某隧道塌方段施工處理

PAGEPAGE8某隧道塌方段施工處理1工程概況某隧道為分離式隧道，長1714m（左洞長1728m，右洞長1700m），是某高速公路的主要控制性工程之一。設(shè)計凈空為12.52m×5m，曲墻復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。按新奧法施工，進出口段采用大管棚、超前小導(dǎo)管、型鋼支撐或超前錨桿、鋼格柵拱架成洞。隧道特點：(1)、場區(qū)為丘陵地貌，山坡坡度約10～30°，植被較發(fā)育。中部山脊走向近南北向。未見崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。(2)、隧道巖層走向與隧道軸線大角度相交，間有斷裂及向斜構(gòu)造分布，巖層層理、裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生坍塌和掉塊。(3)、隧道進出口段約ZK27+273～ZK27+687.5及ZK28+719～ZK29+014；YK27+265～YK27+644及YK28+752～YK28+970段見風(fēng)化凹槽，地層巖性為砂土狀及碎塊狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大，地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道水量豐富估算涌水量約達2673m3。洞室埋深淺，大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。側(cè)壁易失穩(wěn)，拱部無支護時易產(chǎn)生坍塌。(4)、隧道地下水主要風(fēng)化層孔隙裂隙水和基巖裂隙水，受大氣降水及地下水側(cè)向補給，水量貧乏，但隧道中部的構(gòu)造斷裂帶位于小山谷旁，富水性較好?？辈炱陂g對鉆孔進行穩(wěn)定水位恢復(fù)觀測，未見涌水等地下水發(fā)育跡象，但隧道大部分穿行于粉砂巖、泥巖區(qū)，層理裂隙發(fā)育，且本隧道發(fā)育有多條斷裂帶，為潛在的良好透水帶。圖一2隧道塌方情況圖一某隧道平均長1714m(里程樁號為ZK27+277～ZK29+005，YK27+270～YK28+970)，進出口結(jié)合大管棚、超前小導(dǎo)管、型鋼支撐或超前錨桿、鋼格柵拱架成洞。Ⅴ級圍巖采用機械配合人工進行挖掘，Ⅳ～Ⅲ級圍巖施工均采用光面爆破技術(shù)。2007年11月26日，某隧道開挖到ZK28+810、YK28+831掌子面，隧道坍塌冒頂（見圖1），塌方高達到36m，塌方范圍為ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。2007年11月28日，參建四方代表在現(xiàn)場確定采取超前中管棚進行預(yù)支護處理方案：增加超前中管棚進行預(yù)支護，穩(wěn)定圍巖，加固塌方體，把空洞處理后再開挖掌子面。3隧道塌方原因分析經(jīng)過對塌方現(xiàn)場進行了調(diào)查分析，認(rèn)為導(dǎo)致隧道塌方原因為：3.1對新奧法理論認(rèn)識不足新奧法理論要點：(1)、隧道的開挖盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護作用；(2)、根據(jù)圍巖特征，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙?zhí)峁┲ёo類型和參數(shù)，及時施作密貼于圍巖的柔性支護如鋼拱架，噴射混凝土和錨桿等，做好注漿工作，以控制圍巖的變形和松弛；(3)、在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發(fā)揮支護體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定性；(4)、在軟弱圍巖中，二次襯砌緊跟掌子面，使圍巖和支護結(jié)構(gòu)形成一個整體，從而提高了支護體系的安全度；(5)、通過對圍巖和支護結(jié)構(gòu)進行動態(tài)觀測，合理調(diào)整開挖步序和初支參數(shù)。某隧道實際施工中沒有很好的以新奧法理論為指導(dǎo),監(jiān)控量測工作不到位。未按規(guī)定進行量測,信息反饋不及時,導(dǎo)致決策失誤,措施不力而造成塌方的現(xiàn)象。3.2不良地質(zhì)及地下水影響造成的塌方地層巖性為砂土狀及碎塊狀強風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大，地層滲透系數(shù)大，屬強過水通道水量豐富估算涌水量約達2673m3。水滲入圍巖，使軟化系數(shù)大的巖石強度降低，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強度減小，導(dǎo)致塌方。