李科 楊旭東
【摘要】以某高原高寒地區(qū)隧道為研究對象,在隧道施工過程中針對隧道坍塌進行原因分析,較詳細的闡述了塌方處理方案,同時對同類隧道塌方的處理和防治提供借鑒。
【關鍵詞】隧道;塌方;處理;預防
1、工程概況
某高原高寒地區(qū)隧道位于青海省境內(nèi),該隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕高山地貌區(qū),隧道范圍內(nèi)中線高程2958m~3025m,最大高差約67m。隧址區(qū)第四系覆蓋層主要為沖積成因卵石,下伏基巖主加里東中期侵入花崗巖,地下水主要為基巖裂隙水,碎石及卵石亦為地下水主要賦存空間。隧道圍巖為Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級,洞口土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段采用上下臺階留核心土法開挖,隧道洞身段的Ⅳ、Ⅴ級圍巖按上下臺階法開挖,Ⅲ級圍巖按全斷面法開挖。按照新奧法設計施工,隧道主洞內(nèi)輪廓采用單心圓形式。拱半徑為5.61m,凈空面積為64.49m2。
2、塌方經(jīng)過及原因分析
該高原高寒地區(qū)隧道2012年2月2日19:22在進口左洞ZK6+163處掌子面開挖時,隧道開挖以淋雨狀、涌流狀出水,掌子面圍巖呈破碎狀,拱頂出現(xiàn)塌方,ZK6+163-ZK6+160已施做完成的鋼拱架局部垮塌、變形,ZK6+160-ZK6+150段初支表面出現(xiàn)裂縫。隧道進口段圍巖級別為V級,襯砌形式為S5c型,洞身巖性為花崗巖,節(jié)理裂隙發(fā)育,全風化—強風化,富含裂隙水,巖體自穩(wěn)能力差。塌方段洞頂覆蓋層較淺,隧道開挖以淋雨狀、涌流狀出水,上導施工時開挖擾動原巖,因圍巖壓力增大,未及時初噴混凝土封閉掌子面,在拱頂位置致使塌方。塌方主要原因是,地質(zhì)條件與原設計存在較大差異,隧道開挖至此處時,沒有正確、有效預報地質(zhì)情況并采取措施,導致了本次突發(fā)性塌方事故的發(fā)生。
3、處理方案
該高原高寒地區(qū)隧道塌方治理,主要采取了直接支護治理、雙層超前小導管注漿施工、泵送混凝土回填及其綜合應用措施。
3.1塌方后方加固處理。(1)在ZK6+160-ZK6+150段10m范圍內(nèi),初支內(nèi)側(cè)架設工字鋼架,作為臨時加強支撐。工字鋼采用I20b工鋼,工字鋼架應緊貼原有初支工字鋼下方,采用φ20鋼筋將工字鋼焊接連接成整體。每榀工字鋼拱腳設置鎖腳錨桿4根,左右兩側(cè)各2根,鎖腳錨桿采用φ22砂漿錨桿,長度3.5m。(2)在ZK6+160-ZK6+155段5m范圍內(nèi),自起拱線以上打設徑向注漿錨管加固圍巖,錨管采用長3.5m,壁厚4mm,外徑φ42mm的熱軋無縫鋼管加工制成,前段加工成錐型,并在管壁四周打四排φ6mm壓漿孔。注漿管呈梅花型布置,注漿管間距為100×100cm。注漿采用水泥漿液,水灰比1:1,注漿終壓力為0.6—1Mpa,其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進行核定。
3.2塌方段處理方法。(1)為防止塌方的縱向延伸,采用10cm厚C25噴射混凝土封閉坍塌體掌子面。(2)ZK6+170-ZK6+160段10m范圍內(nèi),加強超前支護,在拱頂120°范圍內(nèi)設置雙層超前小導管注漿加固松散圍巖(小導管外徑φ42mm,L=4.5m,環(huán)向間距35cm),小導管第一層打入角度45°,排距為1.5m。第二層打入角度10°,排距為1.5m。內(nèi)外層小導管錯開一榀布設。注漿采用水泥漿液,水灰比1:1,注漿終壓力為0.6—1Mpa,其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進行核定。(3)塌方體處理段落先暫定為10m(里程為:ZK6+170-ZK6+160)。該段塌方體在處理過程中,如塌方堆積體厚度高于拱頂不足3米,則需泵送C25混凝土形成護拱,高度按0.6m-0.8m控制,如塌方堆積體厚度高于拱頂3米以上,則不需要泵送C25砼。(4)ZK6+170-ZK6+160段10m范圍內(nèi),襯砌類型變更為S5a型。其中,鋼拱架間距調(diào)整為50cm,系統(tǒng)錨桿由D25中空注漿錨桿調(diào)整為φ42mm注漿鋼管,環(huán)距、排距均為100cm。注漿采用水泥漿液,水灰比1:1,注漿終壓力為0.6—1Mpa,其注漿量由現(xiàn)場監(jiān)理進行核定。(5)開挖至ZK6+170后,再根據(jù)現(xiàn)場情況確認是否調(diào)整支護參數(shù)。
