大橋頭隧道滑塌處理技術(shù)
2017-08-21 
   

   1.引言

   黃山至祁門高速公路大橋頭隧道洞身穿越地層主要為元古界薊縣紀(jì)木坑組(Ptm)淺變質(zhì)板巖區(qū)域,該區(qū)域位于安徽省祁門縣境內(nèi),屬低山丘陵區(qū),地勢起伏相對較大,植被發(fā)育,地下水豐富,構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,地質(zhì)構(gòu)造特殊,淺埋部位板巖受構(gòu)造活動影響巖體極為破碎,隧道開挖后圍巖穩(wěn)定性極差,圍巖遇水后發(fā)生崩解、塑變,嚴(yán)重影響施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度,隧道施工過程中具有發(fā)生滑塌的危險(xiǎn)性,該隧道施工至ZK85+713時(shí)發(fā)生了較大規(guī)模的滑塌。由于皖南地區(qū)大部分為板巖地質(zhì),本隧道地質(zhì)構(gòu)造具有一定的代表性,結(jié)合大橋頭隧道滑塌處理,探討淺變質(zhì)板巖隧道施工及滑塌處理技術(shù),也為類似工程提供借鑒。

   2.滑塌過程及原因分析

   2.1.滑塌過程

   ZK85+636~ZK85+775段長139m,原設(shè)計(jì)為Ⅲ級板巖,SⅢ型支護(hù)形式。ZK85+636~ZK85+656變更為SⅣ-3型支護(hù)形式進(jìn)行施工,2010年4月12日該段施工完成后,掌子面圍巖仍未好轉(zhuǎn),且出現(xiàn)大面積的灰白色角礫巖,巖體松散破碎,強(qiáng)度極低,遇水后掉塊嚴(yán)重,拱頂右側(cè)出現(xiàn)滑塌,形成塌腔,按SⅤ(X)支護(hù)形式進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),拱頂出現(xiàn)水平狀構(gòu)造帶,經(jīng)過現(xiàn)場勘查討論決定ZK85+656~ZK85+676段變更按SⅤ(X)型支護(hù)形式進(jìn)行施工,ZK85+676~ZK85+713段開挖揭露圍巖與設(shè)計(jì)Ⅲ級相符,按設(shè)計(jì)施工。

   2010年5月12日上午10點(diǎn),大橋頭隧道左線掌子面在開挖完成,準(zhǔn)備出渣過程時(shí),掌子面拱頂左側(cè)出現(xiàn)滑塌,滑塌里程ZK85+713左右,塌腔外露長度8m左右,最大高度6.5m,塌腔向掌子面大里程方向延伸較深,深度約有7m左右,高度不明,滑塌引起ZK85+690~705段拱頂邊墻初期支護(hù)出現(xiàn)局部開裂、掉塊現(xiàn)象?;w巖石為薄層(2-3cm)小碎塊狀。11點(diǎn)30分左右隧道開始出現(xiàn)整體滑塌,滑塌先從右側(cè)拱腰到拱頂部位出現(xiàn)掉塊,拱頂左側(cè)隨后也開始出現(xiàn)掉塊,這次滑塌至里程ZK85+692,滑塌長度13m?;w將整個(gè)滑塌里程段隧道凈空完全封閉。中午12:30滑塌面繼續(xù)向洞口方向延伸,滑塌情況和11點(diǎn)30分情況類似,這次滑塌至里程ZK85+676處(初期支護(hù)拱架段),塌體將該處兩榀拱架撕裂,滑塌距離原開挖掌子面ZK85+713處已經(jīng)達(dá)到37m。12點(diǎn)30分后,滑塌段上方掉塊仍在繼續(xù),但沒有向洞口延伸,拱頂不間斷的出現(xiàn)掉塊,從掉塊聲音判斷,拱頂滑塌高度在10m以上,拱頂上方為空洞,到2010年13日凌晨4:20滑塌基本停止。該次滑塌引起ZK85+656~676拱架支護(hù)段噴射砼拱部出現(xiàn)開裂,最大裂縫寬度達(dá)1cm。

   初步估算本次滑塌長度39m,滑塌方量計(jì)算:上斷面開挖面積58.04m2,整個(gè)塌體處被填充方量為:58.04×39=2263.6m3,隧道拱頂上發(fā)預(yù)計(jì)滑塌方量為1500m3,預(yù)計(jì)總計(jì)滑塌方量為:3763.6m3。

   2.2.原因分析

   就整體情況來看,坍塌體基本為大塊板巖,最大層厚100cm左右,最大巖塊體積9m3,滑塌所揭露的結(jié)構(gòu)面與巖層結(jié)構(gòu)基本一致,一組走向?yàn)?40°~281°,與隧道走向夾角較小或平行,且傾角較陡,傾角75°~90°,為原生節(jié)理;一組結(jié)構(gòu)面走向與隧道走向夾角為60°~90°,傾角傾角70°~83°,為次生節(jié)理;另一組結(jié)構(gòu)面近似水平,為次生構(gòu)造,結(jié)構(gòu)面表面平整光滑,有絲絹光澤,與設(shè)計(jì)Ⅲ級圍巖相符。

