸軟化隧道周邊土體，會(huì)使土體抗剪強(qiáng)度降低，給施工造成難度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成塌方。因此，軟弱圍巖在富水情況下如何有效地預(yù)防和處理塌方是一大難點(diǎn)。

1 主要的預(yù)防和處理措施

1.1 施工方案選擇

通過(guò)制定科學(xué)合理的施工方案，精心組織，周密安排，對(duì)比各施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)，如隧道采用全斷面開(kāi)挖，每循環(huán)施工時(shí)間較長(zhǎng)，圍巖在支護(hù)前變形能釋放較完全，隧道圍巖變形較大，對(duì)于軟巖大斷面隧道，若采用全斷面開(kāi)挖，往往來(lái)不及支護(hù)，隧道即發(fā)生塌方事故，故一般情況下大斷面軟巖盡量隧道開(kāi)挖采用分部開(kāi)挖。在軟巖隧道內(nèi)采用機(jī)械開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)比采用爆破方法要小，圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)就好些。在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，圍巖的變形自掌子面前方1.5倍～2倍洞徑處即已開(kāi)始，當(dāng)采用快速掘進(jìn)時(shí)，循環(huán)時(shí)間較短，往往在隧道開(kāi)挖后，立即進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工，這樣軟弱圍巖隧道圍巖時(shí)間效應(yīng)影響較小，在具有蠕變性質(zhì)的軟弱圍巖隧道掘進(jìn)時(shí)，其掘進(jìn)速度的快慢，往往直接影響圍巖的穩(wěn)定，掘進(jìn)速度太慢，掌子面前方的巖體在掘進(jìn)前即進(jìn)入了松弛破壞階段，圍巖甚至隨挖隨塌，給支護(hù)工作帶來(lái)了施工難度。因此，應(yīng)選取工序簡(jiǎn)單，施工干擾少，臨時(shí)支護(hù)量少，質(zhì)量易于保證，工效高，工期短，成本低的方案。

1.2 施工過(guò)程中的受力體系轉(zhuǎn)換

施工的臨時(shí)施工支護(hù)雖不構(gòu)成隧道的主體結(jié)構(gòu)，但它是施工過(guò)程中不可缺少的重要一環(huán)，臨時(shí)施工支護(hù)并支護(hù)后形成的受力結(jié)構(gòu)由于施工的繼續(xù)進(jìn)行又需拆除，這就造成受力體系將發(fā)生轉(zhuǎn)換，因此，只有在主體初期支護(hù)支點(diǎn)作用于臨時(shí)支撐面時(shí)方可拆除臨時(shí)支護(hù)。

1.3 排放水系統(tǒng)

軟弱圍巖在富水情況下易發(fā)生塌方，施工難度大，設(shè)計(jì)中放水措施較弱，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合設(shè)計(jì)意圖， 在施工中采取了設(shè)置軟式透水管、盲溝等引排水措施，也可借鑒其它隧道排放水的經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，把防水效果的好壞作為檢驗(yàn)防水措施優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

工程中的漏水主要分為點(diǎn)漏、縫漏、面漏3種類型。對(duì)隧道滲漏水病害進(jìn)行整治，可先按注漿、后嵌縫堵漏或鑿槽排水、抹面的順序進(jìn)行治理，各環(huán)節(jié)根據(jù)實(shí)際情況可以進(jìn)行調(diào)整。對(duì)典型軟巖、裂縫水較發(fā)育隧道滲漏水的整治，應(yīng)先分析滲漏水形成的原因，在針對(duì)不同的滲漏水形式，采取不同的堵排方法。隧道應(yīng)以預(yù)防滲漏為主，設(shè)計(jì)方面應(yīng)盡量探明地質(zhì)、水文條件，采取適合的給排設(shè)計(jì)。除此之外還要根據(jù)地質(zhì)、水文變化采取相應(yīng)防排水設(shè)施。

1.4 地基加固技術(shù)

施工設(shè)計(jì)方案不成熟，稍有疏忽，就極有可能造成塌方。因此，對(duì)于這些地段的地表預(yù)加固措施的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。施工中可通過(guò)地基錨桿，混凝土墊層，注漿加固與堵水等措施進(jìn)行，這些措施可以提高軟弱圍巖的整體穩(wěn)定性，增大整個(gè)支護(hù)體系的安全系數(shù)，抑制地表沉陷，減輕隧道施工對(duì)地表沉陷的影響，有效制約軟弱圍巖位移。

1.5 監(jiān)控量測(cè)

