[分享]超详细的隧道塌方事故分析,打好预防针总是好的

发表于2017-10-19     1015人浏览     2人跟帖     总热度:836  

随着高速公路建设的不断发展和向山区的延伸,隧道工程数量越来越多。本隧道是一座双连拱隧道,轴线走向为148°,隧道全长462m。隧道地形起伏大,植被发育,地貌有山间冲积小盆地、山脊以及山间冲沟等,其中山脊呈近南北走向,与隧道轴线呈大角度相交。隧道右洞施工时,发生了顶部坍塌,下面对本次塌方的原因和相应处理方案进行技术探讨和案例分析。

超详细的隧道塌方事故分析,打好预防针总是好的_1

隧道右洞在施工至塌方处时,正好处于Ⅳ、Ⅴ类围岩的交界带(该处埋深约80m),掘进后出现一较大滑层,先后出现两次较大范围的塌方,如图1。塌方段褶皱强烈,裂隙发育,岩体破碎,岩石较坚硬,岩体层面光滑,呈倒三角状。其中靠近中隔墙处塌方最高。隧道第一次塌方在无明显征兆的情况下突然发生,初次塌方量约100m3,并伴有渗水现象。在地下水的影响下塌腔迅速扩大,塌腔高4m-8m,纵长约8m,宽8m-11m,塌体完全堵住洞身,该段初期支护全部破坏,有6榀钢拱架扭曲损坏。

塌方原因分析

隧道区域构造主要受复式背斜控制,背斜呈线状紧密复式褶皱产出,轴部大致呈近东西向延伸。隧址位于该复式背斜之南翼,组成地层为双桥山群下亚群板岩、千枚状板岩,呈互层状,岩层倾向为近北。受其影响,隧道区千枚状板岩揉皱强烈,裂隙、节理、板理发育,岩体较破碎。因此,其塌方原因主要是:

① 工程地质原因:塌方部位处在Ⅳ、Ⅴ级围岩的交界带,被层状和多组节理分割而形成碎块状镶嵌结构,岩体较破碎,节理多为张开节理,节理裂隙间层面光滑。因连拱隧道开挖跨度大,在开挖掘进的扰动和左右洞施工的相互影响下,造成围岩失稳导致塌方。

② 地下(表)水原因:施工期连续降雨,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和塌落,软弱滑动面在地下水的作用下,强度大为降低,因而发生滑塌。水在塌方中起到一个“催化”和“恶化”的作用。

③ 施工方面原因:该处Ⅳ、Ⅴ级围岩分界面较设计文件稍提前,施工单位未及时根据地质条件变化调整施工方案和支护参数,未采取更为有效的超前支护措施,开挖进尺过大,初期支护未及时跟进,从面造成临空面过大也是造成塌方的重要原因。

塌方处理方案

根据塌方的情况和隧道所通过的层位,认为本次属层间移动性的塌方,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,决定采用稳住后方围岩,强支护处理坍塌段,适当加强支护过渡段的三个阶段处理此次塌方,分段处理的长度为16m(后方加固段4m,塌方段8m,过渡段4m)。

① 塌方后段的处理

首先在塌方位置退后4m的位置处,采用长3.5m的Φ42×4mm的注浆小导管对塌方后段注浆。小导管外插角为15°,环向间距为1000px,纵向间距为1m,断面两侧拱脚以上区域梅花形布置,小导管端部与钢拱架焊接成整体,以保证后方围岩稳定不向前坍塌。注浆采用先上后下,先里后外,即先对塌空区边缘注浆,再逐步退后进行后段注液,使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层,通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结,从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结,从根本上达到控制塌方的扩展。而后段的注浆也提高了围岩整体承载强度,并与初期支护共同在2~3m范围内形成一个强大的支撑拱,为下一步施工的安全性提供了保障(见图2)。

