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    應(yīng)用新意法處理隧道坍方施工技術(shù)

    2015-04-29 00:00:00王慶鋒
    基層建設(shè) 2015年12期

    摘要:本文以金華溫鐵路擴能改造工程梅店隧道坍方施工實例,具體介紹了在隱性節(jié)理發(fā)育地段隧道坍方的施工技術(shù),本方案在保證施工安全的前提下確保了質(zhì)量及施工工期及,為今后類似地質(zhì)復(fù)雜地形下的施工提供參考。

    關(guān)鍵詞:新意法;隧道;坍方;施工技術(shù)

    1.概述

    隨著隧道施工的高速發(fā)展,坍方事件也在行業(yè)內(nèi)引起很大的重視。特別是近年來在地質(zhì)較好的硬質(zhì)圍巖處理上很難判斷,使得在圍巖較好地段發(fā)生坍方的事件越來越多。如何進行安全高效的對硬質(zhì)圍巖段坍方進行處理,特別是存在隱性節(jié)理、開挖后偶有掉塊的硬質(zhì)圍巖地段,目前專家意見各不相同,給坍方處理帶來很大的安全隱患和質(zhì)量隱患。

    金溫鐵路擴能改造工程梅店隧道位于浙江省縉云縣境內(nèi),進口里程DK70+795,出口里程DK72+652,全長1857m。全隧道位于右偏曲線上,曲線半徑為4500m,隧道內(nèi)設(shè)“人”字坡。

    2013年10月20日,隧道進口施工至DK71+740里程時,在DK71+715~DK71+725段發(fā)生坍方,隨后幾天內(nèi)不斷擴展,最終坍方里程為DK71+683~DK71+740。坍方段設(shè)計為Ⅱ級圍巖,坍方深度約12m,方量約9000m3。隧道坍方如圖1。

    圖1 坍方圖

    2.原因分析

    坍方發(fā)生在2013年10月20日,至2013年11月2日坍腔基本穩(wěn)定。第一次坍方段(DK71+715~ +725)的隧道開挖時間為2013年10月16日。

    坍方的巖體為侏羅系上統(tǒng)磨石山群西山頭組J3x流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r,弱風化,坍體多以巨塊或大塊為主。巖石塊體雖經(jīng)坍落碰撞但多保持較完整的棱角,巖質(zhì)較硬,呈脆性圍巖「1」。地下水為基巖裂隙水不發(fā)育,局部節(jié)理面有濕潤現(xiàn)象。

    在坍方后的實地勘測中,可以發(fā)現(xiàn)在隧道拱部上方發(fā)育有兩組節(jié)理,一組水平節(jié)理和另外一組垂直節(jié)理,節(jié)理結(jié)構(gòu)面光滑,局部夾有軟弱夾層,均為不利節(jié)理,兩組節(jié)理切割巖體,易引起拱頂坍塌、掉塊。通過現(xiàn)場勘察主要的坍方體均是沿著隱伏構(gòu)造結(jié)構(gòu)面坍落的。

    由于控制坍方的主要節(jié)理等結(jié)構(gòu)面在隧道未開挖之前,受到地質(zhì)構(gòu)造的影響均是閉合的,采用TSP等超前地質(zhì)預(yù)報手段難以精確反應(yīng)節(jié)理發(fā)育程度。同時這些節(jié)理發(fā)育于洞身開挖范圍之外,隧道開挖后在掌子面與洞壁進行地質(zhì)素描時,開挖掌子面出露的圍巖強度較大,節(jié)理有局部發(fā)育,但不對巖體完整性構(gòu)成較大的影響,而且地下水也不發(fā)育,不能發(fā)現(xiàn)節(jié)理發(fā)育的具體情況。圖2為TSP檢測節(jié)理面。

    根據(jù)此情況造成坍方的直接原因是:隨著隧道的開挖,在隧道一側(cè)形成了臨空面,原來閉合的裂隙張開(所謂構(gòu)造中的釋壓節(jié)理)。而洞室爆破開挖振動進一步促進節(jié)理構(gòu)造面的張開程度。