   隧道拱頂上方水平狀構(gòu)造帶,傾向于洞口方向,掌子面前方存在有傾向洞口方向的結(jié)構(gòu)面,掌子面第一次滑塌體圍巖破碎,呈薄層狀,強(qiáng)度極低,推斷隧道拱頂上方存在斷層破碎帶。該斷層破碎帶在掌子面與隧道拱頂距離較小,開挖后拱頂圍巖已不能自承拱支撐該破碎帶,加上掌子面前方有不利構(gòu)造帶造成隧道左側(cè)拱頂前方形成塌腔。由于上述出現(xiàn)塌腔出現(xiàn),圍巖走向與隧道軸線夾角較小,塌腔出現(xiàn)后應(yīng)力從新分布、集中,同時(shí)滑塌段施工時(shí)恰好是雨季,過量的地表雨水沿山體節(jié)理裂隙滲透到圍巖中,破壞了圍巖自身的穩(wěn)定造成連續(xù)滑塌。

   3、 滑塌處理技術(shù)方案

   根據(jù)本次滑塌面積大、塌腔高、掉塊大且速度快的特點(diǎn),采取按不同部位(加固段、滑塌段、過渡段)分段處理的方案。處理的總體思路是:后加固→封閉塌體施作止?jié){墻→全斷面注漿固結(jié)滑塌體→等注漿固結(jié)達(dá)到一定強(qiáng)度后正洞開挖支護(hù)→進(jìn)行下循環(huán)施工→拱頂塌空區(qū)回填處理→二次襯砌施工。

   3.1加固段施工

   對已初支的未滑塌段ZK85+661-ZK85+676加固。該段在原變更為SⅤ(X)初期支護(hù)的基礎(chǔ)上,加設(shè)一排I20a工字鋼拱架,拱架間距80cm,用φ22鋼筋將新老鋼拱架焊接成整體,噴射平均10cm厚C25混凝土,將拱架與原初期支護(hù)封閉,形成整體。在全斷面范圍采用長5m,φ42×4mm注漿小導(dǎo)管對圍巖進(jìn)行注漿加固;小導(dǎo)管縱向間距1m,環(huán)向間距50cm,梅花形布置,小導(dǎo)管端部與鋼拱架焊接成整體,以防止滑塌繼續(xù)向洞口方向發(fā)展,同時(shí)也為后續(xù)滑塌體的處理提供安全作業(yè)區(qū)段。

   3.2 止?jié){墻施工

   首先對ZK85+676滑塌體進(jìn)行初噴20cm厚C25混凝土封閉,封閉后在滑塌體外側(cè)堆碼砂袋,砂袋分層堆碼密實(shí),在端部用砂袋堆碼3m厚的止?jié){墻,砂袋外側(cè)掛φ6.5,15×15cm的鋼筋網(wǎng),在外面噴射30cm厚噴混凝土封閉,采用小導(dǎo)管對砂袋注漿加固,形成止?jié){墻。

   3.3 滑塌體加固施工

   滑體段(ZK85+676~ZK85+713,37m)采用6-9m長的小導(dǎo)管進(jìn)行全斷面注雙液漿加固,每循環(huán)固結(jié)長度按5m進(jìn)行施工,漿液采用體積比為1:1的水泥漿-水玻璃雙液漿,水泥漿水灰比為0.8-1:1,注漿壓力控制在2Mpa以內(nèi),最外圈小導(dǎo)管外插角為30°,小導(dǎo)管與鋼拱架焊接成整體,待漿液凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行掘進(jìn)施工。

   3.4.滑塌體開挖支護(hù)施工

   滑塌體掘進(jìn)按V級圍巖開挖,開挖采用環(huán)形預(yù)留核心土法進(jìn)行,預(yù)留15 cm沉降量,開挖進(jìn)尺控制在0.5-0.6m,并及時(shí)施做初期支護(hù)封閉。預(yù)留核心土環(huán)形開挖(圖1);

   進(jìn)入滑塌體后,嚴(yán)格按“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測”的要求掘進(jìn),每開挖、支護(hù)完成3m預(yù)留2m作為下循環(huán)注漿止?jié){墻。

   初期支護(hù)參數(shù):拱架采用I22b工字鋼,間距50cm,中臺階設(shè)置臨時(shí)仰拱,封閉成環(huán),φ25中空錨桿采用L=4.5m,環(huán)、縱向間距100×50cm,φ6.5鋼筋網(wǎng)采用雙層,網(wǎng)格間距15cm×15cm,C25噴射砼厚度28cm。支護(hù)時(shí)拱架連接筋焊接牢固,拱腳下安設(shè)槽鋼,確保拱架穩(wěn)定,防止拱架下沉,在每榀拱架兩側(cè)拱腳處各設(shè)2根鎖腳小導(dǎo)管,鎖腳小導(dǎo)管采取φ42,L=4.5m無縫鋼管。

