岩堆体隧道工程论文

岩堆体隧道工程论文

1岩堆体形成

岩堆体的形成条件是多样的,形成途径主要有两个,一是由千枚岩、泥质页岩以及各种板岩、片岩等软弱且易风化的岩层所组成的大坡度山坡;二是在构造带的交接部位,经多次地壳运动,因岩层遭遇强烈破坏,岩石风化剥落在山脚而形成的岩堆。岩堆的形成发展过程可分为三大阶段:①母岩崩解;②风化产物的搬运;③风化物的堆积。与此相适应,岩堆的形成过程可划分为与上述三个阶段相对应的三个区域,分别是:A-供给区;B-搬运区;C-堆积区。通过查阅云南省昭通地区高速公路沿线岩堆的踏勘和地质资料,该地区岩堆形成过程如下:①在地壳板块运动过程中,地层受构造挤压作用而隆起抬升,形成陡峭山峰;②在逆层边坡侧,岩层断裂出露,形成软弱泥岩与坚硬岩层(砂岩或灰岩)的交替结构;③由于软弱泥岩易于风化,碎裂块体沿边坡滚落逐渐在坡脚或突出坡台堆积;④悬空硬岩在外力和风化作用下断裂,沿边坡滚落与软岩风化物混合形成堆积体;⑤随上部堆积体的增加,在降雨等因素作用下,岩堆体逐渐密实,并可能形成向下的滑动趋势;⑥岩堆体趋于稳定。

2岩堆体特征

2.1外部特征

岩堆体主要分布在山岭区的陡坡上或山麓下,岩堆体深度变化很大,上部较疏松,中下部较密实,深度一般在10~45m,甚至更深。其纵断面一般呈各种形状的三角形,主要由岩堆基底傍依区和岩堆坡面所围成的三角形区域组成。1~3分别表示为岩堆基准面(基底),支承(傍依)区和岩堆坡面。受地下水影响,岩堆体底部与基岩接触面处一般有可塑状低液限黏土夹碎石软层。一般而言,上下陡中间缓型岩堆的稳定性最好,其次是单面坡型,上陡下缓型岩堆稳定性最差。岩堆体坡面形状,即平面形态。岩堆体大小和范围极不一致,其面积少则几十平方米,大则几平方公里。其平面形态主要有楔形、三角形、舌形、半圆形、梨形、梯形等类型。圆形岩堆相对最稳定,而舌形岩堆和梨形岩堆稳定性最差。

2.2内部特征

岩堆体上部覆盖层为黏土夹碎石,下部为块石土夹黏土,岩堆主要由千枚岩、泥岩、页岩、板岩和片岩的风化产物与砂岩、石灰岩和花岗岩等的岩块堆积而成。碎屑岩类岩堆由砂岩质块(碎)石和玄武岩块(碎)石组成,块石含量70%~80%。碳酸盐岩类岩堆由灰岩质、白云岩岩质块(碎)石组成,块石含量80%~90%。

3岩堆体力学参数

尽管岩堆体的力学性质研究十分困难,但是研究者依然取得了一些有价值的成果,vallejo等对砂石~黏土混合材料的孔隙度与抗剪强度进行了研究,得出混合材料的抗剪强度与砂石、土的比例有关,当砂石的重量比小于40%时,材料抗剪强度主要由黏土的抗剪强度控制;当砂石的重量比介于40%~75%之间,材料抗剪强度由砂石的摩擦阻力和黏土的抗剪强度共同控制;当砂石的重量比超过75%时,材料抗剪强度主要由砂石的摩擦阻力控制;混合体抗剪强度随含石率增加而增加。可以根据现场岩堆体的坡度来初步判断岩堆体的摩擦角。岩堆的含石率较高,岩堆表面坡度一般也较大;相反,坡度相应变小;随着岩堆的增加以及雨水的作用,将逐渐密实,因此对早期的岩堆,其稳定性高。岩堆体整体松散,其粘聚力低,岩堆体的粘聚力为大约8~20kPa。

4岩堆体对隧道施工的影响

在穿越岩堆体隧道的施工中,导致进洞困难的根本原因有两个方面:一是水患,二是围岩松散软弱。施工中的困难具体表现为:卡钻与孔塌现象,严重影响喷锚支护的施工速度,增加施工成本;锚固力不足、坍塌现象、边坡失稳、涌水现象、流砂现象。

5岩堆体隧道施工控制措施

针对以上问题,在岩堆体隧道施工过程中,采取的防治措施主要有两大原则。一是,隧道防排水设计原则:“以排为主,堵、截、防、排相结合”;二是,隧道开挖原则:“减少对围岩的扰动、先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭”。具体措施包括:

1)对于施工过程中的成孔困难。采用锚杆钻机跟管钻进的方法、套管跟进取代管棚,此外还可采用小导管径向注浆取代中空锚杆径向注浆的方法;

2)针对锚固力不足的问题。采用管锚与注浆联合支护技术,全面调动了围岩自身承载能力,是目前解决岩堆体支护问题的最有效手段;

3)对于边仰坡失稳及围岩软弱问题。主要是进行小导管注浆、网喷支护处理边坡;

4)对洞内流沙。开挖时应准备草束或麻袋,随时堵塞缝隙,以免漏砂引起坍塌;

5)针对失稳,偏压问题。在岩堆体中隧道施工,采取大管棚注浆超前支护,短进尺,弱爆破,及时施作加强型的初期支护,锁脚锚杆,尽早成环,形成封闭结构。

6结束语

1)现有的成果主要是针对具体实际岩堆边坡的综合治理进行研究,对于岩堆的形成条件、机理、几何特征及变形规律,以及岩堆的破坏模式和破坏机理方面的研究较少,在机理分析的基础上提出标准化施工方案及其基本施工措施的研究更少,有待深入研究;

2)岩堆体作为山区的一种不良地质,必须根据其特殊性查明其固有性质,同时还须查明周围环境条件对岩堆稳定性的影响;

3)在岩堆体隧道施工时,施工时间应该尽量选在非雨季阶段,施工前必须对边、仰坡进行注浆加固,做好排水工作。施工时采用超前支护,短进尺,弱爆破,先探后挖,及时调整施工,及时施作初期支护,锁脚锚杆,尽早成环。

作者:蒋向阳 单位:中国铁建投资公司