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千枚巖地質下偏壓隧道變形地質原因分析及應對

來源:期刊VIP網所屬分類:地質礦產時間:瀏覽:

一 工程概況
1.1呂河隧道位于十堰-天水高速公路A-CD40標陜西省安康市,里程LBK1+456- LBK2+030間,全長574m,出口端位于漢江河畔半山腰,地勢極其陡峭,103米為偏壓段淺埋層,在洞頂右上方有1984年的滑坡痕跡,垂直斷裂帶高約4米。地質以風化千枚巖為主,含少量石英片巖,節理發育層厚小于20cm,較為破碎。巖層自左向右傾35°- 60°(傾向北)與隧道夾角很小,拱墻部容易順層塌方。洞口右側存在東西走向斷層,裂隙水豐富(初步估計斷層在LBK0+960附近與隧道交匯)。地質構造存在偏壓,石英巖與千枚巖分層界線容易產生巖層下滑。
2011年7月施工至LBK1+888時(距出口142米)初支多處發生開裂剝落、至9月6日偏壓擋墻沿上導地面水平向出現2-3毫米裂縫,左側明暗洞結合處噴射混凝土向外鼓起75毫米,拱頂出現不同程度噴射混凝土開裂、掉塊現象,隧道右側LBK1+970- LBK1+982段在拱腳部位開始出現縱向裂縫,裂縫處噴射混凝土大量掉塊,外露鋼拱架扭曲,外凸達20厘米,隨時都有坍塌的危險,連夜進行鋼支撐頂撐加固處理;2天后對側隧道拱腳部位(隧道左側LBK1+963- LBK1+982)出現混凝土剝落、拱架扭曲外鼓現象。
1.2隧道頂山體狀況
1.2.1、臨近洞口仰坡頂面處裂縫(距離坡體塌方面5-10m):洞口仰坡頂面裂縫呈圓弧形分布,裂縫寬度達到5~25cm不等。
1.2.2、在坡頂村民宅基地處(距離塌方面約45m):院子內裂縫寬度達到1~15cm不等;房屋內墻體及地面裂縫達0~2.5cm不等,上下樓頂的砼樓梯與墻體間均已產生裂縫;在宅基地兩側下方,裂縫寬度以及溜塌距離達到1~25cm不等;
1.2.3、在坡頂耕地內(距離塌方面約85m),裂縫寬度達到1~50cm不等,土體明顯下滑呈斷裂狀。
二  隧道變形地質原因分析
2.1、斜坡失穩的地質類型定性:
2.1.1、隧道通過的主體巖層為薄層狀千枚巖,巖質軟弱,層面極其發育,揉皺強烈,風化深重,在斜坡重力作用下,易沿陡山坡向下蠕變;
2.1.2、隧道出口二、三十米地段左側恰位于地層分界面部位,千枚巖覆蓋于堅硬的中、厚層石英片巖之上,且巖層界面傾向隧道,形成上軟下硬的順層不穩定結構(見圖)。
2.1.3、巖層從左向右傾向隧道,傾角40~45度,是最容易形成臨空面、產生向下滑移的角度。
2.1.4、隧道左側為沖溝岸坡,順層滑動具備臨空的陡坡地形條件。
2.1.5、在千枚巖體中發育一小斷層揉皺破碎帶,在LBK1+920通過隧道,有7m寬破碎帶,有泉水流出,說明千枚巖體中含水。
上述巖性、界面、產狀、地形以及地下水等5方面不利組合,使隧道出口段成為極有利于產生順層滑動的不穩定山體地段,尤其在雨季地表水大量下滲的條件下,極易產生向下滑移變形。地表存在的陡坎表明,可能在未開挖隧道之前,就發生過滑移變形。隧道內的變形和地表產生多條裂縫,表明2011年由于隧道開挖的擾動和雨水下滲,斜坡產生了較為明顯下滑蠕動變形,致使隧道結構承受地層錯動的作用而變形、開裂。
因此可以定性為:破碎軟弱的千枚巖層,沿軟硬巖層界面產生蠕動下滑變形。
2.2、可能產生的危害
