浅谈牛王洞隧道塌方处理技术及措施
浅谈牛王洞隧道塌方处理技术及措施
摘要:通过注浆加固隧道塌方周边围岩及塌方体,然后采用管棚结合小导管进行超前支护,分部小进尺开挖掘进,衬砌紧跟等处理措施,顺利完成了牛王洞隧道塌方段处理。
关键词:隧道塌方管棚小导管注浆三台阶预留核心土开挖
1、工程概况
黄织铁路牛王洞隧道位于贵州织金地区,起讫里程为DK60+550~DK61+599,隧道所经处属于喀斯特地貌,岩溶较多,多突水突泥。节理及裂缝发育,围岩破碎,给施工带来诸多不便。
2011年11月,牛王洞隧道进口工区施工至DK60+932时,掌子面处突然塌方,距离掌子面前方约9m长的隧道洞身被涌出的大量泥土填堵,塌方体为泥夹石饱水状态。塌方处隧道埋深28m,经调查,地表未出现沉陷及开裂现象。
2塌方处理措施
发生塌方事故后项目部启动应急预案,将隧道内施工人员及机械设备及时转移到洞外安全地带,塌方趋于稳定后项目部组织相关专家对塌方地段进行现场勘察。认为引起隧道塌方原因为:塌方处为围岩破碎带,围岩级别差,但施工时未能按围岩情况及时调整施工工艺及支护参数。且施工时为雨季,连续几天大雨导致地表水大量渗入,使得围岩迅速软化,岩体之粘结力降低,不能形成平衡拱,土体压力引起支护变形直至塌方。根据现场情况制定如下隧道塌方紧急处理措施。
1)对塌方体上方地表水采取排、截、堵等措施,阻止地表水流入塌方体,避免进一步引起地质恶化,加大塌方范围,增加处理难度。
2)认真清除塌方处的个别危石,避免对施工处理造成安全隐患。
3)清除危石后喷射10cm的C25砼全面封闭塌方体,以隔离空气对围岩进一步氧化,喷射的砼达到设计强度后,采用Φ42小导管对塌方体进行注浆加固,小导管间距1.5m×1.5m,长6m。浆液为水泥浆,配合比1:1,压浆压力控制在0.4~0.6MPa。
4)经检查,除塌方体范围内有7榀钢拱架破坏严重不能使用外,相邻的其它型钢拱架没有出现变形侵限及初支产生裂缝等破坏,不需要换拱。因此采取如下加固措施:①首先对临近塌方体10m长度的初支采用型钢临时支撑进行加固(如图1所示),20a工字钢作横撑及竖撑,16工字钢作斜撑,型钢焊接连接,支撑架支顶在钢拱架处,每隔1个钢拱架设1个支撑架,共计7个;②在临近塌方体20m内的型钢拱架拱脚处设置长3.5m的Φ22mm锁脚锚杆,每个拱脚两侧
各设一根,用双液浆进行注浆加固,锁脚锚杆与拱架焊接成整体;③然后对以上20m段全环进行小导管径向注浆加固,采用Φ42小导管注浆,长度为6m,按间距为1.5m×1.5m梅花型布置,浆液为水泥浆,防止坍塌进一步蔓延。
图1临时支撑结构图
5)布设足够的监控量测点,加强该段监控量测的频率,对量测的数据进行及时分析处理,采用回归分析预测沉降变形值以指导现场施工,确保施工安全。
3塌方体掘进及支护方案
根据塌方段地质情况分析,对塌方地段设置长30m的φ108管棚架注浆进行防护,管棚环向间距40cm,为一步加强管棚的承受围岩压力,管棚钢管内插入钢筋笼,钢筋笼由4根Φ18为主筋,φ50钢环作固定环。
钢拱架间距由原来80cm调整为50cm,拱脚设置锁脚锚杆,全环设置两层φ8钢筋网片,网片间距20×20cm。钢拱架间设置Φ22连接筋,环向间距1m,与钢拱架焊接。
对前方围岩采用Ф42超前小导管注浆,长度4.5m,间距4榀钢架一环(2.0m),纵向搭接长度2.5m,外插角15~35°。注1:1水泥浆(加速凝剂)加固扰动围岩,注浆压力0.2MPa,稳压10min。掘进采取三台阶预留核心土的方法,开挖坚持“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。
图2塌方体开挖支护方案图
4处理施工的关键技术及措施
4.1大管棚施工
因管棚长度达30m,需选用具备钻深孔的大扭矩,又有能破碎地层中坚硬孤石的高冲击力,经对多种管棚钻机进行综合能力评估,确定采用YGL-100A钻机,其为全液压驱动动力头式钻机,能准确定位,可多方位钻孔,深孔钻精度高。
钻孔前施做好工作平台并准确定位钻眼位置,钻进中经常用测斜仪量测钻杆倾斜度,发现偏斜立即纠正,确保孔位正确。
