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[摘 要]于都隧道是瑞金至赣州高速公路的一座分离式长隧道,在进洞施工过程中,仰坡出现裂缝、下层、推移导致进洞困难的问题。针对隧道进洞难的问题,采取了提前进洞、延长明洞、设置抗滑桩、增强长管棚等措施有效地控制了仰坡的变形,使隧道顺利地通过了进口端围岩破碎带,为以后类似条件的隧道施工提供了参考。
[关键词]仰坡;变形;抗滑桩;长管棚;处理措施
[中图分类号]TU753.3 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2010)32-0051-02
1 前 言
瑞金至赣州高速公路是国家“7918”高速公路路网规划中厦门至成都主干线在江西境内的重要组成部分,是江西省“三纵四横”高速公路主骨架网中“第四横”的一部分,也是江西省第三条利用世界银行贷款的高速公路项目。项目总里程为117.12公里,起于瑞金市云石乡陂下村,与隘岭(赣闽界)至瑞金高速公路终点相接,途经瑞金市、会昌县、于都县、赣县、赣州市章贡区、赣州市经济技术开发区六个县(市)、区和十八个乡(镇),终点与厦蓉线赣州城西段相接。该项目52%的路段经过不良地质地区,20%的路段处于岩溶发育地区或采空区,施工难度大。于都隧道是一座上下行分离的四车道高速公路长隧道,起点位于于都县禾丰乡安脑村后,终点位于于都县利村秀峰山庄附近,为一分体双洞隧道,左洞起讫里程为ZK81+125～ZK82+905,长1780m,右洞起讫里程为YK81+138～YK82+920,长1782m,是瑞赣高速公路“控制性”工程之一。
2 隧道地质条件
隧道区处于一构造剥蚀低山丘陵地区,山体连绵起伏,山体植被、微地貌发育,且处于南岭东西向复杂构造带,东段北侧与武夷山新华夏系隆起褶皱带边缘交接复合部位,区域地质构造面貌非常复杂,地质构造为多期复合,发育以南北向及北东向断裂为主的华夏系、新华夏系断裂构造。根据工程地质钻探、物探,结合工程地质调查:在隧道区内主要发育有4条小的正断层;隧道洞口附近主要为山前堆积带,岩土体非常破碎,多呈石夹土状,洞口边坡稳定性差;隧道区地下水丰富;煤层主要分布在洞顶,局部可能切割到煤系层,主要为炭质泥岩及泥炭,岩性极软,水理性质,浸水易膨胀松垮;隧道进口端属于浅埋且存在偏压。
3 洞口变形情况
于都隧道进口端自开工以来,由于工程地质条件复杂,且又恰逢雨季,难以进洞。仰坡施工后,坡顶外4~6m出现约4cm宽的横向裂缝,仰坡喷射砼个别处出现皱裂,一周时间内,大部分裂缝宽度发展到15cm以上,个别处发展至25cm;仰坡最大下沉1m,最大水平位移1.72m。由仰坡滑坡产生的巨大推力致使已进洞十余米的右洞初衬出现裂缝、变形,核心土亦出现两条裂缝。通过监控量测数据显示,套拱处累计下沉9.4cm,纵向累计位移8.4cm。
4 原因分析
(1)隧道进口端在以黏土为主的土夹石地层中,此地层受到几次构造运动的扰动,其结构松散、稳定性差,在外力作用和自重作用下,部分坡面还在变形、滑动,地层不稳定。
(2)仰坡开挖后,部分山体内部失去了相互依托和支撑的条件,为达到坡面自稳的条件,促使仰坡开裂。
(3)施工时正值雨季,遭遇连降暴雨后,大量雨水渗入地层,增加土体的自重,大大减弱了内部黏结力,外力增加,内部抵抗力减弱,诱发了仰坡变形开裂。
5 处理措施
为保证工程质量,确保按工期完成任务,于都隧道进口端施工过程中,采取了以下措施。
