閻家村某隧道塌方冒頂處理技術(shù)

xx隧道塌方冒頂處理技術(shù)1、工程概況xx鐵路xx隧道地處黃土塬、梁地貌，地表植被一般，第四系覆蓋層較厚，地勢陡峭，地形起伏較大，地面高程652.34～816.40，相對高差約164.06米，最大埋深為153米，隧道全長2686m，一般標(biāo)準(zhǔn)斷面為116.4m2/延米，屬于長大隧道。隧道區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造特征，局部有小的構(gòu)造特征。隧道范圍內(nèi)涉及地層主要為第四系上更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土，三疊系中統(tǒng)砂巖夾頁巖。隧道地下水的類型為基巖裂隙水為主，地下水位受大氣降水補(bǔ)給和季節(jié)變化影響較大。2、塌方段工程設(shè)計情況與地質(zhì)特點(diǎn)xx隧道DK664+298—DK664+403段原設(shè)計為Ⅲ級圍巖，支護(hù)措施為拱部1200范圍內(nèi)設(shè)25×25cm間距的φ6鋼筋網(wǎng)片與L=2.5m的Φ22砂漿錨桿，襯砌參數(shù)為35cm厚的C30混凝土結(jié)構(gòu)；地表埋深較淺，經(jīng)過地表勘測最小埋深在19.65米左右。原設(shè)計地質(zhì)情況為三疊系中統(tǒng)強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁巖，并夾黏質(zhì)黃土，但主要以水平構(gòu)造的砂巖夾頁巖為主。該段隧道處于一自然沖溝底部（見圖1沖溝平面示意與圖2斷面示意）。從地表揭示的地質(zhì)情況顯示，在DK664+318處明顯有一道黏質(zhì)黃土把水平構(gòu)造的砂巖截斷，該處地表特征經(jīng)過隧道開挖揭示出正處于與隧道右側(cè)拱腰斜切位置。圖1xx隧道出口沖溝平面示意圖圖2xx隧道出口沖溝斷面示意圖3、隧道坍塌情況及原因分析3.1塌方情況描述xx隧道該段施工過程中共發(fā)生2次塌方：其中2008年6月23日xx隧道出口開挖里程至DK664+302，現(xiàn)場勘測發(fā)現(xiàn)DK664+302-306段線路右側(cè)拱部出現(xiàn)寬4.0-4.5m泥巖夾土層破碎帶，破碎帶與隧道中線夾角約為60°，泥巖為紅褐色，土夾層為白色，伴有裂隙水流出，水量較大；破碎帶遇水軟化，當(dāng)開挖至DK664+298處時，隧道DK664+302右側(cè)拱腰處發(fā)生小面積垮塌，塌口是一個不到1m2的小口。針對這次坍塌我單位于2008年6月25日，請業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位進(jìn)行現(xiàn)場勘測研究決定，采取如下措施進(jìn)行加固處理：DK664+321～DK664+311段拱墻設(shè)1.0m/榀I16型臨時鋼架，按1.0×1.0m梅花型間距施工系統(tǒng)錨桿，鋼架與圍巖間隙處每隔2m用鋼楔楔緊，并采用網(wǎng)噴回填密實(shí)。DK664+311～DK664+298段按Ⅳ級加強(qiáng)復(fù)合式襯砌施工（襯砌混凝土由原先的35cm素混凝土調(diào)整為45cm鋼筋混凝土），I16型鋼鋼架間距加密為0.8m/榀。DK664+305～DK664+298塌方段塌腔采用厚50cm混凝土護(hù)拱支擋，超挖部分采用C30砼回填密實(shí)。我部在處理方案確定后，積極組織搶護(hù)施工。首先對洞內(nèi)塌體進(jìn)行噴錨封閉，并于6月25日至6月28日對DK664+321～DK664+313段拱墻臨時型鋼架架設(shè)完成。但由于這些天外部一直下雨，造成坍方部位裂隙水一直不停流出，導(dǎo)致塌體上方的松散體無法自穩(wěn)，一直坍塌，坍碴下涌至DK664+313，DK664+298～DK664+313洞身全部堵塞，7月5日下午13時20分，塌腔范圍突然擴(kuò)大，坍孔一直坍?dāng)U至DK664+309.4,持續(xù)時間達(dá)87個小時，直至7月9日凌晨5時隧道地表塌陷形成一個面積約為410m2的坍孔，深6—7m左右的大坑，隧道斷面全部堵死（見圖3塌方示意圖），所幸無人傷亡。