洞室埋深淺，大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。塌方處地表個人工采土開挖遺留的坑槽，開挖范圍較大，未采取防護措施。3.3采用施工方法和措施不當(dāng)(1)、雖然采用雙側(cè)壁施工，但側(cè)壁位置不當(dāng)，致使左右導(dǎo)洞過與“狹窄”；施工支護不及時；圍巖暴露過久，產(chǎn)生過度位移引起圍巖松動、破壞；侵限地段鋼支撐抽換操作不當(dāng)且進展緩慢，致使二襯施工滯后，忽略了圍巖的變形規(guī)律，圍巖的變形同時具有連續(xù)變形和突然變形的特征。當(dāng)開挖距離小于隧道開挖寬度時,圍巖兩端由于受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后的受震動影響的突然變形,而且在這個距離范圍內(nèi)由于襯砌和開挖面支承的"空間效應(yīng)"的影響，即使初期支護抗力不足圍巖滑移力亦不至于失穩(wěn)，當(dāng)這個距離為1.5～3倍開挖寬度時，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護抗力小于滑移力的問題即刻暴露出來，圍巖急劇變形，極易引起塌方。(2)、施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，施工管理不到位，質(zhì)量意識，安全意識不強也是造成塌方的重要原因，施工中存在較多質(zhì)量問題：錨桿長度不足；錨桿砂漿不飽滿，強度尤其早期強度不足；噴砼強度、厚度達不到設(shè)計要求；鋼支撐未完全由噴射砼包圍密實或鋼支撐與圍巖之間存在空隙；鋼支撐未置于穩(wěn)定堅固的基礎(chǔ)上，未按照施工要求進行2根3.5m長注漿小導(dǎo)管鎖腳。以上問題直接造成支護抗力未達到設(shè)計要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩而導(dǎo)致塌方。4隧道塌方處理2007年11月26日，塌方事故發(fā)生后，及時對塌方體進行處理，對塌方體表面噴一層20cm厚的C25早強混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，然后進行超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護加固，穩(wěn)定圍巖。塌方范圍從ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。針對現(xiàn)場塌方的實際情況，對受塌方影響的初期襯砌裂縫地段進行加固，并及時施作二次襯砌。對塌方體進行加固處理，對地表進行封閉。4.1開裂、侵限段落的加固處理塌方事故直接影響初期支護拱體長達7～19m，拱頂初期支護下沉變形較大，出現(xiàn)多條較大裂縫。為了防止塌方范圍繼續(xù)擴大，以及防止前端的初期襯砌支護下沉變形加大，對初期襯砌裂縫地段采取了如下加固措施：(1)、對樁號ZK28+818～ZK28+837，YK28+848～YK28+855的初期支護，拱部增設(shè)徑向∮50×5mm小導(dǎo)管，呈梅花型布置，間距為100㎝×100㎝。施工后及時注漿以加固圍巖，防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進一步擴展。通過監(jiān)控量測結(jié)果可以看出小導(dǎo)管注漿后圍巖變形減少，達到了預(yù)期的效果。(2)、先對每榀型鋼拱腳底部每側(cè)各施打向下45°的2根3.5m長注漿小導(dǎo)管鎖腳，然后用工字鋼做臨時支撐，工字鋼(或槽鋼)做底梁。待鋼支撐施工完畢后，設(shè)水平橫向支撐形成環(huán)，工字鋼用∮25鋼筋縱向連接，環(huán)向間距為1.0m。工字鋼按70cm間距安裝，加設(shè)楔形木墊于噴射混凝土與型鋼之間塞縫。(3)、未塌方段由于受到塌方體的影響，緊鄰塌方體10m范圍的周壁圍巖發(fā)生較大變形，嚴(yán)重侵占了二次襯砌5～10cm的空間，最薄處只有40cm厚。為了確保二襯尺寸，對侵限地段已經(jīng)施工完畢的工字鋼支撐進行了抽換。抽換采取間隔抽換，型鋼更換后，對侵入二襯范圍的噴射砼進行鑿除；滿足設(shè)計初支厚度后進行重新補噴。然后再進行二襯的正常施工。4.2塌方整治總體方案塌方體圍巖結(jié)構(gòu)屬于V級圍巖，塌方體厚度為8～17m，高度為36m（不含隧道高度，見圖1），塌方空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排水和保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝過程進行塌方體處理。4.2.1加強對塌方體的監(jiān)控量測對洞周、塌方范圍進行定時、定位的觀測，隨時掌握塌方體動向，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行回歸分析，以便對圍巖穩(wěn)定進行分析，修正和完善搶險方案。