西南某隧道进口病害分析及整治技术.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）０６００６９０３・隧道／地下工程・西南某隧道进１３病害分析及整治技术王勇刚（中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉４３００６３）摘要：西南某铁路隧道全长２４３８ｍ，隧址区工程地质条件复杂，特别是在进口段，存在含水量丰富的深厚风化层，受断层构造的影响，围岩及边坡稳定性差，边坡出现了滑坍。通过现场补充测绘、钻探等方法，对饱水风化层的工程地质特征进行了详勘，隧道采用明墙暗拱的方式通过，并对边坡及隧道边墙进行抗滑桩加固，解除了施工及运营的安全隐患。关键词：隧道病害整治明墙暗拱抗滑桩中图分类号：Ｕ４５７＋．２文献标识码：Ａ＋ＢＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．０６．０１８ＤｉｓｅａｓｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｐａｉｒａｔＴｕｎｎｅｌＥｎｔｒａｎｃｅｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａＷａｎｇＹｏｎｇｇａｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｉｙｕａｎＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌｉｎｓｏｕｔｈｗｅｓｔＣｈｉｎａｉｓｏｆ２４３８ｍ．Ｉｔｈａｄａｃｏｍｐｌｅｘｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｔｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｎｔｒａｎｃｅ，ｔｈｅｒｅｗａｓａｄｅｅｐｍａｎｔｌｅｒｏｃｋｗｉｔｈｐｌｅｎｔｙｏｆｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄｔｈｅｓｌｏｐｅｗａｓｗｅａｋｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｆａｎｌｔａｇｅｌｅａｄｅｄｔｏｔｈｅｓｌｏｐｅｃｏｌｌａｐｓｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ—ｏｎｓｉｔｅｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓａｔｕｒａｔｅｄｗｅａｔｈｅｒｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｓｏｔｈｅｔｕｎｎｅｌｗａｓｐａｓｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｂｙｔｈｅ—ｏｐｅｎｉｎｇｗａｌｌａｎｄｂｕｒｉｎｇ・ａｒｃｈｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅｔｕｎｎｅｌｗａｌｌｗｅｒｅｆａｓｔｅｎｅｄｂｙ—ａｎｔｉｓｌｉｄｅｐｉｌｅ．Ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｏｆｔｈｅｓｌｉｄｅｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｗａｓｒｅｍｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｄｉｓｅａｓｅ；ｒｅｐａｉｒ；ｏｐｅｎｉｎｇ・－ｗａｉｌａｎｄｂｕｒｉｎｇ－・ａｒｃｈ；ａｎｔｉ－－ｓｌｉｄｅｐｉｌｅ１概述为５～７月份，雨量充沛，降雨强度大。地下水是影响工程岩土体物理力学性质最重要的原因，岩土体长期处于饱水状态时，其物理力学性质有明显下降。受地层勘察手段的限制，勘察设计阶段所取得的岩土物理力学指标可能与实际存在差异，导致施工期问隧道开挖产生仰拱变形或发生仰坡滑塌，一般情况下，应先将病害体治理稳定后，再进行隧道开挖¨ｑｊ。西南某铁路隧道位于广西省境内，属剥蚀丘陵地貌，全长约２４３８ｍ，埋深最大处约２００ｍ，线路走约为１４３０。隧道区属亚热带海洋性气候，雨季一般２工程地质条件隧址区丘坡表层多覆盖第四系残坡积黏土、粉质黏土、碎石土。洞身穿过地层为泥盆系中统郁江阶砂岩与页岩互层，进口段隧道洞身存在灰岩、炭质灰岩。总体构造形迹以断层为主、褶皱次之，根据现场地质测绘、物探地震折射与ＥＨ＿４电磁测深、隧道洞身钻探，隧道洞身发育多条断层。