    圖2 提取的圍巖巖石節(jié)理面

    3.坍方方案

    隧道坍方時,由于進口為Ⅱ級圍巖,二次襯砌距離坍方段較遠,,坍方位置埋深較深,為180m以上。如圖3為坍方段縱斷面示意圖。

    圖3 坍方段縱斷面示意圖

    本著“安全第一、不留隱患、保證工期、節(jié)約成本、確保運營安全”的原則,采用“鞏固后方、鎖住口部、坍腔回填、開挖支護、監(jiān)控量測”的施工方案。

    首先進行坍方后方處理將二次襯砌緊跟,后采用臨時鋼架對坍方影響段進行加強,避免塌方向后方延伸,其次進行坍方的鎖口施工,使工人在坍方口段保證安全及避免再次向外坍塌,再次進行止?jié){墻施工,止?jié){墻使坍腔段封閉,保證注漿不外漏及坍腔內(nèi)的坍體滑出造成安全隱患,并在止?jié){墻上埋入注漿管。后進行坍腔內(nèi)注漿至注滿,再進行管棚施工,最后進行坍腔開挖及襯砌施工。圖4為主要施工工藝流程。

    圖4 主要施工工藝流程

    3.1二襯緊跟

    由于坍方時二次襯砌距離坍腔較遠,為縮短距離,保證安全,從DK71+612~+647段進行二次襯砌的施工,襯砌采用C35纖維混凝土進行加強處理(原設(shè)計C30素混凝土)。襯砌厚度為35cm。

    3.2臨時鋼架施工及錨桿施做

    1、DK71+612~+647段二次襯砌按照Ⅱ級圍巖進行加強,采用C35纖維混凝土進行加強處理,襯砌厚度為35cm。

    2、DK71+647~+657段初期支護采用C25噴射混凝土,厚5cm。拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿,長3.5m,梅花形布置,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長3.5m,梅花形布置,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。二次襯砌按照Ⅱ級圍巖進行加強,采用C35纖維混凝土進行加強處理,襯砌厚度為35cm。

    3、DK71+657~DK71+673段采用I20工字鋼鋼架臨時支護,間距1m,共16榀。初期支護采用C25噴射混凝土,厚5cm,拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿,長3.5m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長3.5m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土,厚40cm,環(huán)向鋼筋φ22,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土,厚30~39cm,環(huán)向鋼筋φ16,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距20cm。

    4、DK71+673~DK71+677段采用I20工字鋼鋼架臨時支護,間距0.5m,共8榀。初期支護采用C25噴射混凝土,厚5cm,拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿,長3.5m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長3.5m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土,厚40cm,環(huán)向鋼筋φ22,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土,厚30~39cm,環(huán)向鋼筋φ16,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距20cm。

    5、DK71+677~+683段采用I20工字鋼鋼架臨時支護,間距0.5m,共12榀。該段拱部及部分邊墻擴挖管棚工作室并施做導(dǎo)向墻,施工過程中逐榀拆除鋼架,擴挖和支護,并配合Ⅱ型小導(dǎo)管超前預(yù)支護。擴挖部分初期支護采用HW175型鋼鋼架,間距0.6m,并噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土,鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋,網(wǎng)格間距20cm*20cm,拱部設(shè)置帶排氣裝置的注漿錨桿,長4m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱),邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長4m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。剩余邊墻初期支護噴射5cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土,并設(shè)置φ22砂漿錨桿,長4m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。擴挖部分采用C20混凝土回填,混凝土采用噴混凝土。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土,厚40cm,環(huán)向鋼筋φ22,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距25cm。底板采用C40鋼筋混凝土,厚30~39cm,環(huán)向鋼筋φ16,間距20cm,縱向鋼筋φ14,間距20cm。圖5為臨時鋼架施工。

    圖5 臨時鋼架施工

    3.3塌方段(DK71+683~DK71+740)處理方案

    1、從DK71+683處開始施作止?jié){墻,根據(jù)現(xiàn)場情況止?jié){墻采用C20模筑混凝土臺階法澆筑施工,每臺階高度約2.0m,里程寬2.0m,共5個臺階。臺階澆筑混凝土過程中,在混凝土表面設(shè)置間距0.5m的I20型臨時仰拱。并架設(shè)臨時鋼架,鋼架間距0.5m一榀,臨時鋼架和臨時仰拱焊接牢固。臨時鋼架加固完后進行下一臺階的施工和鋼架施工,共施工13榀。止?jié){墻頂端在里程DK71+688處進行封堵。