超详细的隧道塌方事故分析,打好预防针总是好的_2

② 塌空区段的处理

首先采用素喷厚500px的 C20混凝土封堵掌子面及塌落面,对塌空区段后方未破坏的原初期支护采用I18钢拱架进行加固,钢拱架与原初期支护钢拱架紧贴并排焊接,之后每榀纵向间距0.5m,掌子面处紧贴岩面并排焊接两榀。钢拱架间用环间0.5m的Φ25mm纵向钢筋连接,形成钢格棚架。对轮廓线外塌腔壁的大块岩石采用Φ89钢管支撑,并焊在钢拱架上。在钢拱架上下采用双层网格间距375px×375px的Φ8钢筋网加固,外挂模板,再喷射C25混凝土与钢拱架齐平,形成钢筋混凝土壳体初期支护。并在初支中预埋Φ108混凝土泵送管,待钢筋混凝土壳体强度达到要求后,分期泵送混凝土填充塌腔,以保证岩面与初期支护之间密实(见图2~图3)。

③ 塌方过渡段的处理

待塌空区段按上述方案处理完之后,密切注视塌空段断面变化情况,加强监控量测。该区域之后4m范围内采用长4m的Φ42×4mm的注浆小导管进行超前支护,小导管环向间距为1000px,纵向间距为1m;初支钢拱架采用I16工字钢,纵向间距1875px,钢拱架间采用环向间距1m的Φ25mm纵向钢筋连接,并设置网格间距500px×500px的Φ8钢筋网;系统锚杆采用长3m的Φ22砂浆锚杆,环向间距1m,纵向间距1875px,梅花形布置,端部与钢拱架焊接成整体。

超详细的隧道塌方事故分析,打好预防针总是好的_3

④ 监控量测

认真做好各项施工监测,根据对监测数据的分析和判断,对围岩及支护体系的稳定状态进行判断和预测,及时采取措施来确保围岩和结构的稳定,以确保施工安全。在该段塌方处理完毕后,在拱顶布设了左、中、右三个测点,并在腰线处左右分别布设了两个测点,通过近三个月的监测,拱顶下沉最大下沉量为22.5mm,相对变形量为1.99%;周边位移最大值为34.96mm,相对变形量为0.26%,均在允许范围内,表明所采取的措施得当,取得了应有的效果。

要点总结

隧道坍塌是最容易造成施工安全事故的主要原因,特别是对坍塌的处理更是危险作业。因此,只有方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施得力,才能使抢险得以顺利完成。

① 处理隧道塌方必须分秒必争,及时制定处理方案。处理隧道塌方是一种紧急抢险,如同打仗一样,有利的时机稍纵即逝。隧道塌方后,各方迅速到塌方点,详细察看塌方情况,检查塌方初期支护的损坏程度和影响区域,分析塌方原因和可能的发展趋势等。在掌握情况的基础上现场确定应急预案,下达抢险指令,明确任务和要求。这种现场办公定案、直接指挥处理的方法,保证了抢险的及时性,为塌方的处理争取到了有力的时机。

② 前方封堵,后方加固,对塌方区形成合围,是防止塌方恶化的有效方法。抢险的战斗从何处打响,关系到抢险工程全局性的问题。根据实际情况,采取前方封堵,即喷射C20混凝土封堵掌子面及塌落面,稳住围岩,防止空顶加大,并对下一步塌体注浆创造条件,保证注浆效果,同时还为下一步施工提供安全保障;后方加固,即对塌穴后方4m处未损坏的初期支护段架设型钢拱架加固初支,对初支顶部低应力围岩注浆,以增加其强度和自稳力。这种前方封堵和后方加固处理方法,有效地防止塌方恶化,使塌方处理出现了良好的局面,这是处理隧道塌方的一条重要成功经验。

③ 塌方的处理必须遵循“短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测”的原则。对塌体一般不宜直接进行清理,尽量减少对围岩的扰动,避免塌腔扩大。塌方的处理应一次到位、不留后患,加大超前支护和加强初期支护,必要时对二衬混凝土进行配筋和加厚,隧道轮廓外的塌腔宜尽量回填密实。从监控量测及地质雷达检测结果来看,本次隧道塌方的处理方案是可靠的。

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 发表于2017-10-19   |  只看该作者      

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隧道塌方事故的相关内容,可参考

 发表于2018-01-16   |  只看该作者       筑龙币+10

3

需要这样的分享,看了就有收获,谢谢楼主的分享。

文秋秋

湖南 岳阳 | 路桥市政

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