管棚采用壁厚6mm,外径φ108无缝热轧钢管,选用钻头直径为φ127。在钢管上布设孔径为10~16mm注浆孔,梅花型布置,纵向间距20cm,环向间距10cm,钢管前部分20cm制成锥形以便送管。管棚按长度为4~6m分段安装,节段采用焊接连接,焊接必须牢固、顺直,防止送管困难。为一步加强管棚承受围岩压力的能力,钢管内插入钢筋笼,钢筋笼由4根Φ18为主筋,每隔1m采用长4cm的φ50钢环作固定环,环与主筋焊接。钢筋笼也分节段安装,焊接接长,分段长度依钢管长度而定。
管棚安装后用锚固剂封堵钢管与孔眼间缝隙,为防止管棚注浆时岩面跑浆。在作业面、拱圈及孔眼表面喷射10cm C25砼进行封闭。注浆前进行压水试验,以检查设备运行情况及管路连接是否良好,作业面有无渗漏现象。从下至上依次进行注浆,浆液采用等级不小于M10水泥浆。注浆压力达到设计终压,浆液注入量已达到计算值的80%以上时完成单孔注浆,然后利用止浆阀堵塞孔口堵塞,以保持孔内压力,直至浆液完全凝固。
4.2三台阶预留核心土开挖
塌方体及前方围岩破碎段开挖采用三台阶预留核心土法,其施工顺序见图3所示。
图3三台阶预留核心土开挖图
该方法具有如下特点:施工空间大,便于组织机械施工,可安排多作业面同时进行;能够灵活、及时地转换施工工序以适应地质条件的改变;在台阶法开挖的基础上预留核心土,左右边墙错开掘进,利于保持掌子面的围岩稳定;当围岩出现较大变形或突变时, 能够在确保施工安全和净空要求的情况下尽快调整闭合时间。
开挖过程要按“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。开挖后及时施做仰拱初期支护,拱脚要落在坚硬基础上,及时安设牢固钢架间纵向连接筋,并在钢架连接处设锁脚锚管确保钢架基础稳定,及下台阶安全。
4.3φ42超前小导管注浆
小导管采用热轧无缝钢管制作,长度为6m,前端制成尖锥形,尾部焊接φ8mm钢筋加劲筋,管壁上梅花型钻间距为15cm的注浆眼,孔径为8cm。
凿岩机进行围岩钻孔,外插角10~15°,孔深控制在5.7m,外露30cm。钻孔后用高压风清孔。注浆前喷射10cm厚砼封闭掌子面。然后按规范及设计要求进注浆。
4.4安装钢拱架
开挖净空符合设计要求后进行初喷砼4cm后架设钢拱架,塌方体处钢拱架采用20a工字钢,间距加密至0.5m,钢架间设φ22纵向连接筋,环向每1m一根与钢架焊接牢固,在每个拱脚增设2根长4.5m的φ42锁脚锚管,锚管与水平分别呈45°、65°角,锚管紧贴钢拱架并用L形φ22钢筋焊接牢固。
4.5仰拱及衬砌
1)及时浇筑仰拱砼,巩固钢拱架的稳定
仰拱基底要平顺、平整,避免欠挖,超挖则用同等级砼回填;浇筑前将基底虚渣、杂物、积水等清理干净;浇筑时加强振捣,确保密实,及时修整、抹平砼面,待定浆后再抹第二遍;仰拱砼强度达到5MPa后行人方可通行,达到设计强度100%后,车辆方可直接通行。
2)尽早施做二次衬砌,并加强衬砌结构
加强砼试验,确保质量,砼浇注落差不能超过2m,衬砌两侧砼面高差控制不得超过0.5m,采用插入式振动器按规定加强振捣。要一次浇筑成型,间歇时间超过规范规定时按施工缝进行处理。
5监控量测
采用接触式量测方法。量测断面间隔5m布设,拱顶沉降测点和净空变化测点布置在相同断面上,拱顶下沉降测点设置在隧道轴线处,每一台阶布设2个水平收敛点,布置位置要处于同断面、同高度,测点挂钩做成闭合三角形,以保证牢固不变形。
详细记录量测数据并及时整理,并绘制位移—时间曲线、位移速度—时间曲线、位移—距开挖面距离曲线,然后进行回归分析求出最终位移量。
施工过程中根据现场情况及监控量测分析,及时调整进行支护参数及施工方法,确保施工安全。
6结束语
塌方体通过注浆,浆液将破碎围岩凝结成稳固的整体,并在管棚、超前小导管的共同作用下,对后期安全顺利掘进起到了关键作用;及时的量测及分析,精准把握围岩及支护的工作状况,对施工起到指导及预见的作用;衬砌紧跟对开挖后已稳定围岩起到更进一步的巩固作用,符合隧道施工中 “短进尺、强支护、快封闭、衬砌紧跟、勤量测”的原则。最终按时安全、顺利地完成塌方处理。
参考文献
[1]TB 10204—2002铁路隧道施工规范 [ S ]
[2]赵志江,超浅埋暗挖隧道施工技术 [ S ].广东:杂志社,2011