湖北省十白高速公路汪家溝隧道施工監(jiān)測盲區(qū)問題研究
2015-05-20
工程概況
十白高速公路是國家規(guī)劃的“7918”網(wǎng)中東西向橫線之一——福州至銀川高速公路十天聯(lián)絡(luò)線（編號為G7011）途經(jīng)湖北西北部的一段。路線位于湖北省西北部的十堰市境內(nèi)，與316國道和襄渝鐵路并行，全長58.398千米，設(shè)計速度80 Km/h，設(shè)計年限20年。其中隧道22370米/37座。
隧道施工監(jiān)控量測第三合同段共負(fù)責(zé)雙洞11座隧道的施工監(jiān)測工作。隧道單洞總長度16.245千米，其中汪家溝隧道為分離式隧道，洞門均為臺階式。進(jìn)口位于十堰市鄖縣鮑峽鎮(zhèn)舒家村五組西北側(cè)，出口位于十堰市鄖縣鮑峽鎮(zhèn)大溝東側(cè)，軸線方向約270°，呈近東西向展布。左洞全長415m，最大埋深約95m；右洞全長398m，最大埋深約91m。
地質(zhì)條件
本合同段內(nèi)隧道多位于風(fēng)化剝蝕中低山、構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)，基巖在不同程度上受區(qū)域斷裂的影響，存在軟弱破碎巖層。隧道穿越地層以武當(dāng)山群片巖為主，少量輝綠巖，節(jié)理發(fā)育，斷層破碎帶不同程度存在，且強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，對隧道施工有一定影響。
區(qū)域地表水系不發(fā)育，主要受季節(jié)性大氣降水影響；地下水主要賦存于第四系松散堆積物及基巖裂隙中，受大氣降水補(bǔ)給，水量較貧乏，對隧道正洞施工影響較小。
汪家溝隧道左洞起止樁號ZK30+027～ZK30+442，其中左洞（接近出口）ZK30+375～ZK30+404段長29米，圍巖為中風(fēng)化輝綠巖及片巖，級別為Ⅳ級，穩(wěn)定性較差，支護(hù)設(shè)計為Z4型復(fù)合襯砌。洞口（出口）ZK30+404～ZK30+442段長38米，圍巖為強(qiáng)～中風(fēng)化片巖，埋深淺，級別為Ⅴ級，穩(wěn)定性較差，支護(hù)設(shè)計為Z5型復(fù)合襯砌。地下水主要為基巖裂隙水，水量受季節(jié)性降水影響。
施工及塌方概況
汪家溝隧道施工從十堰端單向掘進(jìn)，Ⅳ級圍巖區(qū)段采用短臺階法開挖，施工采用上半斷面留核心土短臺階法開挖。4月23日施工至ZK30+390時發(fā)現(xiàn)，圍巖為強(qiáng)風(fēng)化黃褐色片巖，巖體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，節(jié)理、裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面張開，泥質(zhì)充填，提前出現(xiàn)Ⅴ級圍巖。各方會商按Ⅴ級圍巖施工，并在ZK30+385斷面設(shè)置了監(jiān)測點開始監(jiān)測。
7月21日施工方開始換拱，7月26日下午3：00施工區(qū)域普降強(qiáng)雨，換拱區(qū)域圍巖發(fā)生透水現(xiàn)象。27日臨晨發(fā)生塌方事故。檢查發(fā)現(xiàn)：洞頂?shù)乇沓霈F(xiàn)直徑6m，深4m的塌陷坑，塌陷坑位置覆蓋厚度約33m；洞內(nèi)塌方起止樁號為ZK30+381～ZK30+388。塌方時，上半斷面開挖至ZK30+404、下半斷面開挖至ZK30+394、仰拱及仰拱填充施工至ZK30+394、二襯施工至ZK30+375。
監(jiān)測過程及數(shù)據(jù)判讀
期間發(fā)現(xiàn)ZK30+375～ZK30+390區(qū)段初期支護(hù)出現(xiàn)開裂、起鼓，但由于ZK30+385斷面監(jiān)測點遭到破壞，沒有采取補(bǔ)救措施，只依據(jù)開裂、起鼓情形發(fā)出了口頭報警，施工仍然繼續(xù)進(jìn)行。5月2日施工至ZK30+400，并開始監(jiān)測。
