二青山隧道塌方處理施工技術(shù)
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摘要:介紹了隧道塌方采用大管棚超前支護注漿和小導(dǎo)管徑向注漿相結(jié)合的方式支撐塌體，確保塌方處理安全的施工技術(shù)，為圍巖破碎、地下水發(fā)育的隧道塌方處理提供了一定的經(jīng)驗和見解。
關(guān)鍵詞:隧道，塌方處理，大管棚，小導(dǎo)管
1工程概況
二青山隧道穿越呂梁山山脈北段，屬中山區(qū)，進口位于嵐縣境內(nèi)，出口位于興縣境內(nèi)，隧道全長15．851km。施工中共設(shè)置4座斜井，均為無軌運輸，斜井總長度5620m，相當(dāng)于正洞長度的35．4%，屬單線特長隧道，是太興鐵路控制工期的工程，二青山隧道初始風(fēng)險等級為“高度”，采?、窦夛L(fēng)險管理。隧道穿越地層除進、出口淺埋段為第四系黃土層外，其余均為太古界、元古界的變質(zhì)巖地層。隧道區(qū)進口段(嵐縣端)為山間黃土盆地，洞身段及出口段為褶皺斷裂中山區(qū)，“V”“U”字形溝谷發(fā)育。
2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件
2．1地形地貌
隧道所穿越的地層有太古界界河口群奧家灘組、呂梁山群赤堅嶺組、五臺期巖漿侵入巖，元古界野雞山群青楊樹彎組、白龍山組，古生界寒武系中統(tǒng)張夏組，新生界第四系下、中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)。測區(qū)構(gòu)造主要受一組走向N25°～35°E向斜控制，即野雞山向斜，形成于前震旦紀。向斜兩翼對稱，向斜軸面近直立，向斜東西兩翼有北北東向伴生壓性斷裂，向斜核部與隧道相交于DK140+220里程，交角55°。
2．2地層巖性
隧道主要穿越的地層巖性有黑云斜長片麻巖、侵入變質(zhì)白色偉晶巖、二云母片巖、變質(zhì)礫巖、長石石英巖、斜長角閃巖、侵入變質(zhì)紅色偉晶巖、黑云斜長片麻巖、花崗巖、變質(zhì)超基性巖、砂質(zhì)黃土等，軟質(zhì)巖與硬質(zhì)巖相間分布，圍巖完整性變化較大。
2．3水文地質(zhì)
根據(jù)各地層的巖性及其組合關(guān)系、地質(zhì)構(gòu)造條件、水理性質(zhì)、地下水賦存條件和水力特征，分為變質(zhì)巖類基巖裂隙水和松散巖類孔隙水兩類。隧道全范圍均屬于弱富水段，隧道正常涌水量32598．59m3/d，最大涌水量約97795．77m3/d。
3塌方情況及原因分析
3．1塌方段基本情況
2012年8月11日凌晨3:30左右，二青山隧道進口DK133+225～DK133+245段拱部及洞身左側(cè)發(fā)生塌方，塌方發(fā)生時掌子面里程為DK133+274，仰拱里程為DK133+240，二襯里程為DK133+208。塌方長度約為20m，塌腔高度約7m，塌方后通過對塌方處地表觀測，地表及溝壑沖溝無變化。
3．2塌方段地質(zhì)情況
該段穿越第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)黃土層，第四系中更新統(tǒng)粘質(zhì)黃土，隧道埋深淺，上覆黃土厚20m～40m，具Ⅱ級自重濕陷性。鉆孔證實黃土下伏基巖頂部有一層厚10m～20m厚的全風(fēng)化層，巖體節(jié)理很發(fā)育，極破碎，呈碎石狀，地表黃土層溝壑發(fā)育。
3．3塌方段施工情況
