大相嶺隧道單口掘進(jìn)大變形事故分析

1大相嶺背斜斷裂帶隧道大相嶺-巴山腳下隧道是雅西高速公路的主要控制工程，全長1077m，單門探測端口探測五代河，是中國單門開挖的最大方式。本區(qū)地質(zhì)情況極為復(fù)雜,隧址區(qū)將穿越8條大斷層和多條支斷層破碎帶,共有805m大變形段,隧道最大埋深1648m,穿越上述段落時(shí)可能發(fā)生較大的塌方、涌突水、巖爆、巖溶。隧址區(qū)地處四川盆地與青藏高原過渡的盆地邊緣山區(qū),位于大渡河與青衣江兩大水系的分水嶺地帶,地貌分區(qū)屬于峨眉山—大相嶺深切割高中山區(qū)。隧址區(qū)地面切割強(qiáng)烈,山勢陡峻,高差懸殊。隧址區(qū)的主體構(gòu)造是大相嶺背斜,隧道位于大相嶺背斜近SN向的中段。背斜核部大面積出露下震旦統(tǒng)蘇雄組火山巖構(gòu)造,構(gòu)成該背斜主體。大相嶺背斜是一個(gè)核部隆起高、出露寬,兩翼變形強(qiáng)烈、倒轉(zhuǎn)、出露狹窄,且被?；藬嗔押筒艽笃簲嗔亚懈畈⑾薅ǖ谋硾_式“Ω”形隔檔式翻卷褶皺(圖1)。2無0.5注漿和襯砌修復(fù)YK62+160~YK62+131段發(fā)生塌方,具體處治方案如下:(1)初期支護(hù)外側(cè)坍塌體采用φ42雙層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù),注漿固結(jié)圍巖。小導(dǎo)管單排間距30cm,內(nèi)層外插角為10°~15°、外層外插角為30°~40°、拱部150°設(shè)置。小導(dǎo)管每環(huán)長度為4.5m,每循環(huán)搭接1.5m。外層小導(dǎo)管注漿壓力控制在0.6~1.0MPa,內(nèi)層單根注漿量不超過0.6m3,注漿漿液采用水泥砂漿。(2)初期支護(hù)采用I18工字鋼鋼架支撐,間距35cm/榀;φ25中空注漿錨桿長300cm,平均間距100cm×100cm,盡量布置在有鋼架的地方;噴混凝土厚度為24cm,預(yù)留變形量25cm;φ8鋼筋網(wǎng),間距20cm×20cm;初期支護(hù)全斷面封閉成環(huán)。(3)二次襯砌采用50cm厚鋼筋混凝土。(4)對于坍方段圍巖集中涌水處設(shè)置φ100排水管將股狀水直接引排至中央排水溝;為防止拱頂以上坍腔內(nèi)積水形成水壓,鉆孔埋管8~10根至坍腔處將坍腔內(nèi)可能的積水引出;采用分區(qū)防水方式,防止地下水串流,并加密環(huán)向排水管至每5m設(shè)置一環(huán)。3后分層涌水沿面鋪裝當(dāng)施工至YK62+140里程時(shí),掌子面再次發(fā)生涌水大變形,初期支護(hù)表面滲水呈暴雨?duì)?已完成初期支護(hù)全部變形,經(jīng)測量掌子面左側(cè)拱架橫向推移達(dá)85cm、縱向推移達(dá)32cm;且掌子面左側(cè)拱腰(進(jìn)洞方向)前方位置出現(xiàn)大涌水,涌水口位于隧道正左前方,口徑約1m;由于涌水量大、流速快,掌子面前方?jīng)_刷嚴(yán)重,涌水過程中前方出現(xiàn)直徑約1.5m、高度約4m的塌腔。在前方坍塌掉塊過程中,又增加了兩個(gè)涌水點(diǎn),一個(gè)位于隧道正前方拱腰以下1m,水柱直徑約20cm;另一個(gè)位于塌腔頂部,水柱直徑約10cm。涌水過程中左側(cè)拱腳以上2m范圍出現(xiàn)大面積環(huán)向裂隙,縫寬約2~3mm。4涌水、大變形涌水、大變形事故發(fā)生后,參建各方立即察看了現(xiàn)場(圖2,圖3)。并邀請咨詢專家對變形原因和處治方案進(jìn)行了現(xiàn)場咨詢,對涌水、大變形原因作了分析,分析認(rèn)為:地質(zhì)條件是發(fā)生大變形和涌突水的主要原因。該段有一斷層,上盤破碎,在上盤中富含豐富的地下水,且有粘土類隔水物質(zhì),隔水層達(dá)1~2m厚,使上盤地下水無法排出,形成較高水壓力,從而引起涌水、大變形。涌水量檢測結(jié)果如圖4所示。5處理方案5.1支護(hù)方案及支護(hù)效果根據(jù)GPR地質(zhì)雷達(dá)超前探測資料,本隔水層厚、長,與隧道夾角較小,在開挖輪廓內(nèi)延伸里程至YK62+099。