4.2.2洞內(nèi)塌方影響段處理(1)、對塌方體表面噴一層20cm厚的C25早強混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。在塌方體下部打入∮50×5mm鋼花管，以利塌方體內(nèi)排水工作。(2)、在塌方影響段內(nèi)施做∮89×6mm超前注漿鋼花管，環(huán)向、縱向間距分別為50cm和100cm，扇形布置，外插角為15°、30°、45°，長度為18m。(3)、待塌方體注漿固結(jié)強度及超前支護強度達到設(shè)計要求后，方可對塌方段進行開挖。嚴(yán)格采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，必要時加上下臺階法進行掘進，逐段清理塌方體并開挖到設(shè)計輪廓線后，隨即噴射5cm混凝土，架設(shè)22a工字鋼支撐（間距為50cm）。并用注漿小導(dǎo)管鎖腳（每處施做兩根3.5m長∮50×5mm小導(dǎo)管），必要時可施工臨時仰拱（現(xiàn)澆20cm厚C20砼）。鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位。(4)、初期支護采用∮50×5mm小導(dǎo)管（長為5m，外插角為60°），小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距皆為1m和掛網(wǎng)噴C25砼（厚30㎝），22a工字鋼支撐（間距為50cm）。(5)、二次襯砌比原設(shè)計有較大加強，厚度按60㎝施做，混凝土標(biāo)號采用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑采用∮25mm，間距為10㎝。(6)、注漿：為了保證水泥漿液在土體中一定范圍內(nèi)擴散，注漿材料采用C30細(xì)粒水泥漿，注漿壓力為3.0MPa。施工時注漿量根據(jù)現(xiàn)場試驗進行確定。注漿時先拱墻，后拱部，并采用隔孔注漿方式。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿15min以上；注漿量一般為20～30L/min以下。(7)、初期支護完成后，仰拱緊跟施作，盡快形成初支閉合環(huán)，并要求二襯襯砌緊跟，使塌方體變形小并保證塌方體穩(wěn)定。側(cè)壁臨時支護拆卸前必須對注漿過的圍巖鉆孔取芯，通過檢測注漿效果，若注漿效果達不到要求，須重新補注加固。4.2.3洞頂?shù)乇硖幚砬捌谝呀?jīng)對地表進行過注漿處理，故本次處理較為簡單。(1)、修筑洞頂塌陷坑周邊的截排水溝，以阻止地表水繼續(xù)向塌方區(qū)匯集。(2)、在山體周邊表面裂縫填灌C20水泥漿（上邊大裂縫可用粘土填筑，表面再用水泥砂漿隔水），回填地表凹陷并夯實清楚，在其上噴一層厚20㎝的C20早強混凝土將塌方體封閉，保持地表塌方體的穩(wěn)定。4.3塌方處理的施工要求(1)、監(jiān)控量測要求，先期監(jiān)控頻率每班監(jiān)控1次，待變形基本控制住后可1次/天，及時向業(yè)代處和總監(jiān)辦匯報監(jiān)控結(jié)果。(2)、遇到突發(fā)事件，立即采取應(yīng)急處理措施。在施工過程中，應(yīng)確保施工安全，采用3班工作制，安全員應(yīng)隨時注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離。應(yīng)加快處理速度，以盡量減少裂縫發(fā)展。5結(jié)論通過某隧道塌方的處理得到以下體會：(1)、加強在隧道施工中實踐中對新奧法原理的理解和實施?！霸O(shè)計―施工―量測―設(shè)計”是新奧法的根本所在，屬動態(tài)信息管理。加強監(jiān)控量測工作，按規(guī)定進行量測，科學(xué)分析，信息及時反饋，指導(dǎo)工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ級的圍巖施工中，該項工作顯得更為重要。(2)、在Ⅴ、Ⅳ級軟弱圍巖含水地段開挖施工中，應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進尺,弱爆破,緊支護,勤量測”的指導(dǎo)方針。實踐證明，及時支護并初噴4cm厚砼封閉的施工工序至關(guān)重要，可避免隧道開挖后圍巖暴露過久極易產(chǎn)生風(fēng)化作用而降低其強度和穩(wěn)定性，使支護和圍巖作為一個統(tǒng)一的整體共同工作，降低塌方事故發(fā)生的可能性。(3)、公路軟弱圍巖段隧道施工必須早封閉成環(huán)及緊跟二次襯砌，使其與初期襯砌共同參與受力。避免初期支護被壓垮，導(dǎo)致隧道塌方。(4)、隧道塌方后，必須迅速、及時的處理現(xiàn)場塌方，科