   3.5.塌腔處理

   塌腔段每支護(hù)5m在拱頂預(yù)埋φ130鋼管,泵送C25混凝土將塌腔回填密實(shí)。

   3.6二次襯砌施工

   二襯采用80cm厚鋼筋混凝土,(襯砌鋼筋:環(huán)向采用φ25螺紋鋼,縱向采用φ20螺紋鋼,間距20×20cm,箍筋采用φ8光圓鋼筋),以承受滑塌體的重力及圍巖壓力。

   

   4.施工過程及施工工藝

   4.1施工過程

    本次滑塌規(guī)模大,塌體為大塊石,單塊體積最大為9m3,處理難度和施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大,處理時(shí)間長,從處理方案確定到開挖初支施工結(jié)束歷時(shí)4個(gè)月,整體處理流程為:滑塌體觀測→確定處理方案→施工準(zhǔn)備→后加固施工→堆碼沙袋施工止?jié){墻→滑塌段注漿加固→中臺階開挖支護(hù)→拱頂塌腔泵送混凝土回填→臨時(shí)仰拱施工→下臺階開挖支護(hù)→仰拱施工→襯砌施工,滑塌段專項(xiàng)監(jiān)控量測貫穿整個(gè)處理過程。

   4.2關(guān)鍵施工工藝

   4.2.1止?jié){墻施工

   由于本次滑塌一直延伸到(ZK85+676)有拱架地段,并將右側(cè)兩榀格柵拱架撕裂,碴體將拱架前方空間完全封堵,為確保止?jié){墻施工安全首先對ZK85+676滑塌體進(jìn)行初噴20cm厚C25混凝土封閉,封閉后在滑塌體外側(cè)堆碼砂袋,砂袋分層交錯(cuò)堆碼密實(shí),堆碼厚度為3m,砂袋外側(cè)掛φ6.5,15×15cm的鋼筋網(wǎng),在外面噴射30cm厚噴混凝土封閉,采用小導(dǎo)管對砂袋注漿加固,形成止?jié){墻。采用沙袋堆碼形成的止?jié){墻有助于后續(xù)開挖直接采用挖掘機(jī)直接挖出,減少爆破對塌體的震動,減小安全隱患,避免二次滑塌。

   4.2.2注漿施工

   結(jié)合以往隧道滑塌處理經(jīng)驗(yàn)及本隧道塌體為大塊石、施工處理期為雨季,圍巖裂隙水豐富的特點(diǎn),為確保注漿固結(jié)效果,縮短漿液凝固時(shí)間,減小漿液流失,最大效率發(fā)揮漿液漿固結(jié)作用,滑塌段注漿采用體積比為1:1的水泥-水玻璃雙液漿,為確保漿液沿隧道縱向及徑向擴(kuò)散,采用φ42花鋼管作為注漿載體,外圈導(dǎo)管長9m,外插角為30°內(nèi)圈導(dǎo)管長度為6m,理論固結(jié)區(qū)域不小于開挖輪廓線外4.5m范圍。在注漿壓力的作用下使雙液漿滲入到孔隙、裂隙中,將破碎圍巖、碴體進(jìn)行膠結(jié),形成整體,組成地層自承拱。

   4.2.3開挖初支

   開挖采用分部預(yù)留核心土環(huán)形開挖,主要采用風(fēng)鎬進(jìn)行機(jī)械破碎,減少對塌體的擾動。開挖主要缺點(diǎn)是時(shí)間過長,進(jìn)度慢,投入的人力物力較大,優(yōu)點(diǎn)是減少擾動,利用核心土作為施工平臺,充分發(fā)揮注漿后拱部圍巖的自穩(wěn)能力,能確保安全。

   支護(hù)因采用核心土作為施工平臺,操作空間狹小,工人蹲著進(jìn)行作業(yè),效率低下,作業(yè)時(shí)間較長,進(jìn)度慢,需投入大量的人力物力,支護(hù)優(yōu)點(diǎn):開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴砼封閉開挖面,并進(jìn)行觀測穩(wěn)定后再進(jìn)行后續(xù)施工,確保了作業(yè)人員的人身安全,有效避免出現(xiàn)二次滑塌。

   5、結(jié)束語

   該隧道滑塌處理施工難度、施工風(fēng)險(xiǎn)極大,選擇科學(xué)、合理的施工方案和措施是關(guān)鍵,經(jīng)實(shí)際開挖檢查,注漿效果良好,漿體充填飽滿,拱頂5m范圍巖體無空洞,開挖過程順利,沒有出現(xiàn)新的滑塌,實(shí)踐證明:采用該方法處理隧道滑塌安全性好,是成功的,望此文能給類似圍巖的隧道施工有所幫助和借鑒。

   

   

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