隧道坍方成因预防处置.docx
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隧道坍方成因预防处置
隧道坍方成因、预防、处置
第一节坍方类型、发生机理及缘故
一、坍方的要紧类型
隧道或地下洞室在施工进程中发生的坍方形式是多种多样的,依照铁道部立项的有关科研功效,能够列出如下的一些形式:
(一)依照施工隧道坍方的地址不同划分
一、洞口坍方:
在刚进洞施工时就发生了坍方,这种坍方有时也称为洞口滑坡;
二、洞口段坍方:
在进洞一段距离(一样为50~200m)后才发生的坍方,这种坍方一样因埋深浅而坍至地表;
3、洞内工作面坍方:
在开挖工作面发生的坍方;
4、洞内滞后工作面坍方:
距开挖工作面必然距离发生的坍方。
(二)依照坍方规模和形式划分
一、整体坍方:
往往发生在软弱围岩中,从边墙或拱脚变形增大开始,进而涉及到拱部,从而形成整体坍塌;
二、顺层坍方:
亦称为“顺层滑坍”,当岩层的层面较滑腻,层间结合力差,或受节理相交的阻碍,岩体呈相对破碎状,在开挖后显现顺层的滑移现象;
3、局部掉块:
严格地讲,局部掉块不能归入坍方范围,因为它没有引发整体失稳。
但掉块可大可小,当大到几立方米乃至几十立方米,也称之为坍方。
这种坍方多数因为节理发育所致。
(三)因采纳的施工方式不同划分
一、上(下)台阶坍方:
因采纳正台阶法施工时,在台阶的上(下)部份发生的坍方;
二、左(右)侧导坑坍方:
在采纳侧壁导坑法施工时,在左(右)侧导坑所发生的坍方。
(四)因施工目的不同而划分
一、导洞的坍方;
二、横洞的坍方;
3、斜井的坍方和竖井的坍方;
4、开挖避车洞引发的坍方;
五、处置欠挖时引发的坍方。
(五)为简单、直观,可将所有坍方形式划分为3大类
一、洞口坍方(包括洞口段坍方);
二、洞内石质类坍方;
3、洞内土质类坍方。
二、坍方发生机理
(一)洞口坍方
由于洞口一样为堆积层或风化严峻、破碎的岩体,其自稳能力和整体稳固性均较差,同时又处在浅埋地段,若是在进洞前未对边仰坡采取必然的技术方法(如刷坡卸载、支护、注浆加固等),或采取的技术方法未能达到要求时,在进洞后,必然引发上端围岩应力重散布,在重力作用下显现下沉或开裂变形,当这些变形进展到必然程度时,平稳被打破,致使大面积的整体失稳,进而发生整体坍塌,这确实是洞口坍方。
(二)洞内石质类坍方
隧道或洞室开挖后,使其周边的岩石处于悬空状况,同时发生下沉或收敛变形,以释放其内部应力,由于岩石体中存在层理和节理(有时还有软弱夹层),使周边的部份岩块在重力作用下,具有下落和挤出的趋势,若是现在未采取相应的支护方法或所采取的支护方法达不到操纵其变形进展的要求时,必然会显现“掉块”现象,当这种“掉块”的数量达到必然数值时,确实是坍方。
这种坍方一样沿结构面形成,坍腔的形状极不规那么。
(三)洞内土质类坍方
土质类隧道或洞室开挖后,由于围岩的C、φ值较低,周边必然范围内专门快发生松弛变形,随着这些变形的慢慢扩展,围岩的整体强度降低,同时土压增加,进而引发局部的塑性破坏,在围岩(土质体)内部显现空洞致使局部发生坍塌,局部(浅埋时在地表)显现下沉,塑性区进一步扩大,土压力剧增最终致使整体失稳,大面积坍塌,这确实是坍方。
这种坍方表现为:
坍体为松散的砂、土(或碎石)混合体,数量较大,坍腔形状较为规那么,一样为圆弧形或拱形。
三、坍方发生的缘故
发生隧道坍方的缘故是多方面的,有的是人为因素,有的是非人为因素,有的是由于体会不足,通过咱们的调查,将坍方的发生缘故归纳为以下四个方面。
(一)地质因素
在勘探和施工进程中对地质情形熟悉不清,造成施工时显现了坍方:
(1)在开挖的进程中,围岩的地质条件突然变差,如从Ⅲ级突然转变到Ⅴ级围岩。
(2)施工进程中显现了较大的断层、破碎带或软弱夹层;
(3)显现了特殊的不良地质,如膨胀岩、高地应力、溶洞、涌水等。
(二)设计因素
(1)洞口的位置选择不适当,如位于较大的滑动体或断层当中,从而引发洞口坍方;
(2)设计的支护参数偏小,无法保证围岩从开挖后到二次衬砌施作这段时刻内的稳固;
(3)针对特殊不良地质地段,设计上给出的处置方法不妥。