塌方段落設(shè)計為Ⅴ級圍巖，初支襯砌參數(shù)為:拱部25組合中空錨桿，邊墻22砂漿錨桿，間距1m×1m、長度3．0m、梅花形布置;格柵拱架，間距1m;單層鋼筋網(wǎng)片，環(huán)向8mm、縱向6mm、網(wǎng)格20cm×20cm;噴射混凝土，25cm厚;42超前注漿小導(dǎo)管，長度3．5m、間距40cm;襯砌混凝土，35cm厚。按照三臺階開挖法施工，2012年8月11日凌晨2:00左右，開挖DK133+274掌子面上臺階施工，開挖過程中掌子面圍巖揭示以強風(fēng)化片麻巖、砂礫性碎石土為主，巖體破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，局部部位滲水，初期支護格柵拱架出現(xiàn)開裂?，F(xiàn)場及時組織人員、機械撤出，凌晨3:30左右，DK133+225～DK133+245段拱部及洞身左側(cè)發(fā)生塌方。
3．4原因分析
塌方地段為黃土地貌，由于地表水的侵蝕作用，沖溝發(fā)育，呈“V”字形，該段洞身左側(cè)圍巖整體性較差，風(fēng)化程度高、破碎、地下水發(fā)育，巖體遇水迅速變軟失去承載力，造成左側(cè)拱腳失穩(wěn)繼而導(dǎo)致邊墻局部坍塌，后引起拱部剝落掉塊。隧道左側(cè)地下水發(fā)育與圍巖巖體破碎，遇水后強度迅速降低是造成塌方的主要原因。
4塌方處理方案
4．1總體方案
塌方發(fā)生后，指揮部高度重視，組織監(jiān)理單位、設(shè)計單位、施工單位進行塌方段處理方案研討，同時邀請多位專家參加。針對塌方規(guī)模較大情況，且前方圍巖仍為褐黃色粉沙質(zhì)黏土，土體含水量大，自穩(wěn)能力差，與會各方經(jīng)過分析論證研究后決定，塌方段采用大管棚超前支護注漿加固和小導(dǎo)管徑向注漿相結(jié)合的方式支撐塌體，確保塌方處理安全。首先對DK133+220～DK133+223段未塌方段初支進行加固，避免造成更大的塌方，確保塌方段前初期支護安全。其次施工隧道內(nèi)坍塌體，坍塌體采用108大管棚進行拱部超前注漿加固，邊墻采用Ⅰ20型鋼鋼架，間距0．5m，縱向22mm連接鋼筋，8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200mm×200mm，42小導(dǎo)管徑向注漿，加固處理過程中視坍塌體圍巖狀況考慮是否施工拱部臨時仰拱或第三臺階臨時橫撐，達到穩(wěn)固圍巖的作用。
4．2具體處理方法
1)通過挖掘機配合初噴C20早強混凝土先封閉坍塌體表面，防止塌方體的擴大，初噴厚度不得小于10cm。2)對DK133+220～DK133+223未塌方段初支段采用Ⅰ18工字鋼拱架進行支撐加固，防止坍塌進一步擴大，工字鋼制作弧度根據(jù)測量斷面數(shù)據(jù)確定，安裝間距0．6m/榀，鋼架架設(shè)時，盡量使鋼架緊貼初支表面，空隙處采用木楔塞緊，鋼架縱向采用22鋼筋焊連牢固。3)從洞外運渣對坍塌部位進行回填反壓加固，采用人工和機械相結(jié)合的方法，將袋裝石渣擺放在邊墻上部回填加固。4)拱部采用108超前大管棚進行超前支護，管棚長20m，環(huán)向間距30cm，拱部范圍施作，注漿采用水泥漿，漿液配比為1∶1，注漿壓力為0．5MPa～1MPa。5)邊墻部位采用42注漿小導(dǎo)管徑向注漿，小導(dǎo)管長4m，梅花形布置，環(huán)縱向間距為0．3m×1．2m，采用水泥漿注漿，漿液配比為1∶1，注漿壓力為0．3MPa～0．5MPa。注漿過程中要加強監(jiān)控量測，圍巖趨于不穩(wěn)定或變形較大時應(yīng)停止注漿，初支穩(wěn)定后再進行注漿施工，變形較小時可采用調(diào)整注漿順序的方法確保施工安全。6)塌方體注漿漿液凝固并達到一定強度后，按照三臺階預(yù)留核心土的開挖方法，對塌方體原初支鋼拱架進行更換。從DK133+225開始向坍塌段逐榀更換原初支鋼拱架，新更換的鋼拱架采用Ⅰ20工字鋼，間距0．5m/榀，全斷面設(shè)置，在拱架連接處安設(shè)42mm×3．5mm鎖腳錨管，每次換拱一榀，掘進0．6m。換拱過程中，要逐榀向前推進，需將上、中臺階拱架拱腳擴大，來提高承載力，確保施工安全。7)鋼拱架更換5榀后，及時將仰拱鋼拱架封閉成環(huán)，施作仰拱混凝土及填充混凝土。8)對存在塌腔的部位采用C25混凝土泵送混凝土進行回填，混凝土要分多次壓入，每次澆筑高度不能超過30cm，以免初支混凝土殼開裂，待上一次混凝土終凝后再進行下一次混凝土回填澆筑。若空腔高度較大，可在保證回填混凝土厚度在2m以上后，采用吹砂或粉煤灰作為緩沖層。9)待回填混凝土強度達到設(shè)計強度的80%后再進行下段的拱架置換，如此循環(huán)，直至通過塌方段。