(1)提前进洞。隧道施工中,洞口段围岩一般比较破碎、地质条件较差,应遵循尽量减少对岩体扰动的原则,以提高洞口段岩体和边、仰坡的稳定性。《设计规范》及《施工规范》均作了洞口位置规范性要求,强调“早进洞、晚出洞”,即适当延长洞口和隧道的长度,尽量避免对山体的大挖大刷,提倡零开挖洞口,让隧道洞口周围的植被得到妥善保护,维护原有的生态地貌。于都隧道进口端在仰坡第一次出现裂缝时就迅速采取了提前进洞的方案,左洞提前10m即在ZK81+115开始进洞,右洞提前8m即在YK81+130开始进洞。
(2)延长明洞,对明洞地基进行加固处理。左洞明洞延长8m,右洞明洞延长10m。明洞地基采取桩基浮拱加固处理,如下图所示。先采用I18工字钢对浮拱及边坡坡脚土体进行保护处理,工字钢底部打入明洞基础以下约1.5m,顶部与地面齐平,在浮拱翼墙处施工Φ108打孔注浆钢管,间隔0.5m,长12m,中间加三根Φ22钢筋,并及时注浆,注浆压力为0.5MPa~1.5MPa;再施工钻孔灌注桩,按对角顺序先施工①③号桩基,后施工②④号桩基,开挖①④及②③桩基之间土体,浇筑两侧浮拱翼墙;开挖明洞基础,采用Φ42×5注浆钢管进行注浆加固,钢管长6m,间距1m×1m,同时浇筑③④桩基之间弧形系梁;最后施工浮拱外8m明洞浇筑及浮拱内2m拱部明洞,开挖浮拱基础土体,及时浇筑明洞基础。
(3)增设抗滑桩。在隧道左洞仰坡二级平台处沿隧道轴线两边设置两组(一组3根,另一组5根)抗滑桩群,抗滑桩梅花形布置,之间采用1m×1.5m系梁连接,桩径设置为2m,桩长25m,穿越了现有仰坡滑动面和物探定性推测滑动面,且嵌入基岩5m~7m,有效地稳固了隧道进口端仰坡山体。
(4)增强长管棚及套拱。在洞顶上方9m~10m处增强一排长管棚及套拱,长管棚共计16根,长42m,与路线平行方向仰角2度、环向间距50cm设置,钢管采用热轧无缝光管Φ108mm,壁厚6mm,节长6m、3m,隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管的接头错开1m,钢管前端呈锥状,尾端4.5m范围内不打眼,中间部位按25cm×25cm梅花形打眼,孔径8mm,在不堵塞注浆孔的前提下管棚中加3根42m长Φ22钢筋,钢筋均布焊接在钢管内;注浆初压为0.5MPa~1.0MPa,终止压力为2MPa,水灰比1∶1,掺5%~10%的水玻璃,水玻璃浓度:玻美度35,水玻璃模数:2.4;注浆结束后及时清除管内浆液,用C30水泥砂浆紧密充填,增强管棚刚度和强度。套拱钢支撑采取I14工字钢,纵向由Φ22钢筋焊接固定,钢支撑两端与设置在隧道轴线两边的抗滑桩桩间系梁连接,形成了有效的受力整体。
(5)仰坡注浆加固。仰坡挂25cm×25cmΦ6钢筋网,喷射5cm厚C20砼,同时打Φ42mm×5mm热轧无缝钢管注浆,钢管长3.5m,梅花型布置,斜向下15度水平向右30度打入,坡面间距1.5m×1.5m。
(6)右洞进洞段临时支护。对已进洞十余米且初支出现裂缝、变形的右洞采取斜支撑和临时仰拱结合的临时加固措施,临时仰拱采用I18工字钢,按0.6m一榀设置,同时喷射20cm C25砼;斜支撑采取隧道轴线及隧道顶部至起拱线位置三根I18工字钢与临时仰拱工字钢焊接。同时为保证支护稳定和下导坑施工安全,对YK81+130~YK81+160段采取小导管注浆进行仰拱地基加固,注浆小导管用Φ42mm×5mm热轧无缝钢管,打入仰拱底部围岩,水平间距216cm,外露30cm与仰拱部位钢支撑焊接牢固,水灰比1∶1,注浆压力0.5MPa~1.5MPa。
(7)加强坡面排水,封闭地表裂缝。将仰坡坡率修改为1∶1.2,设置两级平台,平台宽2m,在洞顶及两平台处设置洞顶排水沟及仰坡排水沟,同时在仰坡开挖线5m外设置浆砌片石截水沟;地表裂缝用黄泥加水泥拌浆灌缝填实。
6 结 论
