賈 亮

高陽坡隧道塌方處理技術(shù)方案

賈 亮

結(jié)合某鐵路專用線高陽坡隧道工程施工期間洞內(nèi)塌方情況,全面分析該隧道塌方形成的機(jī)理與原因,提出了針對性的處理方案,處理后對塌方段洞內(nèi)外進(jìn)行監(jiān)控量測,根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)結(jié)果分析,該隧道塌方處理方案合理可行。

隧道塌方,圍巖,機(jī)理,處理方案

1 工程概況

高陽坡隧道是建設(shè)中的某鐵路專用線中最長的隧道,隧道全長 857m,均位于 R=1 000的曲線上,進(jìn)口里程 DK 13+083,出口里程 DK 13+940。隧址位于低山丘陵區(qū),地勢起伏較大,地震烈度 7度,地震動(dòng)峰值加速度 0.15g。隧道設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓由三心圓組成,開挖斷面面積 127.63m2,洞室最大開挖寬度為 12.38m。

1.1 工程地質(zhì)簡介

隧道埋深較淺,洞頂覆蓋厚度在 12m～30m。表層為第四系上更新統(tǒng)沖、洪積的砂質(zhì)黃土覆蓋,厚度 20m～25m,半干硬 ～可塑,大孔發(fā)育,具垂直節(jié)理。砂質(zhì)黃土具有Ⅲ級自重濕陷性,濕陷性土層厚約 8m,該層底部含有角礫和碎石。砂質(zhì)黃土層下主要為第四系中更新統(tǒng)沖、洪積的卵石土,厚 5m～8m,潮濕、中密,卵石呈圓形或圓棱狀,一般為 60 mm～100mm,并含漂石,卵、漂石含量約為 65%,局部地段夾有厚約 0.5m～1m的砂層。地層下伏基巖為石灰系泥巖,灰色 ～灰黃色 ～灰黑色;強(qiáng)風(fēng)化 ～弱風(fēng)化,節(jié)理裂隙發(fā)育。

1.2 初期支護(hù)及施工方案

塌方段設(shè)計(jì)為Ⅴ級淺埋襯砌,埋深約 25m,拱部設(shè) φ42小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),小導(dǎo)管環(huán)向間距 40 cm;初期支護(hù)以錨噴網(wǎng)支護(hù)為主,并輔以Ⅰ18型鋼鋼架支撐,間距 0.75m,噴 C25混凝土厚 25 cm,邊墻設(shè)置 φ25中空注漿錨桿,錨桿長 3.5m,環(huán)、縱向間距 1m,拱部不設(shè)置錨桿。

2 隧道塌方情況

當(dāng)隧道出口上臺(tái)階掘進(jìn)至 DK 13+732時(shí),2010年 10月 9日凌晨 03：30,掌子面在無明顯的征兆下突然塌方,初次塌方已形成2m3～3m3的空洞,并伴有滲水現(xiàn)象。在地下水的影響下塌腔迅速擴(kuò)大,到 10月 10日下午,DK 13+732～DK 13+728段的初期支護(hù)發(fā)生嚴(yán)重扭曲變形,隨著圍巖的進(jìn)一步松弛,晚上初期支護(hù)被壓垮,最終坍腔形成倒置的漏斗形,塌方體縱向深度約 7m,寬度約 8m～9m,平均高度 5m～7m。地表形成一個(gè)長約 13m、寬約14m、深 1m～2m的陷坑,且坑周邊有多處環(huán)狀裂縫。

3 塌方原因分析

1)工程地質(zhì)原因。

該段為砂質(zhì)黃土。土體松散,自穩(wěn)能力差,且具有Ⅲ級自重濕陷性,極易因局部失穩(wěn)而引起連鎖反應(yīng),造成大坍塌。拱部遇到一層 0.5m～1m砂層,開挖后,砂層順著拱背直流而下,致使在圍巖與拱背間形成空洞,造成邊墻部位的土體塑性區(qū)加大,導(dǎo)致邊墻失穩(wěn),造成塌方。

