高原地區(qū)隧道進口高陡邊坡治理技術研究

高原地區(qū)隧道進口高陡邊坡治理技術研究

1邊坡及隧道洞頂危巖分布概況鐵路隧道拉薩日喀則鐵路盆的全長為10410米，全長由dk134-763-dk145-173米組成。這是整個線路的最長線隧道，也是整個線路的主要控制工程，于2011年3月正式開始。該隧道進口洞口位于尼木縣高山區(qū),地形陡峻,自然邊坡45°~60°,出露巖性為閃長巖,坡面基巖裸露,植被稀疏。由于巖體受構造及物理風化作用影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,局部基巖凸起、懸空,危巖落石遍布。隧道進口段有一V形泥石流溝谷,洞口位于半坡中間,洞口與谷底高差約60m,邊坡頂部與谷底高差約110m。坡面陡峻,基巖裸露,幾乎無植被覆蓋,山體表面節(jié)理裂隙密布,巖石風化嚴重,有危巖落石分布。在對洞口施工時,洞頂危巖隨時可能滑塌。2012年8月,經建設、設計、監(jiān)理及施工單位聯(lián)合現(xiàn)場勘察,決定對該部位進行治理。該地區(qū)氣候條件惡劣,常年不定時有大風天氣,風力最高可達8級。尤其是施工部位處于風口位置,較其它地方風力更大。6月—8月為雨季,天氣變化無常。如此高度、如此破碎坡面,加之惡劣的氣候條件,給工程施工帶來很大困難,因此要采取工程治理措施,防止發(fā)生滑塌事故。2隧道進口邊坡穩(wěn)定性分析隧道進口線路的走向近EW,根據既有隧道進口邊坡坍塌現(xiàn)狀,結合巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況,隧道進口邊坡的穩(wěn)定性自溝底至山脊縱向可分為4段進行評價。2.1主節(jié)理走向分析該段發(fā)育有2~3組節(jié)理,巖體多切割成塊狀、巨塊狀,巖體完整性好。主節(jié)理走向總體為NE向,傾向N,與線路大角度相交,在縱斷面中反映為傾向山里的一組節(jié)理。自然邊坡近似直立,為溝內水流對沖面,巖體新鮮、完整。本段邊坡穩(wěn)定性好,無需防護。2.2線路兩側基巖巖體失穩(wěn),影響基礎穩(wěn)定性該段巖體發(fā)育4組節(jié)理,其中J2,J4為順坡向節(jié)理,是不利結構面。隧道基底下方是長大節(jié)理J3。在橋臺開挖后,線路右側基巖山體較薄,在爆破、機械振動、附加荷載等綜合因素的影響下,節(jié)理J3易延伸、擴張,導致其上方右側巖體失穩(wěn),同時對橋臺、隧道基礎的穩(wěn)定性造成嚴重威脅。因此,本段坡面巖體在3組不利結構面的共同影響下,對隧道基底、橋臺基礎均構成嚴重威脅。2.3機械擾動作用下的方本段為塌方段落,塌方導致洞頂以上約7m處(高程3812m)為一負地形,其上方巖體凸起、懸空。該塌方體受J1,J2,J4節(jié)理面控制,形成一個菱形砌體,在機械擾動作用下墜落。塌方后形成的基巖在自重、雨水、機械擾動等影響下易墜落,為危巖體,對下部的隧道口、橋臺施工及已建橋墩的安全造成嚴重威脅。2.4抗側坡面為新的危石本段施工中已采取了主動防護網的處理措施,但受塌方體及對其前端懸空巖體的爆破清除、刷方的影響,原本處于穩(wěn)定狀態(tài)的坡面在4組節(jié)理面、巖體自重、雨水等的共同作用下,形成新的危石。3加固近巖體失穩(wěn)邊坡為確保施工、運營安全,對盆因拉隧道進口段洞口采取刷坡,設置錨索、防護網等綜合防護措施防止隧道洞口附近巖體失穩(wěn)。對洞口3769m高程以上(不含隧道洞身部分)邊坡進行加固處理。加固范圍及措施如下:1)洞口以上部分設主動防護網。