施工中對(duì)圍巖的監(jiān)控要緊密結(jié)合施工過(guò)程，在動(dòng)態(tài)施工過(guò)程中，圍巖經(jīng)過(guò)多次擾動(dòng)后，變形產(chǎn)生多次疊加，這些復(fù)雜的動(dòng)態(tài)關(guān)系，都需要在施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)控量測(cè)來(lái)加以確定和處理。目前現(xiàn)有研究成果的不多，需要在這方面不斷積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，這就有必要建立健全監(jiān)控量測(cè)體系及監(jiān)控基準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工并研究預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)施工中可能發(fā)生的事故。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

某隧道工程，本段地形為海積平原及臺(tái)地，上部為人工堆積素填雜土、粘土，下部為花崗巖殘積層及風(fēng)化程度不同的花崗巖，屬于軟巖，地下水豐富。

區(qū)間暗挖隧道采用臺(tái)階法施工，全環(huán)設(shè)格柵鋼架， 采用超前支護(hù)+初期支護(hù)形成聯(lián)合支護(hù)體系，超前支護(hù)沿拱部外輪廓施作超前小導(dǎo)管，施作范圍為拱部120°，導(dǎo)管與格柵鋼架雙面焊接。初期支護(hù)體系由格柵鋼架+縱向連接筋、鎖腳錨管+噴混凝土組成。臺(tái)階長(zhǎng)8m～12m。上臺(tái)階開(kāi)挖至SK14+318處，砂質(zhì)粘性土遇水軟化成流塑狀，拱部右側(cè)出現(xiàn)滲漏水，并伴有泥石流涌出，拱腳處出現(xiàn)水平裂縫。經(jīng)監(jiān)測(cè)，拱部沉降較大，為此采取應(yīng)急措施:在上臺(tái)階施作臨時(shí)支撐，同時(shí)封閉上臺(tái)階，施工下臺(tái)階，盡快形成封閉環(huán)。某日剛開(kāi)挖完畢，尚未架立格柵鋼架，拱部右側(cè)出現(xiàn)突水，并伴有大量泥石急劇涌流而出，坍塌物填塞，整個(gè)下臺(tái)階，難以清除，同時(shí)拱腳處裂縫加大，初支混凝土逐漸剝落，造成右側(cè)拱部突然垮塌，從拱部連帶拉裂5榀格柵鋼架，初期支護(hù)已失去支護(hù)能力。

2.2 工程事故處理

對(duì)洞內(nèi)塌方地段采取臨時(shí)支撐加固，在塌方體底部用鋼管向外排水，然后用噴混凝土將坍方體覆蓋封閉；為了抑制洞內(nèi)積水造成的土體軟化，對(duì)洞內(nèi)排水采用人工降低地下水，用抽水機(jī)將積水排至豎井處集水坑，再用水泵將水抽入地面蓄水池，經(jīng)沉淀后排入市政雨水管道中；下臺(tái)階在塌方后變成了斜坡?tīng)睿瑢?duì)其采取全封閉以，確保施工安全，具體為打入鋼插板，并用水泥砂袋壘砌成臺(tái)階，控制了土體的流動(dòng)，然后采用噴混凝土封閉；對(duì)下臺(tái)階軟弱土體打入注漿導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固，確保下臺(tái)階的穩(wěn)定性。封閉完成后，對(duì)拱部右側(cè)塌方地段進(jìn)行注漿，加固土體，減少拱頂沉降，在隧道兩側(cè)布設(shè)注漿小導(dǎo)管進(jìn)行地表加固；塌方發(fā)生后，及時(shí)對(duì)洞內(nèi)塌方地段和深南大道地表加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，加大監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)洞內(nèi)各測(cè)點(diǎn)和地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天2次。

2.3 處理效果

地表沉降較大，一是由于塌方引起的，另一方面由于地表降水引起土體收縮固結(jié)所致。經(jīng)過(guò)地表注漿加固后，地表沉降逐漸趨緩，有個(gè)別地方略有回升。洞內(nèi)經(jīng)過(guò)支撐加固和注漿加固后，沉降和收斂得到了有效控制，保證了整體結(jié)構(gòu)的安全。

3 結(jié)論

公路隧道富水軟巖段的施工，一定要根據(jù)地質(zhì)條件，選擇合適的開(kāi)挖方法和支護(hù)方式，堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工方針。不良地質(zhì)隧道施工中應(yīng)切實(shí)做好圍巖地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，逐段核實(shí)圍巖類別，有針對(duì)性地進(jìn)行防治。為了減少軟弱圍巖在富水情況下塌方的發(fā)生，必須根據(jù)施工中的實(shí)際情況加以分析，針對(duì)性地采取正確的措施。

[1]齊景獄，等.隧道爆破現(xiàn)代技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1999.

[2]何滿潮.軟巖工程力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.