2)地表水原因。

施工期連續(xù)降雨,且該段處于地形低洼處,地表水滲入,使得隧道上覆黃土層產(chǎn)生濕陷,從而降低了圍巖的強(qiáng)度,加劇巖體失穩(wěn)。

3)施工方面原因。

沒有根據(jù)該段圍巖實(shí)際情況采取有力的施工措施,下臺(tái)階開挖進(jìn)尺過大,拱腳懸空時(shí)間較長,且沒有施作鎖腳錨管,加上初期支護(hù)沒有及時(shí)閉合,從而造成臨空面過大,使整個(gè)土體驟然失穩(wěn)而造成塌方。

4 處理方案和方法

4.1 地表處理

1)對地表凹陷部分及裂縫處分層夯填密實(shí),填土表面 1m深處采用三七灰土夯填,并高出原始地面。

2)對地表凹陷裂縫以外 3m范圍內(nèi)采用地表砂漿錨桿加固地層,以增強(qiáng)地層的自穩(wěn)性,固結(jié)坍塌體,加固深度從地表至拱頂開挖線外 0.5m。錨桿采用 φ22螺紋鋼、間距 1m,呈梅花形布置。水泥砂漿強(qiáng)度不應(yīng)低于 M 20,砂膠比宜為 1∶1～1∶2(重量比),水膠比宜為 0.38～0.45。

3)為防止冬季雪水融化滲入裂縫,現(xiàn)對其頂部臨時(shí)覆蓋防水板,以免地表水下滲引起塌孔擴(kuò)散,并在洞頂塌穴外 10m處修建一道截水溝。

4.2 洞內(nèi)影響段處理

1)在原噴射混凝土內(nèi)側(cè)架設(shè)H 20工字鋼架作為臨時(shí)支撐,鋼架間距為 0.5m,以起到護(hù)拱的效果,鋼拱架腳噴射C25混凝土固定(必要時(shí)施作臨時(shí)仰拱),拱背與噴混凝土面緊貼,每榀臨時(shí)支撐設(shè) 8根 φ42鎖腳錨管,每根長 3.5m。臨時(shí)鋼架之間施作 φ22縱向連接鋼筋,環(huán)向間距 1m。

2)在該段范圍內(nèi)徑向打入 φ42mm×5mm的注漿小導(dǎo)管,導(dǎo)管長 5m,環(huán)、縱向間距 1.2m,梅花形布置,以保證后方圍巖穩(wěn)定不向前坍塌。注漿采用先上后下,先里后外,即先對塌空區(qū)邊緣注漿,再逐步退后進(jìn)行后段注漿,使鋼管所伸入的范圍內(nèi)通過注漿組成一個(gè)固結(jié)的灌漿層,通過漿液無規(guī)則的穿透松散破碎巖體產(chǎn)生膠結(jié),從而達(dá)到在已支護(hù)段與塌空區(qū)交界處上、下一定范圍內(nèi)的圍巖得到固結(jié),從根本上達(dá)到控制塌方的擴(kuò)展。

4.3 洞內(nèi)坍塌段處理(DK13+732～DK13+724)

1)封閉坍塌面。

對坍塌土體外漏面噴C25混凝土厚 20 cm進(jìn)行封閉處理,噴射混凝土中設(shè) φ8鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)格間距 20 cm×20 cm),該層混凝土同時(shí)被作為止?jié){墻。

2)注漿固結(jié)坍塌土體。

對坍塌土體進(jìn)行注漿固結(jié),注漿管采用 5m長的 φ42鋼花管,注漿孔深 5m。洞周注漿孔外插 2m,環(huán)向間距為 1m,注漿擴(kuò)散范圍為 2 m～4 m,漿液采用 1∶1的水泥漿,注漿壓力以0.8MPa～1.2MPa為宜。

3)φ108大管棚超前支護(hù)。

塌方體范圍內(nèi)采用大管棚通過,考慮到洞內(nèi)施工條件限制,大管棚設(shè)一排,長 20m,環(huán)向間距為 30 cm,拱部 150°范圍內(nèi)布設(shè),外插角為 3°～5°。在管棚間距內(nèi)施作 φ42注漿小導(dǎo)管,每排環(huán)向間距 30 cm,拱部 150°范圍內(nèi)布設(shè),小導(dǎo)管單根長 4.5m,第一排外插角為 40°～45°,第二排外插角為 5°～ 10°,第二排搭接長度 1.5m,注漿量根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際數(shù)量確定。

