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二青山隧道塌方处理施工技术

发表于:2019-12-25 浏览量: 87 次

关键词:

 

  介绍了隧道塌方采用大管棚超前支护注浆和小导管径向注浆相结合的方式支撑塌体,确保塌方处理安全的施工技术,为围岩破碎、地下水发育的隧道塌方处理提供了一定的经验和见解。

  一、工程概况

  二青山隧道穿越吕梁山山脉北段,属中山区,进口位于岚县境内,出口位于兴县境内,隧道全长15.851km。施工中共设置4座斜井,均为无轨运输,斜井总长度5620m,相当于正洞长度的35.4%,属单线特长隧道,是太兴铁路控制工期的工程,二青山隧道初始风险等级为“高度”,采取Ⅰ级风险管理。隧道穿越地层除进、出口浅埋段为第四系黄土层外,其余均为太古界、元古界的变质岩地层。隧道区进口段(岚县端)为山间黄土盆地,洞身段及出口段为褶皱断裂中山区,“V”“U”字形沟谷发育。

  二、工程地质及水文地质条件

  2.1 地形地貌

  隧道所穿越的地层有太古界界河口群奥家滩组、吕梁山群赤坚岭组、五台期岩浆侵入岩,元古界野鸡山群青杨树弯组、白龙山组,古生界寒武系中统张夏组,新生界第四系下、中、上更新统及全新统。测区构造主要受一组走向N25°~35°E向斜控制,即野鸡山向斜,形成于前震旦纪。向斜两翼对称,向斜轴面近直立,向斜东西两翼有北北东向伴生压性断裂,向斜核部与隧道相交于DK140+220里程,交角55°。

  2.2 地层岩性

  隧道主要穿越的地层岩性有黑云斜长片麻岩、侵入变质白色伟晶岩、二云母片岩、变质砾岩、长石石英岩、斜长角闪岩、侵入变质红色伟晶岩、黑云斜长片麻岩、花岗岩、变质超基性岩、砂质黄土等,软质岩与硬质岩相间分布,围岩完整性变化较大。

  2.3 水文地质

  根据各地层的岩性及其组合关系、地质构造条件、水理性质、地下水赋存条件和水力特征,分为变质岩类基岩裂隙水和松散岩类孔隙水两类。隧道全范围均属于弱富水段,隧道正常涌水量32598.59m3/d,最大涌水量约97795.77m3/d。

  三、塌方情况及原因分析

  3.1 塌方段基本情况

  2012年8月11日凌晨3:30左右,二青山隧道进口DK133+225~DK133+245段拱部及洞身左侧发生塌方,塌方发生时掌子面里程为DK133+274,仰拱里程为DK133+240,二衬里程为DK133+208。塌方长度约为20m,塌腔高度约7m,塌方后通过对塌方处地表观测,地表及沟壑冲沟无变化。

  3.2 塌方段地质情况

  该段穿越第四系上更新统粉质黄土层,第四系中更新统粘质黄土,隧道埋深浅,上覆黄土厚20m~40m,具Ⅱ级自重湿陷性。钻孔证实黄土下伏基岩顶部有一层厚10m~20m厚的全风化层,岩体节理很发育,极破碎,呈碎石状,地表黄土层沟壑发育。

  3.3 塌方段施工情况

  塌方段落设计为Ⅴ级围岩,初支衬砌参数为:拱部25组合中空锚杆,边墙22砂浆锚杆,间距1m×1m、长度3.0m、梅花形布置;格栅拱架,间距1m;单层钢筋网片,环向8mm、纵向6mm、网格20cm×20cm;喷射混凝土,25cm厚;42超前注浆小导管,长度3.5m、间距40cm;衬砌混凝土,35cm厚。按照三台阶开挖法施工,2012年8月11日凌晨2:00左右,开挖DK133+274掌子面上台阶施工,开挖过程中掌子面围岩揭示以强风化片麻岩、砂砾性碎石土为主,岩体破碎,节理、裂隙发育,局部部位渗水,初期支护格栅拱架出现开裂。现场及时组织人员、机械撤出,凌晨3:30左右,DK133+225~DK133+245段拱部及洞身左侧发生塌方。

  3.4 原因分析

  塌方地段为黄土地貌,由于地表水的侵蚀作用,冲沟发育,呈“V”字形,该段洞身左侧围岩整体性较差,风化程度高、破碎、地下水发育,岩体遇水迅速变软失去承载力,造成左侧拱脚失稳继而导致边墙局部坍塌,后引起拱部剥落掉块。隧道左侧地下水发育与围岩岩体破碎,遇水后强度迅速降低是造成塌方的主要原因。

  四、塌方处理方案

  4.1 总体方案

  塌方发生后,指挥部高度重视,组织监理单位、设计单位、施工单位进行塌方段处理方案研讨,同时邀请多位专家参加。针对塌方规模较大情况,且前方围岩仍为褐黄色粉沙质黏土,土体含水量大,自稳能力差,与会各方经过分析论证研究后决定,塌方段采用大管棚超前支护注浆加固和小导管径向注浆相结合的方式支撑塌体,确保塌方处理安全。首先对DK133+220~DK133+223段未塌方段初支进行加固,避免造成更大的塌方,确保塌方段前初期支护安全。其次施工隧道内坍塌体,坍塌体采用108大管棚进行拱部超前注浆加固,边墙采用Ⅰ20型钢钢架,间距0.5m,纵向22mm连接钢筋,8钢筋网,网格间距200mm×200mm,42小导管径向注浆,加固处理过程中视坍塌体围岩状况考虑是否施工拱部临时仰拱或第三台阶临时横撑,达到稳固围岩的作用。