于都隧道进口连续发生变形,坡体面积大,造成经济损失增加,施工进度推迟,治理难度加大,要提高认识,精心设计与施工,从根本上解决边坡治理问题。变形原因是多方面的,过程是渐进的,有征兆表现,有规律可循。要重视监控量测工作,并及时根据监控信息反馈到施工、设计,以避免类似情况的再次发生。
[关键词]仰坡;变形;抗滑桩;长管棚;处理措施
[中图分类号]TU753.3 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2010)32-0051-02
1 前 言
瑞金至赣州高速公路是国家“7918”高速公路路网规划中厦门至成都主干线在江西境内的重要组成部分,是江西省“三纵四横”高速公路主骨架网中“第四横”的一部分,也是江西省第三条利用世界银行贷款的高速公路项目。项目总里程为117.12公里,起于瑞金市云石乡陂下村,与隘岭(赣闽界)至瑞金高速公路终点相接,途经瑞金市、会昌县、于都县、赣县、赣州市章贡区、赣州市经济技术开发区六个县(市)、区和十八个乡(镇),终点与厦蓉线赣州城西段相接。该项目52%的路段经过不良地质地区,20%的路段处于岩溶发育地区或采空区,施工难度大。于都隧道是一座上下行分离的四车道高速公路长隧道,起点位于于都县禾丰乡安脑村后,终点位于于都县利村秀峰山庄附近,为一分体双洞隧道,左洞起讫里程为ZK81+125～ZK82+905,长1780m,右洞起讫里程为YK81+138～YK82+920,长1782m,是瑞赣高速公路“控制性”工程之一。
2 隧道地质条件
隧道区处于一构造剥蚀低山丘陵地区,山体连绵起伏,山体植被、微地貌发育,且处于南岭东西向复杂构造带,东段北侧与武夷山新华夏系隆起褶皱带边缘交接复合部位,区域地质构造面貌非常复杂,地质构造为多期复合,发育以南北向及北东向断裂为主的华夏系、新华夏系断裂构造。根据工程地质钻探、物探,结合工程地质调查:在隧道区内主要发育有4条小的正断层;隧道洞口附近主要为山前堆积带,岩土体非常破碎,多呈石夹土状,洞口边坡稳定性差;隧道区地下水丰富;煤层主要分布在洞顶,局部可能切割到煤系层,主要为炭质泥岩及泥炭,岩性极软,水理性质,浸水易膨胀松垮;隧道进口端属于浅埋且存在偏压。
3 洞口变形情况
于都隧道进口端自开工以来,由于工程地质条件复杂,且又恰逢雨季,难以进洞。仰坡施工后,坡顶外4~6m出现约4cm宽的横向裂缝,仰坡喷射砼个别处出现皱裂,一周时间内,大部分裂缝宽度发展到15cm以上,个别处发展至25cm;仰坡最大下沉1m,最大水平位移1.72m。由仰坡滑坡产生的巨大推力致使已进洞十余米的右洞初衬出现裂缝、变形,核心土亦出现两条裂缝。通过监控量测数据显示,套拱处累计下沉9.4cm,纵向累计位移8.4cm。
4 原因分析
(1)隧道进口端在以黏土为主的土夹石地层中,此地层受到几次构造运动的扰动,其结构松散、稳定性差,在外力作用和自重作用下,部分坡面还在变形、滑动,地层不稳定。
(2)仰坡开挖后,部分山体内部失去了相互依托和支撑的条件,为达到坡面自稳的条件,促使仰坡开裂。
(3)施工时正值雨季,遭遇连降暴雨后,大量雨水渗入地层,增加土体的自重,大大减弱了内部黏结力,外力增加,内部抵抗力减弱,诱发了仰坡变形开裂。
5 处理措施
为保证工程质量,确保按工期完成任务,于都隧道进口端施工过程中,采取了以下措施。
(1)提前进洞。隧道施工中,洞口段围岩一般比较破碎、地质条件较差,应遵循尽量减少对岩体扰动的原则,以提高洞口段岩体和边、仰坡的稳定性。《设计规范》及《施工规范》均作了洞口位置规范性要求,强调“早进洞、晚出洞”,即适当延长洞口和隧道的长度,尽量避免对山体的大挖大刷,提倡零开挖洞口,让隧道洞口周围的植被得到妥善保护,维护原有的生态地貌。于都隧道进口端在仰坡第一次出现裂缝时就迅速采取了提前进洞的方案,左洞提前10m即在ZK81+115开始进洞,右洞提前8m即在YK81+130开始进洞。