进口附近发育一向斜构造，隧道两翼产状５５。Ｌ３２０和２７４。Ｌ４１∞ｏ。岩层节理裂隙发育，软硬不均。Ｊ。地下水主要为基岩裂隙水和构造裂隙水，补给源主要为大气降水，通过基岩风化裂隙径流和排泄。——收稿日期：２０１８０３１０基金项目：暨有铁路岩浮塌陷勘察及整治技术研究（铁四院科研项３病害的产生目２０１３Ｋ２３）…’一～一作者简介：圭霍劈：翟复架茔黄级工程师＇主要从事岩土工程、地质隧道进口施工开挖中，在暴雨过后先后两次发工程方面的技术工作。隧追进口万ｌ包上升纥甲，征暴阳过后无后网次友铁道建篱技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｆＤ６Ｊ６９万方数据・隧道／地下工程・生仰坡滑塌，喷射混凝土面出现隆起脱落。同时，边坡坡顶处出现横向裂缝，裂缝宽度５ｍｍ，裂缝至边坡坡顶延伸至隧道洞口处。同时左侧山体局部出现纵向和垂直于里程方向裂缝，最大宽度为６ｅｍ左右，并且，边仰坡裂缝有进一步发展的趋势。隧道洞身临时仰拱混凝土开裂，钢架出现挤压扭转变形，局部钢架中央连接板处出现崩裂。４隧道进口病害分析由于隧道施工期间产生病害，导致隧道开挖暂停，为查明产生病害的原因，进行了一系列补充勘察工作，包括现场测绘、地质钻探等。４．１隧道进口段工程地质特征经过对大量钻孑Ｌ资料及地表已开挖地层的综合分析，隧道进口段为地层泥盆系中统郁江阶（Ｄ：ｙ）地层，该地层为浅海相砂泥质岩组成，主要为粉砂岩、泥质砂岩、灰岩及炭质灰岩，局部夹炭质页岩。由于南北向断层构造的影响，进口段地层岩性差异较大且风化不均，表层一般为褐黄色粉质黏土，厚约０～３ｍ；其下以褐黄、黄色泥质砂岩为主，—全风化，厚约８２６ｍ，局部夹炭质页岩，灰黑色，厚—约１２ｉｎ。其下为一层溶蚀灰岩、炭质灰岩，灰黑色，溶蚀裂隙、溶槽发育，多充填黏土，厚度８～１８ｉｎ不等；下部为泥质砂岩，褐黄色、褐灰色，全风化，厚约８～１３ｍ；底部为弱风化炭质灰岩、粉砂岩，岩质‘较坚硬６ｑ］。根据现场所取土样进行物理力学性质试验，发现进口段表层全风化的泥质砂岩、粉砂岩及炭质页岩及下部泥质砂岩物理力学性质差异很大，表层泥质砂岩、粉砂岩及炭质页岩含水量变化范围为２７．５％一５８．９％，修正后的标贯变化范围为５．９１～２９．５击／３０—ｅｍ，动探变化范围为６．４１１６．８９－击－／１０ｅｍ；下部泥质砂岩含水量变化范围为３５．６％一５０．０％，修正后的标贯变化范围为９．８８～２４．９击／３０ｅｍ。进口段地下水埋深总体较浅，稳定水位在地表下５～１２ｍ。第四系地层及深厚风化层饱水性较好，含水量较高。综合物探、钻探成果资料，结合区域地质图推断，进口附近存在南北向断层构造，断层走向约为１７６０，与线路夹角约呈４５ｏ。如图１所示。７０图１病害段工程地质４．２病害产生的原因隧道进口段穿过山脚与坳沟之间缓坡地带，地形平缓，进口段浅埋。施工段刚好处于地质条件较差且变化较大地段，其地层以硬塑和软塑状黏土、粉质黏土、深厚风化层、溶蚀灰岩为主。土体自身工程性质较差，加之地表水通过断层构造、岩溶通道下渗，使风化层长期处于饱水状态，含水量较高、强度较低；溶蚀灰岩呈石夹土或土夹石状，软硬不均。施工中开挖面渗水，加上施工爆破扰动，土体进一步软化。隧道进口的施工病害，主要是在不利的地质条件下，在明挖段及浅埋段施工形成临空面，发生地表变形开裂、浅层位移、下沉和洞内初期支护位移、变形。５病害整治措施及效果５．１隧道进口病害整治根据现场补勘资料，在线路左侧隧道轮廓外１．５ｍ处设置１７根抗滑桩；在线路右侧设置６根抗滑桩。对最不利断面的抗滑桩进行检算，桩顶位移为３．９５４ｃｍ，小于桩悬臂端长度的１／１００，且不大于１０ｃｍ；锚固面下５ｍ处横向压力约为２００ｋＮ／ｍ２，小于地基土的横向容许承载力５６０“ｋＮ／ｍ９。ｌｏ］。同时隧道采用明墙暗拱进洞，基底采用注浆处理。对于地表已坍滑地段采用高压旋喷桩加固，注浆压力不小于２０ＭＰａ，桩身无侧限抗压强度不小于２ＭＰａ。处理方案如图２所示。、灏麟醚蘸广州铁道建篼技．术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣ丁『ＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｆ０６Ｊ万方数据５．２整治结果边坡抗滑桩施工完成后，洞口边坡的位移得到了很好的控制。代表性抗滑桩桩顶位移见图３～图１３。图３２｛｝桩桩顶位移童警世图４３嵫桩顶位移图５４惟桩顶位移ｋ・－横向位移・纵向位移Ｏｇ－１０童一２０谁一３０晕．４０－５０图６５撇桩顶位移Ｏ一１０－２０ｉ－３０蠢一４０逍一５０－６０－？