(三)施工技术因素
(1)依照局部地质状况,需要采取超前支护(超前锚杆、管棚、注浆、小导管预注浆等)方法而未采取,或尽管已采取但其质量和成效未能达到要求;
(2)开挖方式不正确,如应该采纳半断面开挖而实际采纳了全断面,应该采纳分步开挖的而实际采纳了全断面或半断面等等;
(3)初期支护未按设计的参数进行,如锚杆的长度、间距、喷射混凝土厚等,使围岩的稳固性达不到要求;
(4)隧道的爆破设计有问题,造成对围岩的扰动过大;
(5)施作二次衬砌的时刻太迟,围岩无法经受应力重散布后带来的直接作用而发生坍方;
(6)采纳长台阶法施工时,上、下台阶的间距太大,直接致使坍方的发生。
(7)在软弱围岩的施工中,没有及时施作仰拱,未形成封锁的环状受力;
(8)采纳新奥法施工时,没有按时、按量的开展量测工作,或虽开展了量测工作,但未及时进行信息反馈,从而造成决策失误。
(四)治理因素
(1)未经上级技术部门同意,擅自改变施工方式,如开挖方式、支护方式等;
(2)不严格遵守设计文件、施工组织设计、《隧道施工技术标准》、《隧道验收评定标准》的要求和规定组织施工,达不到“均衡生产、有序施工”的要求;
(3)平安、质量意识淡薄,在施工中存在侥幸心理、偷工减料、弄虚作假等,造成支护质量远远达不到设计要求;
(4)由于不合理工期、不合理造价等宏观决策,引发施工进程中强行追求进度,造成支护强度达不到应有的要求,从而引发坍方。
第二节坍方的综合预防方法
一、工程地质方面
一、第一要了解设计上标注的地质情形及特点,并随时与现场的实际地质情形相对照,弄清设计用意,这一点对隧道防坍工作极为重要。
以往的事实说明,许多隧道坍方的发生,都是因为轻忽隧道所处的地质条件或对地质条件发生转变熟视无睹造成的。
二、增强对地质的超前预防,要紧的方法有超前钻孔、地质雷达、波速测试和宏观的工程类比法等。
3、在软弱围岩地段,为了避免坍方,必需采取正确的开挖方式,如短台阶法、分部开挖法等,并确保初期支护质量,若是软弱围岩地段又同时处在浅埋和大跨度的情形下,现在是隧道施工平安最薄弱的地址。
为了避免坍方,必需制定一整套的防坍技术方法,内容包括:
超前支护、增强初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等。
4、在隧道开挖进程中,突然碰到了较大的涌水、流沙、溶洞、断层及破碎带时,必需及时改变施工方式,增大支护参数,和其他必要的技术处置手腕,才能达到防坍的目的。
二、施工技术方面
(一)隧道开挖
为了尽可能利用围岩的自承能力,减少对围岩的扰动,应尽可能地采纳全断面的光面爆破技术;关于地质条件较差者,可采纳半断面,同时采纳弱爆破技术;关于大断面和特大断面,应采纳分步开挖法进行,如CD法、CRD法等。
(二)初期支护
初期支护关于隧道的稳固起决定性作用,支护的目的确实是提高围岩的自稳能力,延长其自稳时刻,以保证在施作二次衬砌前不发生坍方,因此,必需确保初期支护的参数和质量达到设计要求。
特殊情形下,还能够采纳预应力锚杆、膨胀性锚杆、迈式锚杆,喷射混凝土可采纳钢纤维喷射混凝土、碳纤维喷射混凝土等技术手腕。
(三)超前支护
当围岩的自稳能力较差时,为了预防坍方,必需采纳超前支护,其要紧的内容有:
超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆和在洞口浅埋段采纳的地表注浆等。
(四)二次衬砌
二次衬砌不得严峻滞后初期支护,软弱围岩地段应紧跟开挖,Ⅲ、Ⅳ级围岩需依照量测结果确信最正确施作时刻。
(五)监控量测
量测工作在隧道的防坍工作中,起着重要的作用,它是新奥法的三大核心之一。
围岩的失稳破坏总有必然的预兆,通过将量测结果与设计给出的判定标准(也称为治理值)比较,即可得出围岩,包括初期支护是不是稳固的结论。
可是必需指出的是:
量测结果超过标准值时,隧道并非必然发生坍方;相反,量测结果没有超过标准值时,隧道也并非必然平平稳固。
三、现场治理方面
现场治理在目前隧道施工防坍中,是极为重要的环节,从隧道的开挖到支护、衬砌都需要严格地遵循设计文件、施工组织、施工标准、验收标准等要求进行。