(2)延长明洞,对明洞地基进行加固处理。左洞明洞延长8m,右洞明洞延长10m。明洞地基采取桩基浮拱加固处理,如下图所示。先采用I18工字钢对浮拱及边坡坡脚土体进行保护处理,工字钢底部打入明洞基础以下约1.5m,顶部与地面齐平,在浮拱翼墙处施工Φ108打孔注浆钢管,间隔0.5m,长12m,中间加三根Φ22钢筋,并及时注浆,注浆压力为0.5MPa~1.5MPa;再施工钻孔灌注桩,按对角顺序先施工①③号桩基,后施工②④号桩基,开挖①④及②③桩基之间土体,浇筑两侧浮拱翼墙;开挖明洞基础,采用Φ42×5注浆钢管进行注浆加固,钢管长6m,间距1m×1m,同时浇筑③④桩基之间弧形系梁;最后施工浮拱外8m明洞浇筑及浮拱内2m拱部明洞,开挖浮拱基础土体,及时浇筑明洞基础。
(3)增设抗滑桩。在隧道左洞仰坡二级平台处沿隧道轴线两边设置两组(一组3根,另一组5根)抗滑桩群,抗滑桩梅花形布置,之间采用1m×1.5m系梁连接,桩径设置为2m,桩长25m,穿越了现有仰坡滑动面和物探定性推测滑动面,且嵌入基岩5m~7m,有效地稳固了隧道进口端仰坡山体。
(4)增强长管棚及套拱。在洞顶上方9m~10m处增强一排长管棚及套拱,长管棚共计16根,长42m,与路线平行方向仰角2度、环向间距50cm设置,钢管采用热轧无缝光管Φ108mm,壁厚6mm,节长6m、3m,隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管的接头错开1m,钢管前端呈锥状,尾端4.5m范围内不打眼,中间部位按25cm×25cm梅花形打眼,孔径8mm,在不堵塞注浆孔的前提下管棚中加3根42m长Φ22钢筋,钢筋均布焊接在钢管内;注浆初压为0.5MPa~1.0MPa,终止压力为2MPa,水灰比1∶1,掺5%~10%的水玻璃,水玻璃浓度:玻美度35,水玻璃模数:2.4;注浆结束后及时清除管内浆液,用C30水泥砂浆紧密充填,增强管棚刚度和强度。套拱钢支撑采取I14工字钢,纵向由Φ22钢筋焊接固定,钢支撑两端与设置在隧道轴线两边的抗滑桩桩间系梁连接,形成了有效的受力整体。
(5)仰坡注浆加固。仰坡挂25cm×25cmΦ6钢筋网,喷射5cm厚C20砼,同时打Φ42mm×5mm热轧无缝钢管注浆,钢管长3.5m,梅花型布置,斜向下15度水平向右30度打入,坡面间距1.5m×1.5m。
(6)右洞进洞段临时支护。对已进洞十余米且初支出现裂缝、变形的右洞采取斜支撑和临时仰拱结合的临时加固措施,临时仰拱采用I18工字钢,按0.6m一榀设置,同时喷射20cm C25砼;斜支撑采取隧道轴线及隧道顶部至起拱线位置三根I18工字钢与临时仰拱工字钢焊接。同时为保证支护稳定和下导坑施工安全,对YK81+130~YK81+160段采取小导管注浆进行仰拱地基加固,注浆小导管用Φ42mm×5mm热轧无缝钢管,打入仰拱底部围岩,水平间距216cm,外露30cm与仰拱部位钢支撑焊接牢固,水灰比1∶1,注浆压力0.5MPa~1.5MPa。
(7)加强坡面排水,封闭地表裂缝。将仰坡坡率修改为1∶1.2,设置两级平台,平台宽2m,在洞顶及两平台处设置洞顶排水沟及仰坡排水沟,同时在仰坡开挖线5m外设置浆砌片石截水沟;地表裂缝用黄泥加水泥拌浆灌缝填实。
6 结 论
于都隧道进口连续发生变形,坡体面积大,造成经济损失增加,施工进度推迟,治理难度加大,要提高认识,精心设计与施工,从根本上解决边坡治理问题。变形原因是多方面的,过程是渐进的,有征兆表现,有规律可循。要重视监控量测工作,并及时根据监控信息反馈到施工、设计,以避免类似情况的再次发生。