引汉济渭二期工程某隧洞0+200塌方原因分析

蒋 锐, 焦振华

(陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 咸阳 712000)

引汉济渭二期工程某隧洞0+200塌方原因分析

蒋 锐, 焦振华

(陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 咸阳 712000)

引汉济渭二期工程某隧洞出现塌方现象,施工单位对塌方段能否处理和后续隧洞能否继续开挖提出异议,分析塌方现象、塌方段洞室附近地质条件及塌方原因,得出对塌方工程处理是可行的,后续隧洞加强支护是可以成洞的结论。

隧洞;塌方;原因分析

引汉济渭二期工程是陕西省引汉济渭工程的重要组成部分,肩负着将一期工程调来的汉江水输送至关中地区各供水对象的功能,供水受益人口1 411万人,规划线路总长330.77 km,静态总投资197亿元。

某隧洞位于引汉济渭二期工程黄池沟—西安段重点线路上,现为地质勘探试验洞,后期拟利用作为施工支洞使用。隧洞采用城门洞型,洞高7.2 m,宽9.2 m,全长688.2 m,进口底板高程543.27 m,末端底板高程508.37 m,设计纵坡4.36%～5.75%。

1 隧洞地质概况

隧洞地处秦岭北麓的马岔沟附近,地形南高北低,最大埋深310 m。隧洞进口段为第四系松散堆积层,基岩洞段为下元古界宽坪组(Pt1k)的二云石英片岩。

根据前期勘察资料,洞室围岩分类及力学参数建议如表1所示。

表1 洞室围岩分类及力学参数建议值表

隧洞地下水类型为基岩裂隙水,受大气降水补给,由南向北排泄,地下水位大部分高于设计洞顶,地下水对砼及钢结构均无腐蚀性。

勘察阶段预测隧洞全洞正常涌水量为513 m3/d,最大涌水量为1 026 m3/d,单位洞段正常涌水量0.68 m3/d·m。预测隧洞在穿越断层带或宽大裂隙时可能产生涌水或突泥现象,具有产生中等涌水及突泥的可能,对工程施工安全有影响。

2 塌方情况

该桩号附近隧洞埋深约67 m,隧洞岩石较为破碎,施工单位采取机械掘进法进行开挖,当施工至K0+200位置时掌子面底部左中右出现三道股状水,顶部两道股状水,随即出现塌方,塌方范围为K0+197～K0+202。此次塌方造成前面洞段支护的钢拱架纵向有5根上部弯曲变形,右侧基础位移,塌方的现场情况如照片1所示。

根据现场查勘,塌方主要发生于洞轴线右侧的洞顶及右壁,详细塌方情况如下:中轴线左侧1.0 m至右侧的洞顶,洞室右壁,洞顶塌落高度0.5～5.5 m,总体塌落方量约100 m3。

照片1 塌方现场情况Photo 1 Collapse spot

3 塌方附近洞段的地质条件

根据施工地质编录情况,塌方段附近洞段的地质条件如下:

(1) 岩性:桩号K0+194～K0+202段岩性为二云石英片岩,灰黑色,强风化,岩层产状168°～170°∠10°～12°,岩体呈散体状,局部为碎裂状。

(2) 构造:桩号K0+194掌子面发育一条断层f3,左侧出露于底板以上2.70 m(照片2),右侧出露于底板以上1.50 m(照片3)。断层在掌子面出露的位置如图1所示。

该断层产状30°～35°∠45°,破碎带宽0.6 ～2.0 m,充填物以岩屑、碎石、块石及断层泥为主,松散结构,饱和状。

照片2 K0+194掌子面左侧断层出露Photo 2 Left fault outcrop in K0+194 tunnel face

照片3 K0+194掌子面右侧断层出露Photo 3 Right fault outcrop in K0+194 tunnel face

断层在桩号K0+197掌子面左侧出露于底板以上4.0 m、右侧2.8 m高。破碎带宽度2.5 m左右,其中断层泥宽约50 cm,松散结构,饱和状,断层在掌子面出露的位置如图2所示。

(3) 地下水:桩号K0+194掌子面底板有明水流出,左侧底板流量Q≈3～4 L/min,右侧底板流量Q≈0.3～0.5 L/min;桩号K0+197掌子面左侧底板2.0 m以上至拱角有涌水,初期流量Q≈45～50 L/min,后期逐渐减小至Q≈3～5 L/min并趋于稳定(照片4)。根据涌水位置及断层f3的展布分析,该段洞室的涌水点均出露于断层带附近。

