劉周禮,寧德好,牛瑞強(qiáng)
(中交一航局第三工程有限公司,遼寧 大連 116001)
新建合福鐵路客運(yùn)專線閩贛Ⅱ標(biāo)段棋盤山隧道全長(zhǎng)1 758.13 m,隧道進(jìn)口里程為DK440+700,隧道出口里程為DK442+48.13,為單洞雙線隧道,左右線間距為5 m,隧道沿線路坡度為2%。該隧道地處江西省上饒境內(nèi),洞身地層巖性多變、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,圍巖軟弱,Ⅴ級(jí)圍巖1 128.13 m,占隧道長(zhǎng)度的64%,Ⅳ級(jí)圍巖465 m,占隧道長(zhǎng)度26%,Ⅲ級(jí)圍巖165 m,占隧道長(zhǎng)度26%,設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高,施工難度大,在巖性接觸帶處極易出現(xiàn)塌方及涌水事故。
2012年3月13日隧道進(jìn)口掌子面DK441+055里程處爆破后發(fā)生拱頂坍塌,現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)撤離未出現(xiàn)傷亡事故,經(jīng)過勘察坍塌處為巖性接觸帶,圍巖為寒武系下統(tǒng)荷塘組碳質(zhì)頁(yè)巖夾煤干石,中間夾層為強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖,局部風(fēng)化成土狀,坍塌后伴有大量的裂隙水涌出,平均每天流水量約1 500 m3,拱頂坍塌成一個(gè)倒V字型,塌方體沿線路方向長(zhǎng)度約3 m,垂直線路方向?qū)挾燃s為10 m,塌方體高度約6 m。
事發(fā)后項(xiàng)目部與設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了勘察,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)給出塌腔內(nèi)預(yù)埋泵管,采用洞身長(zhǎng)管棚越過坍塌區(qū)后利用泵送混凝土對(duì)塌腔回填的方案。考慮到管棚鉆機(jī)租賃調(diào)運(yùn)耗時(shí)且洞身管棚施工復(fù)雜,將貽誤坍塌段處理的最佳時(shí)機(jī),圍巖應(yīng)力釋放后極易引起二次坍塌,存在較大的安全隱患,并且嚴(yán)重制約工程施工進(jìn)度。
為充分利用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的設(shè)備及材料,研究確定經(jīng)濟(jì)、安全、快速的處理方案,項(xiàng)目部施工人員集思廣益,根據(jù)洞身長(zhǎng)管棚超前支護(hù)的作用原理,研究提出超前小導(dǎo)管加帽檐式鋼架組合的超前支護(hù)方式進(jìn)行塌方段施工處理,即對(duì)坍塌區(qū)裸露圍巖進(jìn)行噴射混凝土封閉后,打設(shè)超前小導(dǎo)管注漿加固前方圍巖,制作安裝帽檐式鋼架,鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片,預(yù)埋泵管,噴射混凝土封閉如此循環(huán)施工穿越坍塌區(qū),該方案獲得批準(zhǔn),如圖1所示。
圖1 超前小導(dǎo)管加帽檐式鋼架組合超前支護(hù)方式施工示意圖
施工工序?yàn)椋菏┕で皽?zhǔn)備→坍塌區(qū)初噴→超前小導(dǎo)管施工→帽檐式鋼架制作→帽檐式鋼架安裝→鋼筋網(wǎng)片安裝→預(yù)埋泵管埋設(shè)→噴射混凝土施工→下一循環(huán)施工→坍塌區(qū)混凝土回填。
初噴的厚度控制在5~10 cm,由于部分坍塌面有滲流水,噴射混凝土拌合之前通知試驗(yàn)室調(diào)整施工配合比,將原配合比(水泥∶砂∶細(xì)骨料∶水 ∶減水劑 ∶速凝劑為 442∶862∶850∶190∶4.42∶13.26)中水泥和速凝劑用量適當(dāng)調(diào)整,調(diào)整后的配合比為 485∶835∶830∶190∶4.78∶18.4。
考慮到施工人員的施工安全,將噴漿頭進(jìn)行加長(zhǎng)改進(jìn),施工人員站在開挖臺(tái)架上對(duì)坍塌裸露面進(jìn)行噴射混凝土施工。
1) 小導(dǎo)管加工