期間繼續(xù)ZK30+375～ZK30+390區(qū)段觀測，其開裂、起鼓現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展，至6月22日ZK30+385斷面初期支護(hù)最大變形量很快達(dá)到約25cm，監(jiān)理、業(yè)主均要求施工單位及時換拱。同時ZK30+400斷面水平收斂值超過87mm；及時發(fā)出了Ⅱ級報警。6月29日，拱頂下沉達(dá)到119.50mm，水平收斂達(dá)到98.10mm，隨即發(fā)出了Ⅰ級報警。至7月17日，ZK30+400斷面拱頂下沉達(dá)到325.50mm，水平收斂達(dá)到239.91mm；ZK30+385斷面變形量達(dá)到54cm，并有地下水滲出。監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：
塌方原因分析及盲區(qū)問題
洞內(nèi)觀察到：塌方區(qū)段巖體比較破碎，巖體潮濕，風(fēng)化嚴(yán)重，呈土狀，圍巖穩(wěn)定性差；換拱過程中正遇上強(qiáng)降雨，致使巖體粘結(jié)力被破壞，圍巖自穩(wěn)能力急劇下降，這是發(fā)生塌方的客觀原因。
6月20日監(jiān)測首先發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，拱頂測點A不沉降反而上升，同時水平測線D-E收斂速率猛增至13.1mm/天，ZK30+375～ZK30+390區(qū)段初期支護(hù)出現(xiàn)開裂、起鼓。此后第3天就超過Ⅱ級報警值。表明水平方向擠壓導(dǎo)致拱頂上抬。監(jiān)測、監(jiān)理和業(yè)主都要求采取加固措施。但施工方?jīng)]有及時采取加固措施。到第9天，拱頂下沉值又再次猛增至119.5mm，同時伴隨著裂縫急著加大，多處起鼓、脫落。表明初期支護(hù)已經(jīng)失效，隨時就會坍塌。各方都要求先加固后換拱。但施工方直到7月21日才在沒有加固的條件下就匆忙進(jìn)行換拱作業(yè)。26日正遇上強(qiáng)降雨，就發(fā)生了塌方。表明施工方仍然沒有認(rèn)識到大變形和換拱作業(yè)的危險性，顯示出其施工經(jīng)驗不足和管理失效，以致于發(fā)生塌方。雖然塌方規(guī)模不大，但教訓(xùn)和經(jīng)驗具有很強(qiáng)的代表性。
ZK30+385斷面因監(jiān)測點遭到破壞，致使中斷該斷面的監(jiān)測，有效監(jiān)測斷面間距達(dá)到30m，形成了監(jiān)測盲區(qū)。但監(jiān)測方?jīng)]有采取其它補(bǔ)救措施，僅依據(jù)對該區(qū)段初期支護(hù)裂縫的觀測，以及ZK30+400斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)作出的判斷予以報警。但是相鄰監(jiān)測斷面的變形也肯定是滯后于塌方區(qū)的，并不能及時反應(yīng)出應(yīng)測斷面的變形情況，而且對裂縫的觀察及經(jīng)驗性判斷的說服力較低。因此，這種報警難以引起施工方的足夠重視，相反在一定程度上加劇了施工方對危險性判斷的麻痹和僥幸心理的強(qiáng)化。
結(jié)論與建議
在實際監(jiān)測工作中，應(yīng)堅決按計劃設(shè)置監(jiān)測斷面，必要時應(yīng)加密監(jiān)測斷面；應(yīng)嚴(yán)格要求施工方保護(hù)好監(jiān)測點，避免因遭到破壞而形成“監(jiān)測盲區(qū)”。當(dāng)測點遭到破壞，應(yīng)及時采取補(bǔ)救措施，如重新布點和數(shù)據(jù)接續(xù)，同時加強(qiáng)對初期支護(hù)裂縫的觀察和對變形速率的判讀，綜合判斷圍巖變形狀態(tài)及發(fā)展趨勢。
如何保證在測點遭到破壞后，仍然可以恢復(fù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)接續(xù)，是值得進(jìn)一步研究的問題。
