修建绵九高速公路的意义:绵阳至九寨沟高速公路建成后,将对沿线的江油、平武、北川和九寨沟等地的经济社会发展起到积极的带动作用。特别对加快平武、北川等地灾后恢复重建,增强路网抗灾防灾能力,开发沿线旅游资源,帮助沿线羌族、藏族少数民族群众脱贫致富,维护地区稳定和民族团结都具有十分重要的意义。
绵九高速公路地质构造在大地构造位置上隶属于扬子地台与松潘甘孜地槽褶皱系、秦岭地槽褶皱系的交汇交汇部位,位于虎牙断裂带的东侧;绵九高速公路与龙门山构造(断裂)带的关系:线路横跨龙门山构造带。我们所辖的24、25、26合同段线路位于龙门山后山大断裂带内(汶川--茂县--平武--青川);(见图片)地质构造复杂,区域内经历了多次地质构造运动期(如燕山运动,喜山运动等大的构造运动期),龙门山构造带经历了多次大地震,如1933年8月25日叠溪地震;1976年8月16日松潘平武地震;2008年5月12日汶川大地震等;由于受构造运动影响,区域内褶曲、断裂等构造十分发育,特别是龙门山断裂构造最为突出,其断裂规模大,破碎带宽,活动性强,形成一系列不同形态,方向,性质,级别,序次的褶曲、断裂构造,这些构造对地层造成了极大的破坏,对隧道掘进影响极大,如龙门山中央断裂距离边家坪隧道出口仅1.5LM。
由于受地质构造影响强烈,次级构造(包括隧道掌子面揭露的小构造)发育,软质岩(如绢云千枚岩)内还发育多条韧性剪切破碎带,隧道在掘进过程中不可避免地会遇到围岩断裂,褶曲等局部的小构造,而正是这些局部的小构造致使掌子面掘进工作中产生坍塌、冒落、涌水等地质灾害,严重威胁安全生产和隧道正常掘进;在隧道掌子面出现的小构造,有的可以看到全貌;有的只能看到局部,但它们都对隧道掘进造成了安全威胁并影响掘进速度,下面以实际案例作详细阐述。
路基25合同段杏树山隧道进口左、右洞:在掘进过程中,先后遇到断层,褶曲等地质构造(见照片),致围岩(以灰-灰黑色薄层状绢云千枚岩为主夹少量脉状和团块状石英岩)呈破碎-较破碎,局部极破碎,岩体出现扰曲扭曲变形,无自稳能力;掌子面出现围岩坍塌、冒落,地下水增大加快软化围岩等现象,严重威胁施工安全,无法正常掘进;经业主代表,监理,设计代表,项目部人员现场观察后确定:变更衬砌类型,提高支护强度,加强超前支护(变单层小导管为双层小导管),以“短进尺,弱爆破”等手段通过小构造影响破坏等不良地质带。
三圣庙隧道出口左洞:在隧道掘进至ZK169+476-ZK169+466处,掌子面围岩(灰-深灰色薄-中厚层状绢云千枚岩)发生大面积坍塌、冒落且伴有点滴-线流状地下水流出,无法安全施工,进度受阻;其原因就是隧道近邻龙门山中央断裂带,隧道附近主要有高庄复向斜和轿子顶复背斜,受构造影响强烈,围岩受构造挤压产生褶曲、离层,围岩整体性极差,多呈碎裂状,岩体无自稳能力(见下图);应对措施:为了保证安全施工,尽量减少坍塌,决定采取“短进尺,弱爆破”的方法继续掘进,同时将原设计衬砌类型X5c变更为X5b,超前支护由单层超前注浆小导管变更为双层超前注浆小导管,此举一是加强初支强度,二是加强超前支护,以应对地下水软化围岩而造成围岩离层坍塌。(注:现场围岩情况与超前地质预报[HSP第2020-02期]中预报的有“软弱破碎带发育及可能有地下水出露,开挖时易存在掉块、滑塌风险”基本吻合。)
平南隧道出口右洞:2020年8月8日平南隧道出口右洞掌子面发生坍塌,打垮钢拱架多榀,垮塌的钢拱架压在打钻台车上,致台车无法移出。(见下图)。坍塌现场情况:从掌子面拱顶中部至掌子面右侧伴随岩块冒落地下水呈小股状流出,掌子面右侧拱顶局部坍塌,形成高4.5m,宽4m,深6m的V字形塌腔。坍塌原因分析:(1)隧址区发育有两条断层和两条韧性剪切破碎带:F23、F24;E12、E13;岩体在构造挤压作用下,层间发生摩擦,在岩体表面可见檫痕,(2)爆破产生的裂隙沟通地下水水力通道,致掌子面地下水增大;(3)掌子面围岩以灰-灰绿色薄层状绢云千枚岩为主,夹有少量灰色薄-中厚层状泥质灰岩;围岩节理裂隙发育,围岩整体性极差,无自稳能力,(4)地下水侵蚀加快围岩软化、离层,最后在施工(人为扰动)时产生坍塌。
应对措施;(1)掌子面暂停施工,待坍塌结束,围岩稳定后再行处理。(2)K177+172.2—K177+169.2段已施工初期支护进行拆除。K177+172—K177+162段支护类型由原设计Z4b(I16工字钢,间距1m)变更为Z5b(I18b工字钢,间距0.6m),超前支护变更为70根双层φ42*4mm注浆小导,管,纵向间距1.2m,并在塌腔位置预留2根注浆管,待该段初支完毕后在初支背面泵送1m深的C25混凝土。
结论:通过上述三个案例的分析,可以得出以下结论:
1、由于绵九高速公路线路横跨龙门山构造带,受构造影响强烈;隧道掘进过程中必然会遇到次级构造(小构造)的影响,隧道内存在断层褶曲及韧性剪切破碎带,对隧道安全顺利掘进会产生较大的影响;
2、进施工安全的影响,积极应对,主动避险;在施工过程中注意观察围岩变化,根据围岩变化情况及时调整衬砌类型,加强超前支护;
加强超前地质预报,加强监控量测,为隧道掘进提供技术支撑;
3、施工部门要认真学习、重视超前地质预报提供的信息,充分发挥地质预报对隧道掘进的指导作用,及时与预报部门沟通联系,从而达到安全顺利施工的目的。