由于目前造成所處山體斜坡不穩定的5方面地質因素及不利組合仍然存在,單純在隧道內采取措施無法消除和對抗,存在發生更大范圍或更大幅度下滑的可能,尤其是在雨季滲水使千枚巖軟化、增重的條件下可能發生整體滑動,造成重大滑坡地質災害,其后果是公路斷道而無法補救,即使施工時未出現大災害,在今后運營中也是長期隱患,對其產生后果應有充分估計,盡快采取根治措施。
三 處理隧道變形的原則
3.1、處理措施的基本原則
隧道施工時,嚴格遵循以下基本原則,以確保工程質量及施工安全。
1、先外后內,在先整治斜坡,確保山坡整體穩定的條件下,再繼續隧道拱底施工。
2、隧道大里程方向右側外山坡增設抗滑樁,確保斜坡坡腳和下部穩定。
3、盡快完成抗滑主體工程和地表防、排水和封閉工程。
4、根據中上部穩定和檢算情況,研究確定中上部加固的措施。
5、洞內開挖施工,要研究和實施不誘發變形發展的施工程序和精細工藝。
6、隧道內主體工程施工時,要抓好施工工序細節,目的是為了初支早成環、二襯早封閉,從而確保施工質量和安全。要做到:步步為營、步步到位;
7、先加固后施工,邊施工邊加固,不安全不施工。施工主體時是在工程安全、施工人員安全的前提下進行的;
8、施工主體時,先易后難。比如:初期支護開裂嚴重地段先加固好,但不要開挖下部,因為不安全。安全地段、容易施工段要先施工、快施工;
9、隧道內主體施工時,還要遵守“二襯緊跟鋪底、鋪底緊跟支護、支護緊跟開挖”,實現“初支早成環、二襯早封閉”才能保證施工安全優質。
10、洞外地表開裂錯落、蠕動等及洞內支護開裂、變形等,應做好監測、觀察標記和資料記錄及分析資料等形象工作。
四 處理隧道變形的措施
4.1、洞外:采用“抗、拉、注”三結合的措施進行呂河隧道綜合治理。
4.1.1、“抗”:即在隧道出口明暗交界處與偏壓墻頂平齊位置,沿山體圓弧狀設置抗滑樁;同時在偏壓拱墻外側設置砼擋墻。
①、抗滑樁設置:沿山體圓弧狀設置,高度與偏壓墻頂平齊,結構尺寸2m×3m,抗滑樁截面長方向沿山體走向布設,共10根。樁與樁之間及頂部用坡腳擋墻和樁間擋墻連接,防止山體流滑、覆蓋土流失。
②、砼擋墻:偏壓拱墻外側,明暗洞交界處向呂河大橋方向,設置寬度為5.0m的C25砼擋墻。墻基并采取如下抗滑措施:
基底:擋墻基底置于基巖內1.0m,同時在擋墻基底基巖內打入長4.0m、間距為1.5m×1.5m的R25錨桿(基巖下2.5m,基巖上留置于擋墻內1.5m)。
明暗洞交界處坡體段范圍內:打入長度為4.5m、間距為1.5m×1.5m的R25錨桿(打入巖體3m,外留置于擋墻內1.5m)。
4.1.2、“拉”,即在抗滑樁頂以及仰坡面,設置預應力抗拉錨索。
⑴、樁頂錨索:在抗滑樁頂2米處預埋錨索孔道,斜下方25度角布置,長度60米,穿過隧道底3米以下,錨固在左側堅硬的片狀石英巖中,消除抗滑樁頂面自由撓度變形。
⑵、邊仰坡:采用C25砼護面墻(厚度40cm),護面墻內設置鋼筋骨架,參照格子梁設置;并設置間距為4m×4m的錨索,錨索長度35米m,邊坡垂直于坡面布設,仰坡與隧道軸線呈45度布設,錨索型號為6φs15.2mm。
4.1.3、“注”,即注漿。
由于山體表層3-5米為泥質千枚巖,在自重力的作用下會產生蠕動下滑,極不穩定,尤其是千枚巖遇水融化的土質特性,在暴雨季節表現為線狀泥石流,進而發展為次第牽引式滑坡,極易誘發隧道山體變形。應對現正處于蠕動的山體表層進行注漿,起到固結、防水作用,以從根源上穩固山體,以確保通車后的隧道安全。
4.2洞內:
4.2.1、對LBK1+963- LBK1+982段初支扭曲侵限部位繼續用雙20b工字鋼立柱支撐,防止變形進一步加劇。

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