4．3大管棚施工工藝及方法
1)設(shè)計參數(shù)。大管棚設(shè)置在拱部120°范圍內(nèi)，由108mm和壁厚8mm的熱軋無縫鋼管制作而成，每節(jié)長度5m，管棚長20m。管距環(huán)向間距0．3m，傾角外插角1°～3°，可根據(jù)實際情況作調(diào)整。2)搭平臺安裝鉆機。用鋼管腳手架搭設(shè)鉆機平臺，平臺基礎(chǔ)要密實穩(wěn)定，使用全站儀定位將鉆機與已設(shè)定好的孔口管方向平行，使鉆機鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。3)鉆孔及清孔。用全站儀測定鉆孔位置，鉆頭直徑采用127mm，鉆機開鉆時，應(yīng)低速低壓鉆進。產(chǎn)生坍孔、卡鉆時，需補注漿后再鉆。為防止堵孔，用高壓風(fēng)從孔底向孔口清理鉆渣，確?？讖?、孔深達到標(biāo)準(zhǔn)，成孔10m后可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓。4)管棚鋼管安裝。鋼管頭部要制作好絲扣，四周鉆10mm～16mm出漿孔，管頭焊成圓錐形，便于入孔。棚管頂進采用棚管機鉆進的工藝，即用管棚鋼管代替鉆桿的原理頂進，同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不能大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m并達到受力要求。5)管棚注漿。將鋼筋籠安裝好后，用ZJ-400高速制漿機將1∶1水泥漿液注入管棚鋼管。注漿時從管棚底孔兩側(cè)向拱頂順序壓注，先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔，初壓開始0．5MPa～1．0MPa，終壓終端2MPa，持壓15min后停止注漿。
5安全質(zhì)量措施
1)對施工作業(yè)人員強化培訓(xùn)并進行技術(shù)交底，嚴格施工程序與施工工序，初噴拱架要垂直，鋼拱架腳必須立于堅實的基礎(chǔ)上。2)在施工過程中嚴格控制換拱進度，拆除1榀，更換1榀，做到處理好一段施作一段仰拱和一段二襯的原則，確保施工安全。3)管棚鋼管不得侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰鋼管的縱向位置不能相撞和相交，管棚鋼管各管節(jié)連成一體，管箍絲扣結(jié)合部應(yīng)擰緊，保證受力后不脫開。4)注漿施工中，要及時監(jiān)控注漿壓力和注漿量，按照量測數(shù)據(jù)調(diào)整注漿壓力參數(shù)，防止因注漿壓力大，造成變形，影響安全。5)加強對初支的監(jiān)控量測，對坍塌處理段根據(jù)變形情況加密量測斷面，并加大監(jiān)控量測的頻率。6)本段圍巖較為破碎，初期支護、仰拱、二襯緊跟，確保人員、機械安全。
6結(jié)語
二青山隧道塌方采用大管棚超前支護注漿加固和小導(dǎo)管徑向注漿相結(jié)合的方式支撐塌體，在塌體開挖中形成加固圈，達到穩(wěn)固圍巖的作用，是處理隧道大型塌方的有效措施，為圍巖破碎、地下水發(fā)育的隧道塌方處理提供了安全質(zhì)量保證。
參考文獻:
［1］TZ204—2008，鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］．
［2］張俊儒．隧道工程［M］．成都:西南交通大學(xué)出版社，2013．
作者：牛明 單位：山西太興鐵路有限責(zé)任公司