小導(dǎo)管采用φ50壁厚4 mm的熱軋無(wú)縫鋼管,導(dǎo)管單根長(zhǎng)4.5 m,小導(dǎo)管的間距為30 cm,由于小導(dǎo)管穿越坍塌空腔區(qū),因此懸空段不留注漿孔,嵌入圍巖段設(shè)孔徑為10 mm,孔間距15 cm的注漿孔,呈梅花形布置。
2) 鉆孔施工
小導(dǎo)管在打孔前,按設(shè)計(jì)要求劃出小導(dǎo)管的位置,并標(biāo)明清楚。采用鑿巖風(fēng)鉆打孔,成孔直徑φ60,孔口鉆眼偏差小于50 mm。每間隔一榀鋼架打設(shè)一循環(huán)超前小導(dǎo)管,小導(dǎo)管在坍塌區(qū)形成一個(gè)棚式的緩沖結(jié)構(gòu)。
3)小導(dǎo)管安裝及孔口密封處理
“沉魚落雁”是形容女子容貌非常美麗的意思,是一種夸張的修辭方法,魚兒見到美女就為之沉到水底,大雁見到美女就為之降落到沙洲。可見這個(gè)成語(yǔ)不是說(shuō)“要把魚兒沉到水里去,要把大雁打到地上來(lái)”,而是說(shuō)美人長(zhǎng)得太美了,容貌美得“使得魚兒沉到水里去,使得大雁從天上落到地上來(lái)”。可以看出這個(gè)成語(yǔ)中“沉”和“落”這兩個(gè)動(dòng)作行為的發(fā)出者是“魚”和“雁”。
小導(dǎo)管用鉆機(jī)頂進(jìn),打入后用高壓風(fēng)將小導(dǎo)管內(nèi)砂石等吹出,小導(dǎo)管尾部置于鋼架腹部,增加共同支護(hù)能力,導(dǎo)管穿越坍塌區(qū)后深入掌子面巖中深度不小于1.5 m,在小導(dǎo)管嵌入掌子面末端處焊上φ6加勁箍再用膠泥麻筋纏箍成楔形,使小導(dǎo)管外壁與孔巖壁間隙堵塞嚴(yán)密,靠近鋼架端小導(dǎo)管尾部設(shè)止?jié){塞,超前小導(dǎo)管安裝如圖2所示。
圖2 超前小導(dǎo)管安裝示意圖
4) 小導(dǎo)管注漿
注漿采用水泥漿液水灰比為1∶1(重量比),注漿材料滿足下列要求:漿液的流動(dòng)性好,易注入地層;固結(jié)后收縮小,具有良好的黏結(jié)力和較高的早期強(qiáng)度;結(jié)石體透水性低,抗?jié)B性能好等。
注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn),檢測(cè)機(jī)械設(shè)備是否正常,管路連接是否正常,為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率,可采用群管注漿(每次3~5根)。導(dǎo)管孔口應(yīng)達(dá)到密閉標(biāo)準(zhǔn),以防漏漿,然后采用注漿機(jī)注漿,注漿壓力為0.5~1.0 MPa,注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或當(dāng)注漿壓力達(dá)至設(shè)計(jì)終壓不少于20 min,進(jìn)漿量仍達(dá)不到注漿終量時(shí),便可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后,將管口封堵,以防漿液倒流管外。
1)帽檐式鋼架制作
為了確保隧道結(jié)構(gòu)整體安全,增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)采用I22a工字鋼作為初期支護(hù)鋼架,鋼架間距為0.4 m,支護(hù)鋼架加工應(yīng)考慮預(yù)留變形量及帽檐鋼架安裝空間,故將鋼架半徑調(diào)整為7.4 m,增大了40 cm。上臺(tái)階的鋼架按照3節(jié)進(jìn)行加工,鋼架之間采用連接板及螺栓進(jìn)行連接,連接板的厚度為16 mm,尺寸為280 mm×280 mm,各單元采用M27、6.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓連接;帽檐鋼架采用與主體鋼架同等材料I22a工字鋼制作,長(zhǎng)度為1 m;垂直焊接在支護(hù)鋼架上,焊接長(zhǎng)度為110 mm,采用雙面滿焊,帽檐鋼架間采用φ22鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行鋪設(shè),鋼筋網(wǎng)片的間距為5 cm×5 cm,鋼筋網(wǎng)片和帽檐鋼架之間采用焊接的方式進(jìn)行連接,如圖3所示。
圖3 帽檐式鋼架示意圖
2)帽檐式鋼架安裝