０－８０隧道／地下工程・图８９＃桩桩顶位移图９１０｝｝１ｊ庄桩顶位移１２裁１—２５图１１１８＃桩桩顶位移ｌＯ黪晕二ｉ一７图１２１２槛桩顶位移∥§§§§§◇矿图７８嵫桩顶位移钐｝道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（０６Ｊ图１３１７＃桩桩顶位移（下转第１０９页）７１万方数据・其他・项目，大幅降低了平台部署应用的成本，实现多项目ＢＩＭ综合一体化技术应用，支撑基于ＢＩＭ扩展化、功能化、集成化应用概念的工程项目管理新模式。参考文献［１］张彬彬．大型钢结构施工中基于ＢＩＭ的安全风险分析［Ｄ］．上海：上海应用技术大学，２０１６：１４．［２］王一兵．物联网技术在营运车辆安全监管中的应用简—［Ｊ］．计算机时代，２０１８（３）：３５３７．［３］任桂娜．基于ＢＩＭ的工程项目进度计划自动生成模型研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１３：２０．［４］高瞻，锁志海．基于Ｅｘｔ＋ＳＳＨ集成开发架构的科研管理系统的研究与应用［Ｊ］．现代电子技术，２０１５：５２．［５］中铁二十一局集团路桥工程有限公司．ＢＩＭ技术在地下人防工程施工中的应用研究［Ｒ］．西安：中铁二十一・＋－＋一＋一＋－＋－＋－＋－＋一＋－－４－－－＋局集团路桥工程有限公司，２０１７．［６］周福军，于国新，曹峰．铁路工程地质ＢＩＭ建模技术与—应用初探［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（１０）：１０６１１０．［７］张平．ＢＩＭ技术在铁路接触网全生命周期的应用探讨—［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（４）：１１８１２１．［８］李鑫．ＢＩＭ技术在铁路预制梁场规划与布置中的应用—研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１７（７）：１９２３．［９］寿文池．ＢＩＭ环境下的工程项目管理协同机制研究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２０１４．［１０］张建平，刘强，张弥，等．建设方主导的上海国际金融中—心项目ＢＩＭ应用研究［Ｊ］．施工技术，２０１５（６）：２９３４．［１１］李艳茹．预制梁场建设规模优化与内部布局问题研究［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１３．［１２］张丽丽，李静．ＢＩＭ技术条件下施工阶段的工程项目—管理［Ｊ］．施工技术，２０１５（Ｓ２）：６９１６９３．————————一卜－－卜一卜－・＿卜一。＋＿－卜．－４－．＋一＋一＋－＋－＋－－４．－－＋．－４－－．＋一＋一＋一＋－＋一＋一＋．ｑ－（上接第７１页）从２＃～５＃桩顶位移可以看出，桩顶横向、纵向位移在４＃桩处突然增大，说明坍滑体下边缘位于４＃桩附近，坍滑方向约与线路呈４５。角。从８＃、９＃、１０＃桩顶位移可以看出，桩顶纵向位移比横向位移大，说明坍滑体沿线路方向滑动的趋势强于垂直线路方向。从ｌｌ＃、１８＃桩顶位移可以看出，１８＃桩桩顶位移很小，基本未动；１ｌ＃桩顶横向、纵向位移要比１８＃桩大的多，推断坍滑体上边缘位于１１＃桩附近，坍滑方向约与线路呈６００角。从１２＃、１７＃桩顶位移图可以看出桩顶位移均不大，可以推断坍滑体范围未涉及到隧道右侧。综合比较以上桩顶位移数据，可以看出，各桩桩顶位移突变点一般发生在暴雨量大的５～７月份，说明地表水的大量下渗是导致病害体下滑的最主要诱因。同时部分桩顶实测位移数据较理论计算值为大，说明隧道进口段病害体对桩的推力较之采用库仑理论计算的土压力大，病害体有坍滑、下移的趋势。从以上数据来看，桩顶位移全部收敛，且满足设计和规范要求，说明在抗滑桩施工后，隧道进口…段不良地质体得到了较好的治理－１２］。６结论本文主要对西南某铁路隧道进口段的工程地质特征及病害产生的原因进行了分析，丰富的地下水对第四系地层及深厚风化层的长期浸泡，致使其铁道建篱技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ物理力学指标降低，加之施工扰动，而出现坍塌、滑动等病害。通过对抗滑桩顶位移的观察分析，对病害体的性质及影响因素进行了分析说明。参考文献［１］刘海京，夏才初．隧道病害研究现状与发展［Ｊ］．地下—空间与工程学报，２００７，３（５）：９４７９５３．［２］卓益平．某隧道病害原因分析及整治加固技术［Ｊ］．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