如不能將地下水很好地引排,在下步施工中將會(huì)出現(xiàn)再次變形和發(fā)生較大涌突水的可能。因此,確定YK62+140~+099涌水、大變形段排水及支護(hù)方案如下:(1)采用CD法施工及分部引排水,首先開挖涌水較小的一側(cè),然后將另一側(cè)地下水通過預(yù)埋大直徑鋼管引至已開挖側(cè),再開挖另一側(cè),兩側(cè)交替開挖,交替開挖循環(huán)控制在7~10m之間(圖5、圖6、圖7、圖8)。(2)采用φ42雙層小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù),內(nèi)層小導(dǎo)管長4.5m,外插角為10°~15°;外層小導(dǎo)管長6m,外插角為30°~40°;拱部150°設(shè)置;注漿管搭接長度1.5m,確保注漿承壓拱厚度達(dá)到4m以上。(3)初期支護(hù)采用雙層I20b工字鋼,間距為35cm/榀,噴混凝土厚度48cm,內(nèi)層拱架預(yù)留變形量35cm;變形段拱頂即150°范圍內(nèi)不打設(shè)系統(tǒng)錨桿;邊墻未變形部位打設(shè)4.5m長φ22藥包錨桿作為系統(tǒng)加固錨桿,間距35cm×90cm;安裝φ8雙層鋼筋網(wǎng)(20cm×20cm)。初期支護(hù)全斷面封閉成環(huán)。5.2分層開挖與支護(hù)涌水、大變形段總體施工工序?yàn)?超前支護(hù)預(yù)注漿—用側(cè)壁導(dǎo)洞法開挖水量較小一側(cè)上臺階—雙層鋼拱架支護(hù)—引排水至開挖側(cè)—開挖另一側(cè)上臺階—雙層鋼拱架支護(hù)—拆除中隔壁—注漿超前支護(hù)—下臺階開挖—下臺階初期支護(hù)—通過涌水段。5.3間歇式注漿與短臺階開挖(1)注漿時(shí)應(yīng)注意控制注漿壓力和注漿量,注漿壓力控制在0.6~1.0MPa,達(dá)到注漿壓力即停止注漿,如無法滿足注漿壓力要求則采用間歇式注漿。(2)為能使涌水變形段處治措施具有針對性,應(yīng)探明涌水段長度和高度。(3)通過涌水變形地段必須在超前支護(hù)預(yù)注漿完成后再采用短臺階開挖,上下臺階間距不宜超過3m,上臺階高度不宜超過3m。上臺階鋼拱架拱腳必須落腳于縱向鋪設(shè)的槽鋼上,以免拱腳下沉。(4)加快下導(dǎo)洞施工進(jìn)度,及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌。5.4管道及臨時(shí)支架施工(1)涌水變形段施工時(shí),應(yīng)以“管超前、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”的十八字方針指導(dǎo)施工,建議采用臺階分部開挖(環(huán)向開挖預(yù)留核心土)法,嚴(yán)格控制進(jìn)尺。(2)每道工序必須有緊急逃生措施,以便施工人員及時(shí)撤離。(3)設(shè)專職安全員,以監(jiān)控量測指導(dǎo)施工,加強(qiáng)測量并作好記錄,發(fā)現(xiàn)不安全隱患,立即匯報(bào),并通知施工人員撤離現(xiàn)場。(4)開挖過程中,要求安全員特別注意未破壞初期支護(hù)變形、危石的處理,發(fā)現(xiàn)不安全隱患,立即通知施工人員撤離現(xiàn)場。(5)施工中各種臨時(shí)支架搭建必須穩(wěn)固。(6)施工過程中必須保證通風(fēng)條件良好。(7)洞內(nèi)施工時(shí)要求盡快施作二次襯砌,原則上二次襯砌不得落后開挖面30m。(8)加強(qiáng)監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,及時(shí)提出預(yù)警,確保隧道施工安全可靠。6地質(zhì)構(gòu)造分析和施工方法相結(jié)合的原則(1)針對地質(zhì)復(fù)雜的長大深埋隧道,必須將地質(zhì)超前預(yù)報(bào)作為一道工序進(jìn)行管理,并且要長短預(yù)報(bào)相結(jié)合,堅(jiān)持“先探后掘”的原則。(2)探明前方地質(zhì)后,要結(jié)合前期設(shè)計(jì)勘測資料進(jìn)行總體分析,分