第一榀帽檐式鋼架架立安裝時(shí),利用原有初支面進(jìn)行鋼架支立,采用裝載機(jī)配合人工進(jìn)行,施工人員站在已經(jīng)支護(hù)完的初支面下,先將鋼架平移至開挖臺(tái)架上,人工將鋼架架設(shè)在設(shè)計(jì)的位置,然后采用鋼管進(jìn)行支撐,同時(shí)連接鋼架之間的連接螺栓,螺栓連接完畢后打設(shè)鎖腳鋼管,鎖腳鋼管長(zhǎng)度為5 m,鎖腳鋼管與鋼架采用φ22的U型鋼筋連接。
由于坍塌處在初期支護(hù)背后會(huì)形成空洞,對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患,坍塌空腔必須采用混凝土或者其他輕型材料填充密實(shí),鋼架支立時(shí)需在鋼架上事先預(yù)留泵送混凝土的泵管,泵管沿線路方向布置埋設(shè)3根,長(zhǎng)度分別為1 m、6 m、3 m;泵管與鋼架采用焊接連接,如圖4所示。
圖4 泵管埋設(shè)示意圖
鋼架支立完畢后立即進(jìn)行噴射混凝土的施工。噴射混凝土的配合比仍然采用初噴時(shí)的配合比,加大噴射混凝土的粘結(jié)力和凝固速度。第一榀帽檐式鋼架施工時(shí),施工人員站在已支護(hù)完的鋼架下進(jìn)行噴射混凝土施工,下榀帽檐式鋼架施工時(shí),施工人員站在第一榀鋼架的帽檐下施工,以此循環(huán)施工將坍塌區(qū)安全穿越。待初支混凝土封閉后,對(duì)空腔區(qū)進(jìn)行混凝土泵送施工。
考慮到一次性填充完畢混凝土對(duì)鋼架的壓力太大,帶來(lái)次生安全隱患,施工中應(yīng)分3次填充坍塌空腔,第一層通過1 m的預(yù)埋泵管向空腔內(nèi)泵送1 m高的C20混凝土,待第一層混凝土泵送完成3 d后通過3 m的預(yù)埋泵管向空腔內(nèi)泵送第二層混凝土,待混凝土凝固后通過6 m的預(yù)埋泵向空腔內(nèi)泵送細(xì)沙,將整個(gè)坍塌空腔回填密實(shí)。
1)塌方區(qū)必須基本穩(wěn)定后方可對(duì)坍塌體進(jìn)行清理,并及時(shí)對(duì)裸露圍巖進(jìn)行初噴,減少圍巖的風(fēng)化程度,避免二次坍塌事故發(fā)生。
2) 由于坍塌體發(fā)生伴隨著大量裂隙水的涌出,因此進(jìn)行初噴時(shí)要加大噴射混凝土的水泥和速凝劑用量,加快噴射混凝土的凝固速度。
3)對(duì)坍塌區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)加強(qiáng)并且加大預(yù)留沉降量。
4)初期支護(hù)施工完畢后及時(shí)對(duì)坍塌空腔進(jìn)行混凝土回填,使混凝土與坍塌腔壁圍巖有效結(jié)合,避免拱頂再次坍塌對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生被動(dòng)壓力。
5)塌腔內(nèi)混凝土必須分層泵送回填,禁止一次性泵送到位,減少混凝土對(duì)初期支護(hù)鋼架的壓力,產(chǎn)生次生安全隱患。
6)施工過程中必須加大掌子面區(qū)域內(nèi)的初期支護(hù)監(jiān)控頻率,如果發(fā)現(xiàn)沉降量較大時(shí)應(yīng)及時(shí)停止施工并采取相應(yīng)的措施。
7) 隧道施工過程中要加強(qiáng)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào),根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。
棋盤山隧道進(jìn)口拱頂小范圍坍塌區(qū)成功的穿越,充分驗(yàn)證了超前小導(dǎo)管加帽檐式鋼架組合超前支護(hù)施工方法的可行,并且獲得了較好的工程效果,希望對(duì)類似工程起到一定借鑒作用。
[1] 張志恒.合肥至福州鐵路客運(yùn)專線(閩贛段)土建工程HFMG-2標(biāo)總體實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)[R].大連:中交一航局第三工程有限公司,2010.
[2]關(guān)書寶.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003:371-372.
[3] 俞文生,彭蓉蓉.九嶺山高地應(yīng)力板巖隧道坍塌處理技術(shù)[J].公路隧道,2008(3):21-24.
[4] 孫立功.隧道工程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2008:157-158.