若是施工现场没有严格的治理,隧道坍方的发生就不可幸免。
再者,此刻许多隧道的开挖乃至连支护部份都分包给民工进行施工,那种“包而不管”或“以包代管”的做法是引发坍方的另一直接缘故。
总之,在治理方面,必需增强以下几方面的工作:
一、严格遵守铁路、公路、水工隧道施工标准和隧道验收评定标准、设计文件和施工组织设计的要求和规定;
二、未经上级技术部门同意,不得擅自改变施工进程中的开挖、支护方式;
3、认真进行支护作业,确保锚杆的长度、间距、喷射混凝土厚度、格栅拱架间距等参数达到设计要求;
4、必需坚持开展监控量测工作,并及时做到量测资料的搜集、处置和信息反馈。
第三节坍方的技术处置方法
本节要紧介绍三类坍方发生后应采取的相应技术方法。
这些技术处置方法是依照部份工程中发生的坍方实例的处置手腕,并结合目前普遍采纳的一些较为成熟的技术方法,通过系统的总结和归纳形成的。
一、洞口坍方的处置方法
一、对中小型坍方,应将坍体自上而下全数清除,依照坍方清除后的坡面情形,决定是不是采纳刷坡卸载的方式,同时对仰坡面自上而下进行喷锚网加固。
其支护参数为:
喷射混凝土厚度:
8~15cm;
锚杆:
φ22mm,长3~5m;间距1m*1m~1.5m*1.5m;
钢筋网:
φ6mm~φ12mm;网格间距15cm*15cm~25cm*25cm。
二、关于大型或特大型坍方,没必要全数清除坍体,可采取挖台阶的形式清除一部份,然后进行喷锚网加固,并在仰坡上的适当位置设置浆砌片石挡墙作防护。
3、当坍方是因为洞口周围的山体滑动引发的,且坍方发生后,滑动体尚未稳固,现在必需先加固滑动体,然后再处置坍方。
目前加固滑动体的技术方法要紧有三种:
①采纳长锚杆,长度须超过滑动面,一样为8~20m,并严格进行注浆。
②采纳预应力锚索,其长度也必需穿过滑动面,一样为12~40m,并严格进行注浆。
③采纳抗滑桩进行加固,其长度仍必需穿过滑动面,其断面大小一样为2m*2m~4m*4m。
4、仰坡加固完成后,关于洞口段已露空洞身时,可采纳暗洞明做或改成明洞衬砌,拱圈上部回填土石或浆砌片石。
五、依照仰坡坍方的规模及处置后的稳固情形,对洞内二次衬砌进行适当增强,如增大衬砌厚度或采纳钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌等。
二、洞内岩石类坍方
依如实践的分析,岩石类坍方的围岩级别一样为Ⅱ~Ⅳ级,岩体以未风化或弱风化的岩层为主,节理较发育,坍体呈破碎的石块状,其中粘土及砂的含量相对较少,一样不超过30%,未坍方围岩处于相对稳固的状态。
坍方的规模一样为中、小型,个别为大型坍方,坍方数量不超过5000m3。
一、关于中、小型坍方,从坍腔口可观看到在坍壁稳固的情形下,是不是可采纳清碴的方式,同时依照坍腔的矢跨比(H/B),采取不同的处置方法:
(1)当坍腔的矢跨比H/B<时,采纳WFN法进行处置。
利用围岩暂处于大体稳固状态,边清碴边处置,抓紧时刻沿坍塌面采纳喷锚支护技术加固未坍的地层,即“外层初期支护”,简称为“W”,然后沿二次衬砌外轮廓施作钢筋(钢架)混凝土支护壳体,即“内层初期支护”,简称“N”,同时用钢架将内、外层初期支护连成整体,待二次衬砌完成以后,沿内层初期支护的外轮廓依次设防水层、1m厚混凝土护拱及1m以上的土层缓冲层,即“防护层”,简称为“F”。
利用这种方式的特点是:
工序
多,处置周期较长,本钱较高,但平安靠得住。
(2)当坍腔的矢跨比H/B≥时,采纳WF法进行处置(W、F的意义同上),即在坍方发生以后,利用围岩的自稳能力,抓紧时刻沿坍塌面进行外层初期支护,即W。
不设(也难于设)内层初期支护,待洞内二次衬砌完成以后,设置与WNF法相同的防水层、1m厚的护拱及1m以上厚度的土石缓冲层。
与WNF法比较,WF法不设内层初期支护和内、外层初期支护之间的连接钢架,从而使本钱大幅度降低,处置周期大大缩短,但因为矢跨比较大,再次坍方的可能性较小,仍能大体保证施工平安。
由于设有1m的混凝土护拱及1m以上厚度的土石缓冲层,即便在隧道完工后的运营时期,发生了必然规模的坍塌,其抗冲击能力仍可确保运营的平安。