图1 K0+194掌子面断层出露位置Fig.1 Fault exposure site of K0+194 tunnel face1.云母石英片岩;2.断层及破碎带。

图2 K0+197掌子面断层出露位置Fig.2 Fault exposure site of K0+197 tunnel face1.云母石英片岩;2.断层及破碎带。

4 塌方原因的地质分析

根据塌方段洞室的工程地质条件,分析认为产生本次塌方的地质不利因素主要集中在围岩类别、断裂构造、地下水及支护基础四个方面,分述如下:

(1) 围岩类别:根据开挖揭示,塌方洞段围岩为强风化的云母石英片岩,岩体呈散体—碎裂状,洞室围岩类别为Ⅴ类。该类围岩极不稳定,围岩不能自稳,变形破坏严重[1]。

照片4 K0+197掌子面左侧涌水位置Photo 4 Left water gushing position in K0+197 tunnel face

(2) 断裂构造:根据断层f3在桩号K0+194及K0+197掌子面出露位置,断层破碎带宽度及断层产状,将断层绘制于隧洞地质纵剖面上(图3)。

采集隧洞及断层的空间坐标位置,利用GOCAD软件建立了隧洞与断裂的空间关系(图4)。

图3 断层f3在隧洞纵剖面的分布Fig.3 Distribution of fault f3 in longitudinal section of tunnel

由图3及图4可知在桩号K0+200处洞顶位于断层f3的下盘附近,断层破碎带极为破碎,不能自稳,周围的洞室岩体在断裂构造作用下更加容易失稳塌落。

(3) 地下水:根据前述,断层带存在涌水现象,涌水软化了洞室围岩,造成岩体强度降低,更加剧了岩体的失稳。

(4) 支护基础:根据现场了解,施工支护的钢拱架基础未进行加固处理,直接置于开挖岩体上,也未利用工字钢连接成整体,施工过程排水不及时,钢拱架基础长期被水浸泡,强风化的二云母石英片岩软化系数小,基础受水浸泡软化变形,从而破坏了钢拱架的整体结构。

图4 断层f3与隧洞空间关系Fig.4 Spatial relationship of fault f3 and tunnel

在不利因素(1)、(2)、(3)的共同作用下,洞室围岩存在失稳坍塌倾向,受不利因素(4)的影响,钢拱架未能对拱顶失稳岩体形成支撑,最终产生了本次塌方现象。

5 结语

(1) 本次塌方的主要控制性因素是断层f3,塌方范围受断裂控制,塌方规模不会太大,对塌方进行工程处理是可行的。

(2) 随着隧洞深入,远离了断层f3的破碎带及影响带,在严格按照设计工艺施工的情况下,隧洞是可以继续掘进的。

(3) 后续洞段在施工开挖时应加强支护措施,如小导管注浆,及时跟进支护。

(4) 后续洞段应加强排水措施,采取开挖集水井等措施,避免掌子面附近处于浸水饱和状态。

(5) 后续洞段应加强碎裂岩体段钢支护基础的处理。

[1] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB50487—2008[S].北京:中国计划出版社,2008.

(责任编辑：陈文宝)

Landslide Cause Analysis of the K0+200 Area in a Tunnel ofHanjiang River to the Weihe River Project Ⅱ

JIANG Rui, JIAO Zhenhua

(ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign,Xianyang,Shaanxi712000)

One tunnel of Hanjiang River to the Weihe River Project Phase II occurred landslide,so construction unit questioned whether the collapse section can be treated and follow-up of the tunnel can continue to be dug or not. Based on the consideration of collapse and the geological conditions of the collapse area,this article analyses the causes of landslides.Therefore,it obtains the conclusion that the treatment of landslide area can be carried out. So,the tunnel can continue to be dug through the method of strengthening the support and protection.

tunnel; landslide; cause analysis

2016-04-29;改回日期:2016-05-09

蒋锐(1986-),男,工程师,地质工程专业,从事水利水电工程地质勘察与研究工作。E-mail:158001024@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)03-0480-03

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.054

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160511.1536.014.html 数字出版日期:2016-05-11 15:36