白水洋隧道边仰坡崩塌处理方案讨论

摘要：白水洋隧道位于福建省宁德市屏南县双溪镇乾源村，洞门边仰坡围岩均为Ⅴ级，岩体极破碎，呈碎裂状松散结构。隧道进口段近山坡脚，山坡坡度约为30°～35°，从坡顶至洞门高差36米，斜坡上覆盖残坡积层、强风化岩层，厚度约为8～20米，岩土强度极低，极易产生塑性变形及挤压破坏，边仰坡防护采用零开挖配合锚喷支护，进洞困难。原设计进洞方式为小导管进洞，后边仰坡发生崩塌，经四方现场确认后决定采用边仰坡预注浆和钻设注浆井进行预定位置预注浆结合逐级台阶开挖，逐级支护的边仰坡处理方法，采用大管棚进洞。

关键词：边仰坡防护边仰坡崩塌预注浆边仰坡开挖管棚施工

一、边仰坡防护:

根据设计图纸要求采用零开挖方式进行边仰坡防护及进洞，原设计要求锚杆制作长400cm，按1.2m×1.2m梅花型布置。钢筋网采才用φ6的钢筋，间距20×20cm的制作。根据现场测量放样，确定仰坡实际长度约为2.4米，基本上没有起到固定围岩的作用，由于坡积层厚度较厚且岩块空隙较大，围岩自稳能力非常差。设计锚杆为φ22砂浆锚杆，由于覆盖层过厚，锚杆根本不足以达到围岩(无法形成挤压加固作用)，不能充分调动围岩的自稳能力，没有能够使锚杆和钢筋网形成一个锚喷受力的整体。

二、边仰坡崩塌

洞口段围岩为残积质粘土、侏罗系南园组碎块状强风化~弱风化凝灰岩，岩体极破碎，呈碎、裂状，松散结构，洞室稳定性差。开挖的时候恰逢当地的雨期，土石中含水量急剧增大导致自重增大，自稳能力进一步变弱。现场在开挖了2米的高度后，发现边仰坡上有明显的滚石，随后进行现场观察后发现在洞顶截水沟发现一条1mm的裂缝，立即组织人员和机械的撤离，1小时后整个边仰坡发生崩塌(所谓崩塌是指块状岩体与岩坡分离，向前翻滚而下。其特点是在崩塌过程中，岩体无明显滑移面。其起因是由于风化等原因减弱了节理面的内聚力，或是因为雨水进入裂隙产生水压力所致。)由于在开挖前3天的连续暴雨导致了水压力增大且本身围岩的自稳能力很差。

三、边仰坡处理方案

边仰坡发生滑坡后，经设计现场勘查后结合现场施工经验确定方案如下：

1、整个仰坡上方为一块松散体，采用L=4m长的φ25中空注浆锚杆对整个松散体进行注浆，中空注浆锚杆采用1.5m*1.5m梅花形布置，另外还在边仰坡上选取了6个注浆井，在边仰坡逐级开挖之前，从地面钻孔至隧道仰拱标高之下，并利用设置在地面上的注浆设施，将浆液经注浆孔井压注至仰拱及套拱的底角等处。浆液在岩土的裂隙或空隙中经渗透、扩散和凝固、充塞，在井筒四周形成具有一定强度的，基本不透水的注浆帷幕。根据现场地质条件我们选用了水泥-水玻璃双液注浆工艺，它比单液注浆多一套注浆设备和管路，较为复杂，但它具有可调节进浆比例和浆液胶凝时间及减少浆液流失等优点。地面预注浆凿井施工方案的主要工序包括：

1.1、注浆井施工：(根据现场条件结合设计要求采用D=120mm井筒)

注浆井一般采用同心圆等距离布置，注浆井数目可按下式计算：

N=π(D+2A)/L

注浆井的数目和注奖井的布置对注浆效果、注浆时间和注浆成本影响很大，根据现场需要和考虑成本且能够达到顺利进洞的前提下，采取了共计6口井，管棚基础附近左右各一口井，在两洞中间的送松散体上布置两口井，在裂隙发育，岩石松散和地下水丰富的倾斜岩层，注浆井采用不等距布置，需要注意立即开挖的部位的注浆和加固。