4)架設(shè) H 20型鋼鋼架。

進(jìn)行注漿固結(jié)和施作超前支護(hù)后,采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土工法開挖,每開挖循環(huán)控制在 0.6m以內(nèi),采用人工開挖,嚴(yán)禁機(jī)械及爆破開挖。開挖后在管棚下架設(shè) H 20型鋼鋼架,鋼架縱向間距 0.5m,每榀鋼架設(shè)置 12根 φ42鎖腳錨管,t=3.5mm,每根長3.5m。鋼架縱向用 φ22螺紋鋼筋拉桿連接,拉桿環(huán)向間距為1m,鋼筋網(wǎng)用 φ8的鋼筋,網(wǎng)格為 20 cm×20 cm,噴 C20鋼纖維混凝土厚 25 cm,鋼纖維摻量為 50 kg/m3。邊墻設(shè)置 φ22砂漿錨桿,拱部設(shè)置 φ22組合中空錨桿,長 3.5m,環(huán)、縱向間距 1m,梅花形布置。

5)固結(jié)坍腔內(nèi)的松渣。

當(dāng)洞內(nèi)初期的全部鋼拱架及鋼纖維混凝土封閉完,且隧道中殘留的坍塌松渣清除完畢后,即抓緊對坍塌段采用開挖后周邊注漿,改善圍巖條件,固結(jié)松渣,保證坍腔飽滿。注漿方案為：φ50小導(dǎo)管,單根長 5m,環(huán)向間距 1m,縱向間距 1m,注漿材料采用水灰比 1∶1的純水泥漿,注漿壓力 0.5MPa～1.0MPa。

4.4 塌方過渡段處理(DK13+724～DK13+718)

待塌方區(qū)段按上述方案處理完之后,密切注視塌方段斷面變化情況,加強(qiáng)監(jiān)控量測?？紤]到此段為過渡危險(xiǎn)段,初支鋼拱架采用 H 20型鋼,縱向間距 0.7m,配合鋼架拱部 150°范圍內(nèi)布設(shè)φ42雙層小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),小導(dǎo)管環(huán)向間距 40 cm,縱向間距 1.5m,長 3.5m,搭接長度 2m,鋼管外插角分別采用 35°和 10°交錯(cuò)布置,其余支護(hù)參數(shù)與原設(shè)計(jì)一樣。

5 結(jié)語

通過對高陽坡隧道塌方處理總結(jié),得出以下結(jié)論：

1)淺埋濕陷性黃土隧道施工前應(yīng)查明地表情況,防止地表水通過陷穴滲入內(nèi)部,使深部黃土含水率顯著增加,降低黃土物理力學(xué)性質(zhì),引起地表坍陷,地表裂縫擴(kuò)展,造成塌方,因此對已形成的裂縫采用注漿或回填灰土的方法進(jìn)行及時(shí)封閉。

2)前方封堵,后方加固,對塌方區(qū)形成圍合,是防止塌方惡化的有效方法。隧道塌方后,不要輕易去清除塌方渣體,應(yīng)先待塌方體相對穩(wěn)定后,對塌方體表面進(jìn)行噴混凝土封閉,防止塌方體滑移,然后再加固未塌方地段,防止塌方范圍擴(kuò)大,最后向塌方體注漿加固為后序開挖做好準(zhǔn)備。

3)處理塌方采用“管超前、嚴(yán)注漿、快開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的施工原則,盡可能避免再次塌方發(fā)生。從監(jiān)控量測及地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果來看,本次隧道塌方段處理完畢后,沒有發(fā)生任何變形、下沉、開裂等病害,該處理方案是安全、可靠的。

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[5]TZ 204-2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

On technical scheme for collapse treatm ent of Gaoyangpo tunnel

JIA Liang

Combining with the inside collapse in the constructing period of Gaoyangpo tunnel p rojectalong the special line of some railway,the paper analyzes themechanism and reasons for the tunnel collapses fully,points out the treatment scheme accordingly,undertakes the internal and external supervision andmeasurement of the collapse section caveafter the treatment,and proves the treatmentscheme of the tunnel collapse is reasonable and feasib le according to the analysis of the data resu lts of the supervision and measurement.

tunnel collapse,surrounding rock,mechanism,treatment scheme

U 458.3

A

1009-6825(2011)03-0175-02

2010-10-20

賈 亮(1981-),男,助理工程師,中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院,山西 太原 030009