二、关于大型坍方,一样不能采取清碴的方式。
其理由是,清碴数量太大,时刻太长,且处置费过大。
而采取Z法,即“注浆+管栅”的整体加固处置方式。
其要紧内容为:
(1)设止浆墙:
采纳厚1m的素混凝土或2m厚的浆砌片石。
(2)预埋孔口管:
直径φ=50~150mm,长度L=2~3m。
(3)注浆:
似渗透注浆为主,注浆形式可采纳全段一次性注浆、分段循环注浆和分段后退式注浆三种。
(4)施作管棚:
依照注浆成效选择管棚的参数,当注浆成效专门好时,也能够小导管代替管棚。
(5)开挖及支护:
依照注浆及管棚的加固成效决定开挖和支护参数大小。
3、当岩石类坍方已坍至隧道上方地表,即“冒顶”时,应先处置地表坍口,后处置洞内坍方。
地表坍方的处置内容如下:
(1)遮盖地表坍口,避免雨水渗入;
(2)坍口进行喷射混凝土封锁;
(3)依照情形,决定是不是采纳地表注浆加固技术,以避免坍方的继续进展和扩大;
(4)坍口周围施作截、排水沟;
(5)待洞内坍方处置完毕后,对地表坍口进行回填,回填一样采纳不透水的粘土进行,回填高度应高出原地面0。
5~1m;
(6)当坍口数量较大,同时地表坍口周围取土困难时,可不进行回填,而改作坍腔周围刷坡,作成簸箕形。
簸箕的底面应保证排水,一样坡度为3%~5%的斜坡即可。
三、洞内土质类坍方
土质类坍方的围岩级别一样为Ⅳ~Ⅵ级,围岩以砂、土质或强风化的岩石为主,坍方呈土状,含有大量的砂、粘土(≥70%)和少量的石屑和圆孤石,坍方范围之外的未坍塌部份呈相对不稳固状态。
坍方规模一样较大,要紧为大型和特大型坍方。
关于土质类坍方的处置,不能采纳清碴的方式,而必需采纳Z法进行,即“注浆+管棚”的方式,其要紧内容与W岩石类坍方中Z法的内容大体相同。
但须注意以下两点:
一、注浆应依照坍体中土质(或砂)的颗粒大小别离采纳渗透注浆、劈裂注浆或化学注浆。
其选择标准为:
d≥1mm时,渗透注浆
1mm>d>0。
1时,劈裂注浆
d<0。
1时,化学浆液
其中,d为颗粒粒径。
二、施作管棚时,因在土质中钻孔、成孔困难,可采纳跟管钻机进行。
管棚安装完成后应利用管棚再行注浆,并在管棚内安放小钢筋笼并灌注水泥砂浆,以提高刚度。
当土质类坍方坍至地表(这种情形在浅埋时常常发生)时,应先对地表坍口进行处置,其处置的内容及步骤同岩石类坍方的相应内容。
四、洞内坍方处置后的开挖及支护
一、采纳WNF和WF法处置的坍方,由于坍体已全数清除,故开挖及支护是在未坍方的围岩中进行,因此应依照现场的地质情形、围岩级别和地下水活动情形等因素综合考虑。
在坍方阻碍的范围内,一样是坍方段的前后10~30m,仍应遵守“短进尺,弱爆破,强支护”的原那么组织施工。
二、关于采纳法处置的坍方,其开挖和支护是在已注浆加固的坍体中进行,施工时应依照注浆成效合理选择开挖、支护方式,除在碎石类坍方且注浆成效十分理想的情形下,选择全断面一次开挖外,其他情形均应采纳台阶法或分部开挖法,其开挖进尺一样为1~2m;开挖后应及时支护,支护以喷锚支护为主,宜采纳早强药包锚杆或自进式锚杆等及早受力的锚杆,并依照现场注浆成效及管棚支护成效,决定是不是设置钢架、钢筋网和采纳钢纤维喷射混凝土等。
五、工程实例
一、清理完虚碴后,要求用喷混凝土对泥页岩围岩进行及时封锁,避免再次风化。
二、每隔50cm立一榀钢支撑,拱腰至拱脚用4m长锚杆锚固。
3、从钢支撑内缘模筑100m套拱,套拱与钢支撑连成整体,作用与初期支护作用相同。
4、套拱以上2m范围内浆砌块片石的护拱,如厚度不足2m,浆砌片石至围岩面上;厚度大于2m,护拱以上用干码片石堆码至围岩面上。
五、制作套拱、护拱时预留42mm×4m压浆管,管壁每10~15cm打梅花状孔。
压浆管在拱部以2×2m梅花状布置(见图)。
六、压浆:
干码片石及浆砌块片石中的孔隙用水泥浆充填起来,水泥浆水灰比选择1:
1,压力选择~。
7、成效:
对该坍方段进行处置后,该段没有发生开裂、下沉等不良现象,说明坍方处置方法是有效的。
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