1.2、安装注浆设备

在钻进注浆井的同时，平行进行注浆设备的安装和压浆管路调试，一般要求各种管路承受1.2倍的最大压浆压力而不破裂和漏损。

1.3、配置浆液、注浆施工及效果检查

水泥-水玻璃双液注浆，必须准确控制浆液浓度并保证双液按比例混合，注浆初期的吸浆量大应利用双液胶凝时间的可控制性和结石率高的特点，控制浆液的扩散范围，达到减少材料消耗和提高堵水效果的目的。由于现场围岩极其破碎，裂隙极其发育，现场采用了分段下行式注浆方式，即从地面开始，自上而下钻一段孔，注一段浆，在同一段内先钻孔、后注浆。每注一段后继续下延钻孔与注浆如此交替进行，直到设计的最终注浆深度，然后再由下而上进行复注。它的优点是由于上段先注好浆，有效地控制下端注浆是的浆液上冒及塌孔;缺点是钻孔工作量大、交替作业工期长。水玻璃模数2.8~3.1，水玻璃溶液浓度Be’=45~50，水泥浆水灰比W/C=0.75:1~1.1:1。经现场开挖验证后确定预注浆取得了较好的注浆效果，使得在接下来的套拱基础开挖以及刚进洞的里程的开挖中获得了较快的进度和安全保障。

2、放弃原设计的零开挖进洞，采用台阶法放坡，由于现场自然坡率较陡且边坡是发生的是崩塌，没有明显的结构滑动面，所以根据工程地质分析可以假设为多平面滑动岩坡稳定性验算，两个或两个以上多平面的滑动或者其他形式的折线和不规则曲线的滑动，都可以按照极限平衡条件用力多边形(力条图解)法来进行分析。假设任意一个可能的滑动面，将这个滑动区域(简称滑楔)用垂直线划分为若干岩条，对于每一岩条都考虑到相邻岩条的反作用力，并绘制每一岩条的力多边形。以i条为例，岩条上作用着下列各种力：

Wi----------第i条岩条的重量(KN)

R1-----------相邻的上面的岩条对i条岩条的作用力(KN)

Cl1----------相邻的上面的岩条与第i条岩条垂直界面之间的黏聚力(KN)(c代表单位面积黏聚力，l1为相邻交界线的长度);R1与cl1组成合力E1(KN)

R2----------第i条岩条底部的反作用力(KN)

Cl2---------第i条岩条底部的黏聚力

R3----------相邻的下面岩条对第i条岩条的反作用力(KN)

Cl3----------相邻的下面岩条对第i条岩条之间的黏聚力，R3和cl3组成合力E3(KN)

根据这些力绘制力的多边形时，应当从上而下自第一块岩条一个一个地进行图解计算，一直计算到最下面的岩条。力的多边形可以绘在同一个图上，如果绘到最后一个力多边形是闭合的，则就说明岩坡刚好是处于极限平衡状态，也就是稳定安全系数为1。如果绘出的力多边形不闭合，则说明该岩坡是不稳定的，因为为了图形的闭合还缺少一部分黏聚力。用岩体的黏聚力C和内摩擦角φ进行上述的这种分析，就能看出岩坡是稳定的还是不稳定的，这时可以根据工程部位的重要性采取安全系数例如(Fs)即：Fs=1.5

tanφ1=tanφ/Fs=tan(24°)/1.5=0.2968

φ1=16°31′54.82″

即坡率选为1:3

C1=c/Fs=14/1.5=9.3 Kp

然后根据边坡顶至洞门定的高差采用4米高2米宽每个台阶，4%内倾坡的平台进行边仰坡逐级开挖。

3、变更原设计使用的φ22砂浆锚杆和φ6钢筋网支护形式，对覆盖层厚度小于2.5m时采用原设计，当覆盖层厚度大于2.5米时采用φ50钻孔小导管配合φ6钢筋网进行锚喷加注浆的方式进行支护，且做到快封闭，原则上开挖完2小时内完成挂网喷浆。

四、更改原设计为小导管进洞方式为大管棚进洞，进洞里程处围岩开挖后自稳能力极差，采用随挖随支的支护手段，先进行了左边基础的落地，再进行了基础的加大和加深处理后完成了右边的基础。在管棚的施工过程了，同样受到了围岩整体性极差的影响，当管棚机的冲击器刚完成一个冲程后，孔道周围的围岩无法自稳，塌落在刚造好的孔内，导致无法清孔和回收冲击器。进过多次现场调研和分析后，我们采用了逐级注浆法稳定孔壁即每钻孔2米就进行2米的注浆，采用水灰比为1:0.5的水泥浆液进行岩体的固结和稳定。采用这种方法后没有出现冲击器卡钻或无法回收冲击器的现象，经历一个半月时间终于完成白水洋隧道的顺利进洞。

参考目录:1、张永兴《岩石力学》中国建筑工业出版社

2、贺永年《井巷特殊施工》中国矿业大学内部资料

3、曾荣秀《注浆技术经验汇编》煤炭工业出版社 1988

4、宁德至武夷山高速公路设计图纸

5、《公路隧道设计规范》 (JTG D70-2004)