    2、通過止?jié){墻向塌體內(nèi)注輕型發(fā)泡混凝土,回填至坍腔填滿。

    泡沫混凝土密度小(0.5~2.0T/M3)、施工方便、具有輕質(zhì)、良好的抗壓強度(0.5~22.2Mpa)流動性強、整體性能好特點??晒探Y(jié)坍塌渣體,為后續(xù)開挖消除滑坍隱患。灌注泡沫混凝土現(xiàn)場泵送,注漿管采用Ф50鍍鋅鋼管通過導(dǎo)向管伸直塌腔內(nèi)部,

    圖6 泡沫混凝土施工

    根據(jù)注漿管插入角度及深度先進行塌腔體兩側(cè)及最深處灌注,再進行塌腔體上方及頂部灌注,直至填滿塌腔空間。

    3、利用DK71+683導(dǎo)向墻施做超前大管棚,管棚采用φ159大管棚,長58m,管棚內(nèi)套鋼筋籠。管棚施做完畢后進行坍塌部位開挖,開挖工法采用三臺階臨時仰拱法,開挖以弱爆破配合鎬頭機進行。超前管棚配打II型小導(dǎo)管。初期支護采用HW175型鋼鋼架,間距50cm,噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土,鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋,網(wǎng)格間距20cm*20cm,邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長4m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。二次襯砌拱墻采用C40鋼筋混凝土,厚60cm,環(huán)向鋼筋φ25,間距20cm,縱向鋼筋φ16,間距25cm。仰拱采用C40鋼筋混凝土,厚70cm,環(huán)向鋼筋φ25,間距20cm,縱向鋼筋φ16,間距25cm。

    3.4塌方后段(DK71+740~DK71+760)處理方案

    DK71+740~DK71+760段超前支護采用Ⅱ型超前小導(dǎo)管。初期支護采用I20a工字鋼鋼架,間距60cm,噴射28cm厚C30網(wǎng)噴纖維混凝土,鋼筋網(wǎng)采用φ6鋼筋,網(wǎng)格間距20cm*20cm,邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,長4m,間距1.2m*1.2m(環(huán)*縱)。二次襯砌拱墻采用C35鋼筋混凝土,厚45cm,環(huán)向鋼筋φ22,間距20cm,縱向鋼筋φ12,間距25cm。仰拱采用C35鋼筋混凝土,厚55cm,環(huán)向鋼筋φ22,間距20cm,縱向鋼筋φ12,間距25cm。

    4.結(jié)論

    梅店隧道坍方從坍方至處理完成。在坍方處理過程中培養(yǎng)了一批隧道專業(yè)人才。同時也對坍方事件總結(jié)了幾點教訓(xùn)。

    1、對坍方的發(fā)生要盡量避免,施工過程中難免遇到圍巖與設(shè)計不符,及時請設(shè)計進行地質(zhì)確認與變更。特別是II、Ⅲ 級圍巖,沒有鋼架,如何避免?在設(shè)計不能變更的情況下,認為加設(shè)環(huán)向鋼筋是比較好的方法。

    2、坍方發(fā)生后如何處理? ①不能拖時間太長②在確保安全情況下及時鎖住口部,避免坍方擴大③根據(jù)實際情況及時準確的制定出處理方案。

    3、坍方處理必須堅持安全第一的原則,在保證過程安全的情況下,不留質(zhì)量隱患。

    4、坍方處理仍然要堅持利益最大化,但不是偷工減料,而應(yīng)設(shè)計變更的基礎(chǔ)上進行,特別是盡量要求增加輔助措施。

    參考文獻:

    [1]張春生,候靖,朱永生,朱煥林.深埋隧洞圍巖應(yīng)力分布與破壞機理《現(xiàn)代隧道技術(shù)》第48卷第三期,2011

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