分水坳隧道位于湖南省怀化市东南16公里笔架山分水坳路段,隧道全长442m。该隧道处在分水坳大断层旁侧,隧道全部从层间破碎带中通过,地质极其复杂,变化无常,其破碎程度是少见的。从施工过程揭露的实际情况看,其围岩大致可分为两大类型,从进口端向前150m为断层挤压结构面,完全石粉化,且洞内大面积淋水,属特殊地质地段。从150m再向前至出口的洞身段,在开挖面上始终有三种结构面:硅质薄层灰岩碎石压碎结构面,炭质泥岩镜面(滑动面)结构和断层挤压石粉状结构面。该洞身段内多段淋水,属不良地质地段。
在隧道开挖的全部里程中,有一次级断层基本沿隧道中线贯穿隧道的始末,因受分水坳大断层的影响,其羽状断层纵横交错使围岩处于变化无常的状态。隧道全洞身围岩均属易塌方地质。在施工开挖过程中虽然按着“短进尺,弱装药,强支护,快封闭,勤测量”的原则施工,但小的滑塌每一循环都有,小塌方不断,50m3左右的塌方5次,大塌方1次,塌方量达1000m3以上。
这些塌方不仅浪费人力、物力,影响工程质量和进度,更严重的威胁着施工人员的生命安全。这种防不胜防的极易塌方地质造成的塌方也给我们如何处理塌方积累了经验。现就10月31日的大塌方处理的方法和体会介绍如下:
一、塌方情况和经过
2002年10月31日6时30分,分水坳隧道进口端上断面开挖至K10+038里程(进洞60m),出现大塌方事故。在无明显征兆的情况下突然塌方,初次冒落矸石300m3,塌穴区域为K10+035~K10+039段。在地下水的影响下塌穴迅速扩大至K10+030~K10+043.5,塌高18m,纵长13.5m,宽8~14m,塌体完全堵住洞身。损坏型钢拱架6榀,该段初期支护全部破坏。
这次塌方处理:后方加固段6m,塌方段14m,超前过渡段5m,共25m。每班参加施工人员12人(含管理人员),三班轮流作业,历时18天。塌方和处理塌方的过程中没造成伤人和损坏机具事故。对塌方处理方案和处理效果,在专家组考察分水坳隧道地质和施工情况时给予了充分肯定,认为处理10.31塌方事故的方案是适宜的,效果是很好的。
二、塌方成因的分析和判断
分水坳隧道进口端处在寒武系和震旦系的层间破碎带,大断层的羽状断层很发育,地下水活动强烈,这是该洞段的基本情况。因此,其塌方原因主要是:
1. 地质原因
塌方部位处在破碎带中的断层挤压结构面,该结构面呈石粉状,未开挖前密实度较高,一经开挖,潜在应力释放快,没有自身承载力,围岩失稳导致塌方。
2. 近期连续降雨,地表水丰富,通过裂隙进入岩体,顶板淋水量增大。在地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解下加剧了岩体失稳,加速了层间移动,这是导致塌方的又一重要原因。
3. 判断结论;特殊地质情况及水文地质条件是这次塌方事故的成因,根据塌方的情况和隧道所通过的层位,认为是层间移动性的大塌方,这种地质的塌方难以稳定,会引起连锁反应,积累和发展扩及到已开挖支护的较长洞身段。为此,决定用稳住塌方区,固结塌体,超前加固三个阶段渡过塌方区。
三、塌方处理措施和方法
根据塌方的实际情况,处理措施主要是防止塌方的继续扩大,加强区段支护,堵死塌孔,设法提高松散体的整体强度,使其具有承载能力和自承能力,防止地下水源对塌穴的影响,然后采取“大塌穿”的办法处理断层塌落体。
1. 塌方后段的处理
首先采用素喷C20砼厚20cm封堵断层塌落体,然后对塌穴距后6.0m范围内未破坏的原初期支护进行加固,支护采用18#工字钢支撑,间距0.4~0.5m,钢架间用Φ22mm钢筋连接,环间距1.0m,并对该区域喷射C20砼与钢架齐平,同时采用D50×4mm无缝钢管超前注浆,管长9.0m,环间距2.5m,共7根,外插角300,管壁每0.5m对称布设Φ10透浆孔,钻眼终孔于塌穴前缘0.5m以外。
第二步是采用D42×5mm无缝钢管对塌穴后段8.0m范围内预注浆,钢管长度5.0m,环纵间距2.5m左右,外插角30~350,每环5根,断面两侧拱脚以上区域梅花形布置。以上注浆均采用水泥浆与水玻璃双注浆,其配比为1:1,注浆采用先上后下,先里后外,即先对塌孔部塌方处理示意图

图一塌方处理纵剖面图

图二塌方后段处理断面图
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