  4.2 具体处理方法

  1)通过挖掘机配合初喷C20早强混凝土先封闭坍塌体表面,防止塌方体的扩大,初喷厚度不得小于10cm。2)对DK133+220~DK133+223未塌方段初支段采用Ⅰ18工字钢拱架进行支撑加固,防止坍塌进一步扩大,工字钢制作弧度根据测量断面数据确定,安装间距0.6m/榀,钢架架设时,尽量使钢架紧贴初支表面,空隙处采用木楔塞紧,钢架纵向采用22钢筋焊连牢固。3)从洞外运渣对坍塌部位进行回填反压加固,采用人工和机械相结合的方法,将袋装石渣摆放在边墙上部回填加固。4)拱部采用108超前大管棚进行超前支护,管棚长20m,环向间距30cm,拱部范围施作,注浆采用水泥浆,浆液配比为1∶1,注浆压力为0.5MPa~1MPa。5)边墙部位采用42注浆小导管径向注浆,小导管长4m,梅花形布置,环纵向间距为0.3m×1.2m,采用水泥浆注浆,浆液配比为1∶1,注浆压力为0.3MPa~0.5MPa。注浆过程中要加强监控量测,围岩趋于不稳定或变形较大时应停止注浆,初支稳定后再进行注浆施工,变形较小时可采用调整注浆顺序的方法确保施工安全。6)塌方体注浆浆液凝固并达到一定强度后,按照三台阶预留核心土的开挖方法,对塌方体原初支钢拱架进行更换。从DK133+225开始向坍塌段逐榀更换原初支钢拱架,新更换的钢拱架采用Ⅰ20工字钢,间距0.5m/榀,全断面设置,在拱架连接处安设42mm×3.5mm锁脚锚管,每次换拱一榀,掘进0.6m。换拱过程中,要逐榀向前推进,需将上、中台阶拱架拱脚扩大,来提高承载力,确保施工安全。7)钢拱架更换5榀后,及时将仰拱钢拱架封闭成环,施作仰拱混凝土及填充混凝土。8)对存在塌腔的部位采用C25混凝土泵送混凝土进行回填,混凝土要分多次压入,每次浇筑高度不能超过30cm,以免初支混凝土壳开裂,待上一次混凝土终凝后再进行下一次混凝土回填浇筑。若空腔高度较大,可在保证回填混凝土厚度在2m以上后,采用吹砂或粉煤灰作为缓冲层。9)待回填混凝土强度达到设计强度的80%后再进行下段的拱架置换,如此循环,直至通过塌方段。

  4.3 大管棚施工工艺及方法

  1)设计参数。大管棚设置在拱部120°范围内,由108mm和壁厚8mm的热轧无缝钢管制作而成,每节长度5m,管棚长20m。管距环向间距0.3m,倾角外插角1°~3°,可根据实际情况作调整。2)搭平台安装钻机。用钢管脚手架搭设钻机平台,平台基础要密实稳定,使用全站仪定位将钻机与已设定好的孔口管方向平行,使钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。3)钻孔及清孔。用全站仪测定钻孔位置,钻头直径采用127mm,钻机开钻时,应低速低压钻进。产生坍孔、卡钻时,需补注浆后再钻。为防止堵孔,用高压风从孔底向孔口清理钻渣,确保孔径、孔深达到标准,成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。4)管棚钢管安装。钢管头部要制作好丝扣,四周钻10mm~16mm出浆孔,管头焊成圆锥形,便于入孔。棚管顶进采用棚管机钻进的工艺,即用管棚钢管代替钻杆的原理顶进,同一横断面内的接头数不能大于50%,相邻钢管接头至少错开1m并达到受力要求。5)管棚注浆。将钢筋笼安装好后,用ZJ-400高速制浆机将1∶1水泥浆液注入管棚钢管。注浆时从管棚底孔两侧向拱顶顺序压注,先灌注“单”号孔,再灌注“双”号孔,初压开始0.5MPa~1.0MPa,终压终端2MPa,持压15min后停止注浆。

  五、安全质量措施

  1)对施工作业人员强化培训并进行技术交底,严格施工程序与施工工序,初喷拱架要垂直,钢拱架脚必须立于坚实的基础上。2)在施工过程中严格控制换拱进度,拆除1榀,更换1榀,做到处理好一段施作一段仰拱和一段二衬的原则,确保施工安全。3)管棚钢管不得侵入隧道开挖线内,相邻钢管的纵向位置不能相撞和相交,管棚钢管各管节连成一体,管箍丝扣结合部应拧紧,保证受力后不脱开。4)注浆施工中,要及时监控注浆压力和注浆量,按照量测数据调整注浆压力参数,防止因注浆压力大,造成变形,影响安全。5)加强对初支的监控量测,对坍塌处理段根据变形情况加密量测断面,并加大监控量测的频率。6)本段围岩较为破碎,初期支护、仰拱、二衬紧跟,确保人员、机械安全。

  六、结 语

  二青山隧道塌方采用大管棚超前支护注浆加固和小导管径向注浆相结合的方式支撑塌体,在塌体开挖中形成加固圈,达到稳固围岩的作用,是处理隧道大型塌方的有效措施,为围岩破碎、地下水发育的隧道塌方处理提供了安全质量保证。

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