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膨胀土隧道塌方成因及处理技术

2013-10-02 01:14 摘要：结合新响沙湾隧道工程实例，通过对隧道膨胀土洞段塌方的研究，分析隧道塌方原因，详细阐述了塌方处理方案、施工注意要点，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。 
关键词：膨胀土 塌方 原因分析 处理技术
        1 工程概况
        1.1 工程概况 新响沙湾隧道全长3430m，除进口1057m，出口129m位于直线上，其余均位于半径为4500m的曲线上，纵坡11.5‰。隧址区地震烈度Ⅷ地震动峰值加速度0.20g。
        1.2 工程地质和水文地质
        1.2.1 工程地质 新响沙湾隧道为鄂尔多斯台地剥蚀丘陵区，沟谷纵横，切割强烈，地形起伏较大。围岩为白垩系下统（K1），紫红色、姜黄色、灰绿色含砾泥质砂岩，砂石含量5～20%左右，泥质胶结，砂状结构，薄层～中厚层构造。局部夹薄层状紫红色泥岩。强风化层约10～30米。地层产状近水平。
        1.2.2 水文地质特征 地下水主要为赋存在河床冲洪积砂层中的空隙潜水，水量较丰富，膨胀土地带地下水丰富，基岩裂隙水不发育。
        2 塌方过程描述
        2008年9月27日早7时，新响沙湾隧道GDK48+885～GDK48+950段边墙出现多条裂缝，裂缝内有水渗出，部分拱脚出现向外挤出的现象。2008年9月28日～2008年10月9日期间，GDK48+885～GDK48+950段不时出现钢筋断裂的声音，多处出现环向裂纹，多处喷射混凝土面崩裂。边墙从拱脚以上1.7米处钢架整体被压断，拱顶边墙变形严重。掌子面已经全断面塌方封堵；缝宽1cm以上的裂纹有十多条，最大裂缝宽度达到60cm；拱墙部位格栅钢架大部分挤出变形，最大变形达80cm；裂缝处渗漏水现象严重。2008年10月10日下午15时10分GDK48+885～GDK48+950段出现整体坍塌，塌方过程无人员伤亡。 内容来自www.nseac.com
        3 塌方原因分析
        塌体段为白垩系下统灰绿色泥质砂岩，泥质胶结，砂状结构，薄层～中厚层构造，水平层理极其发育，经铁四院检测后发现该种砂岩为膨胀性质，且属于中度膨胀。由于膨胀土围岩具有“吸水而膨胀，失水而收缩”的特性。塌体段为富水段，围岩遇水极易软化崩解，围岩中度膨胀性加速、加大围岩应力释放，造成围岩松动圈范围大，在初期支护支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使围岩产生局部破坏，然后逐渐牵引周围土体连续破坏。
        4 塌方处理方案
        处理塌体的总体方案：首先对塌体进行大管棚施工，然后在已施工完毕大管棚上方进行混凝土造壳，在混凝土壳体的掩护下，实施四台阶开挖，并且加强支护，具体措施如下：
        4.1 对GDK48+893.5～GDK48+898.5段塌方部位用塌方碴料从两侧向中间进行回填，回填至拱顶设计标高后对剩余空洞采用轻质材料进行填塞，以形成内模。
        4.2 回填工作完毕之后在靠近塌方段处并排架设三榀I22工字钢作为管棚支承钢架，工字钢钢架之间焊接牢靠。
        4.3 拱部90°范围内架设Φ108管棚，管棚间距为30㎝，外插角为15°，长度为6米（伸入塌方部位5米，外露1米），管棚与钢架焊接牢靠。