圖3、xx隧道出口塌方示意圖3.2塌方原因分析為避免因塌方處理不當(dāng)而造成新的損失，在塌方處理前，工程技術(shù)人員對隧道塌方進(jìn)行了客觀條件與主觀條件導(dǎo)致塌方原因的分析。3.2.1地質(zhì)條件差是形成塌方的關(guān)鍵因素塌方段圍巖巖性為砂巖夾頁巖風(fēng)化層，青灰色，泥質(zhì)砂巖為灰色，泥巖為紅褐色，有明顯的后期侵入現(xiàn)象，把砂巖的連續(xù)性切割斷，形成一個4.0—4.5m紅泥巖夾土層破碎帶，該段砂巖節(jié)理較發(fā)育，水平節(jié)理巖體與陡傾角節(jié)理相互切割、破碎，圍巖整體性差，紅泥巖夾土層破碎帶構(gòu)成的軟弱結(jié)構(gòu)面，該結(jié)構(gòu)面對本次塌方起關(guān)鍵因素。3.2.2長期下雨是塌方的誘導(dǎo)因素該段圍巖為砂巖夾頁巖風(fēng)化層，青灰色，泥質(zhì)砂巖為灰色，泥巖為紅褐色，伴有裂隙水流出，水量較大；夾層遇水膨脹軟化，易造成大面積垮塌。地表為中厚層水平風(fēng)化砂巖與薄層水平風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)砂巖軟弱帶，遇水軟化。泥質(zhì)砂巖向隧道小里程方向斜傾，經(jīng)雨水誘發(fā)，無法形成自穩(wěn)條件，圍巖受地雨水作用由局部失穩(wěn)發(fā)展到整體失穩(wěn)、破壞導(dǎo)致不斷出現(xiàn)坍塌，最終隧道塌方冒頂。3.2.3施工爆破震動影響為大面積的塌方創(chuàng)造條件在沒有塌方前進(jìn)行一次噴錨支護(hù)的條件下，由于該段圍巖的級別較弱，設(shè)計支護(hù)措施按照Ⅲ級支護(hù)明顯有不足之處，而隧道繼續(xù)施工時的爆破震動使得本就破碎的巖體強(qiáng)度進(jìn)一步降低，塌方體抗剪強(qiáng)度低于其自重下滑力，為形成大面積的塌方創(chuàng)造了條件。4、塌方處理方案的比選塌方事故發(fā)生后，各方對事故的處理提出各自的方案，歸結(jié)有以下二種：4.1小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)法：該方法主要采用注漿小導(dǎo)管，對塌方體進(jìn)行預(yù)支護(hù)。采用短進(jìn)尺、分階段開挖，對塌方體的支護(hù)做到隨挖隨支。此方案充分考慮了隧道的工程地質(zhì)條件與施工技術(shù)條件，充分發(fā)揮了注漿法和小導(dǎo)管法的優(yōu)點(diǎn)。但導(dǎo)管和注漿的施工必須達(dá)到預(yù)期效果，即形成一個能支撐上面松散巖石的殼體。4.2塌坑注漿法。該方法是利用地表塌坑向塌方體注漿加固，再進(jìn)行塌方體的開挖施工。但此方法代價太高，質(zhì)量不易控制。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩個方面的比較，認(rèn)為采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)處理坍方在現(xiàn)場可操作性強(qiáng)，方法容易實(shí)行，并且成本核算較為節(jié)約。5、塌方處理方案（小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)法）本方案主要從初期支護(hù)、塌體開挖，洞頂塌陷洞穴處理及二次襯砌的角度進(jìn)行考慮5.1初期支護(hù)措施1）噴射厚10cm強(qiáng)度為C25的噴射混凝土將洞內(nèi)坍碴表面及坍孔封閉；2）洞內(nèi)坍碴采用φ42臨時小導(dǎo)管注漿加固虛碴；3）塌腔內(nèi)采用長度為6m的φ42小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固。