3.3方案實施。對坍塌體掌子面進行噴射砼封閉,緊接著對ZK6+160-ZK6+150段施作護拱,工字鋼架緊貼原有初支工字鋼下方,嚴格施作鎖角錨桿,保證鋼拱架拱腳落在堅硬巖石上。再施作超前小導管,但由于塌方段圍巖破碎,φ42mm雙層超前小導管鉆孔困難,打設深度1m多后易塌孔,小導管無法搭設至設計孔深,施工緩慢。項目部與設計溝通采用L=4.5m長自進式錨桿,第一層打入角度45°,排距為1.5m。第二層打入角度10°,排距為1.5m。注漿采用水泥漿液,水灰比1:1,注漿終壓力為0.6—1Mpa。較好的解決鉆孔難的問題,及時對塌方段圍巖進行加固。超前導管施工完成后,采用上下臺階留核心土法開挖。每循環(huán)進尺0.5米,工字鋼采用Ⅰ20b,按設計預留核心土對掌子面進行反壓,鎖角錨桿采用D25中空注漿錨桿,一側(cè)兩根設置,長度3.5m,同時嚴格按照處理方案要求打設系統(tǒng)錨桿。第一個循環(huán)施工完成后,經(jīng)觀測掌子面及后側(cè)的初支基本無變形,洞頂圍巖固結(jié)較好。繼續(xù)進行下一循環(huán)的施工,安排專人對圍巖進行觀測,增加監(jiān)控量測的頻率。同時及時施工仰拱及二襯,縮短施工步距。緩慢通過坍方段,經(jīng)檢測測塌方體厚度不足3米,無需泵送C25砼。塌方完全處理完畢,整個處理過程再無發(fā)生坍塌現(xiàn)象,且無任何安全事故發(fā)生。
4、處理效果監(jiān)測
塌方后項目加大監(jiān)控量測頻率,及時掌握塌方段后方初支變形情況。在隧道出口端斷層帶沿隧道縱向每隔5m布置測點分別對初次支護拱頂下沉、凈空位移(拱腳水平收斂及墻腰水平收斂和二次襯砌的收斂 )等進行量測。監(jiān)測儀器分別使用DSZ2水準儀(配測微器)和JSS30A型數(shù)顯收斂計,測點布置如圖。
在掌子面塌方穩(wěn)定后,項目部及時組織量測初始值時,經(jīng)檢測 ZK6+160-ZK6+150段12小時內(nèi)拱頂沉降1.5cm,項目部及時按照處理方案,增加臨時護拱,嚴格施作連接筋和鎖角錨桿,使工字鋼與初支面密貼。施工完成后,當天累計沉降量1.5mm,有效的加固該段的初支,預防塌方段的延伸擴大。
5、隧道塌方預防措施
(1)做好超前地質(zhì)預報工作。尤其是洞口Ⅴ級圍巖強風化段,要認真及時地分析和觀察開挖工作面巖性變化,遇有滲水增大、圍巖破碎和整體性變差等現(xiàn)象,應及時改變施工方案。(2)加強圍巖量測工作。通過對量測數(shù)據(jù)分析處理,按照時間一位移曲線規(guī)律,及時調(diào)整和加強初期支護。(3)嚴格控制爆破裝藥量,盡量減小對軟弱破碎圍巖的擾動。(4)加強超前地質(zhì)預報監(jiān)控,及時使用EKKO地質(zhì)雷達對圖紙揭示的圍巖破碎帶進行預測,同時采用多種方式聯(lián)合檢測,相互印證綜合預報,指導施工。(5)必要時采用超前水平鉆進行超前探孔,探測掌子面前方圍巖情況,同時又能增加爆破臨空面,提高爆破效果。(6)保證施工質(zhì)量,超前預注漿固結(jié)止水,鋼架制作、支護質(zhì)量必須符合設計及驗標要求。(7)嚴格控制開挖工序,尤其是一次開挖進尺,杜絕各種違章施工。
6、結(jié)語
(1)隧道坍塌方對工程的進度和效益影響巨大,所以在隧道施工中首要的任務是切實做好各種防坍塌措施,防止坍塌的發(fā)生。(2)在隧道坍塌方處理中,如坍塌方體積較大,對坍塌體不宜先行清除,否則可能引起坍塌的加大。采用注漿固結(jié)能保證施工安全,投入小、見效快,施工方便。(3)加強此段隧道洞內(nèi)外監(jiān)控量測工作,并應根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果及時調(diào)整支護強度、增強臨時支撐剛度等應對措施以確保安全。(4)隧道坍塌方處理當中應堅持“嚴注漿,強支護,短進尺,快成環(huán),勤量測,二襯緊跟”的原則,采用環(huán)形開挖預留核心土法,保證掌子面穩(wěn)定,發(fā)揮機械優(yōu)勢,減少開挖時間,確保施工安全。
參考文獻
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作者簡介
李科(1982.03—),男,漢族,四川瀘州,碩士,工程師,工作單位:中交路橋技術有限公司,主要研究方向:土木工程.