注漿孔位間距1.0×1.0m，梅花型布置，漿液為水泥摻1%速凝劑混合漿液；4）DK664+309.4～DK664+297全斷面設(shè)置I20b型鋼拱架，間距50cm/榀，右側(cè)拱架拱腳和墊板處各設(shè)置4根3.5m長的鎖腳錨桿，左側(cè)拱架拱腳和墊板處各設(shè)置2根3.5m長的鎖腳錨桿。拱架連接鋼筋環(huán)向間距0.6米。配合鋼架自右側(cè)上臺階底腳至左側(cè)拱墻150°范圍內(nèi)設(shè)置φ42超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40cm，長度3.5m，縱向0.5m/環(huán)，與鋼架夾角為10～１5°。5.2塌體開挖措施1）每步開挖進(jìn)尺控制在0．5m以內(nèi)，采用I16工字鋼支撐，掛網(wǎng)并噴射混凝土。特別是在隧道右側(cè)要根據(jù)圍巖情況把系統(tǒng)錨桿調(diào)整為鎖腳錨桿，I16工字鋼架間要做好橫向連結(jié)，以使其形成一個整體，防止局部坍塌而造成支架的傾覆。在開挖DK664+309-302塌口位置時，每榀鋼架在施工鎖腳錨桿的同時還要打入長度3.5m長的4根鎖腳錨桿進(jìn)行加強(qiáng)，并將錨桿與鋼拱架焊接在一起。2）對洞內(nèi)已固結(jié)的坍碴進(jìn)行清理時，遵循先兩邊再中間先左側(cè)再右側(cè)的作業(yè)順序。5.3洞頂塌陷洞穴處理措施1）沿塌穴四周開挖水溝并用5號水泥砂漿抹面，防止地表水流入塌穴；同時用砂漿封閉山體裂隙，防止地表水滲入山體。并對坍孔下陷暴露巖體噴射C25混凝土封閉。2）待襯砌完成，強(qiáng)度達(dá)到100%后，對地表塌孔3m范圍內(nèi)采用三七灰土進(jìn)行夯填，塌腔范圍內(nèi)采用黃土進(jìn)行回填，并高出地表一定高度。3）經(jīng)過一個雨季，地表沉降基本穩(wěn)定后，在塌體表面漿砌片石以利排水。5.4永久襯砌的參數(shù)變更襯砌參數(shù)由設(shè)計的45cmⅣ級圍巖復(fù)合襯砌形式變更為50cmⅤ級圍巖加強(qiáng)式復(fù)合襯砌形式。6、塌方段施工要點(diǎn)6.1在塌體穩(wěn)定后先對隧道全斷面噴C20混凝土加固，洞內(nèi)坍碴采用φ42臨時小導(dǎo)管注漿加固虛碴，對靠近塌方體外側(cè)8-10m長進(jìn)行全斷面工字鋼116臨時加固以免塌方區(qū)域繼續(xù)向外側(cè)擴(kuò)展。6.2沿拱部及邊墻設(shè)置注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，第一循環(huán)施作時，從破壞里程后退1.Om沿支護(hù)輪廓線，以10—150外插角打入，確保導(dǎo)管同第一榀工字鋼架連接良好。其余循環(huán)沿工字鋼架外輪廓打入。6.3采用挖掘機(jī)開挖，輔以弱爆破和風(fēng)鎬鑿除，上弧導(dǎo)開挖時，不能損壞核心土，確保掌子面穩(wěn)定。6.4安排人員24小時洞內(nèi)外警戒值班，預(yù)防突發(fā)事件發(fā)生。7、塌方處理效果評價7.1為了保證塌方處理能順利安全進(jìn)行，隨著塌方體的掘進(jìn)，在塌方段內(nèi)每5米設(shè)置一個斷面分別進(jìn)行圍巖收斂、拱頂下沉和拱頂壓力的連續(xù)監(jiān)測，通過觀測數(shù)據(jù)來及時掌握塌方體受力和變形的發(fā)展。根據(jù)不間斷的監(jiān)測結(jié)果表明，在整個處理過程中，圍巖沒有發(fā)生較大的位移，同時鋼拱架的受力也在控制范圍以內(nèi)。7.2根據(jù)對完成后的隧道襯砌變形觀測情況，原塌方段永久襯砌未發(fā)現(xiàn)任何異常。從本塌方段以上的處理結(jié)果看，處理是比較成功的。8、塌方段施工的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)8.1隧道需要及時做好超前地質(zhì)預(yù)報工作。尤其是施工開挖接近設(shè)計探明的富水、富泥、沖溝及斷層破碎帶時，要認(rèn)真及時地分析和觀察開挖工作面巖性變化，遇有圍巖整體性變差現(xiàn)象，要及時改變施工方案。8.2隧道必須按照規(guī)范的要求進(jìn)行圍巖量測工作。通過對