2)高程3769m~3848m范圍內,清除坡面危石,并對洞口上方及右側部分不穩(wěn)定體進行挖方。3)邊坡設置預應力錨索加固,隧道洞身及橋臺外輪廓線以內不布設。4施工方案施工順序:施工準備→橋墩防護→洞口刷方→搭設支架→錨索施工→主動網防護→現(xiàn)場清理→施工完畢。4.1跨連續(xù)梁結構隧道小里程接中鐵十二局承建施工的澤朗曲大橋,為兩跨連續(xù)梁結構,目前已完成主墩墩身及6#段混凝土澆筑。為保證施工安全,除對橋墩進行必要的防護之外,在洞口危石及削坡爆破作業(yè)中,采用控制爆破措施。4.1.1在爆炸過程中應考慮的因素采用單排淺孔微藥量方法進行爆破,既要控制石渣飛濺方向,又要控制爆破威力,使飛濺的石渣遠離已施工完成的澤朗曲大橋主墩及梁體。4.1.2爆破范圍及計算結果炮眼方向與隧道線路中心呈30°夾角,布置如圖1所示,圖中圓圈內數(shù)字表示所采用導爆管段位。為減小爆破威力,削坡采用多排淺孔爆破方法進行,設計削坡深度為0~10m。為減小爆破影響,根據實際情況分次進行,每次爆破深度不大于1m。爆破參數(shù)計算結果如下:(1)炮眼方向垂直于巖面,炮眼間距為0.7m;(2)排距為0.7m;(3)每循環(huán)爆破鉆孔6×2個,孔徑4.2cm,孔深1m;(4)單孔裝藥量0.2kg;(5)每循環(huán)計劃爆破方量為5m3。4.1.3網片錨固長度炮眼打好后起爆前,在爆破點處覆蓋鋼絲網片以控制爆破時飛濺的石渣,鋼絲網網格間距1cm,覆蓋面積5m×3m,用φ22錨桿對網片4個角進行固定,錨桿錨固長度1.5m。4.1.4節(jié)理的方法也有一定的節(jié)理變形為防止在爆破后對周圍巖體產生擾動,造成巖體順節(jié)理面滑塌,在爆破時采取必要監(jiān)控措施。對于較大節(jié)理,采用在節(jié)理兩側巖體繃細繩的方法,當節(jié)理有較大形變時,細繩崩斷。較小節(jié)理采用貼紙條方法,節(jié)理有較大變形時,紙條崩裂。此時需停止施工作業(yè),施工人員遠離節(jié)理位置,并對節(jié)理進一步觀察,待穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。4.2支架結構計算公式支架搭設如圖2所示?？紤]到盆因拉隧道洞口位置較高,經過方案比選后決定采用半坡支架。這種支架搭設優(yōu)點是不需要從底面開始,從坡面任意位置即可開始搭設。因此,只需要在施工錨索位置搭設支架即可,不但大大節(jié)約了材料、人工、時間,而且支架搭設更加靈活、方便,經濟效益明顯。支架結構計算考慮的主要荷載:(1)腳手架自重(恒載);(2)施工人員、機具、材料重量(恒載);(3)風力(活載);(4)鉆孔時機器反作用力(活載)。任取某一層作為施工平臺進行計算,經過支架結構計算后,認為使用如下參數(shù),既可滿足支架結構穩(wěn)定性要求,又能滿足施工需要。(1)架管使用內徑32mm,壁厚3.5mm普通架管。(2)水平桿間距1.3m,立桿間距1.0m。(3)掃地桿順坡方向布置,距離坡面30cm左右,除了與立桿、水平桿使用扣件有效連接,還使用鎖腳錨桿對掃地桿進行固定。(4)鎖腳錨桿使用ue78822砂漿錨桿垂直于坡面設置,錨固長度2m,間距2m左右,保證每個立桿根部都有鎖腳錨桿固定。(5)工人作業(yè)時,在腳手架上搭設架板作為作業(yè)平臺,架板選用厚度>5cm木板,兩端和支架固定牢固。4.3錨索的制作1)造孔。清理、平整坡面,清除坡面浮石等,以利于框架梁等與坡面自然契合,由測量人員準確定出孔位,用方向架定出錨索(桿)方向,據之調整鉆機位置。鉆孔時鉆具的斜度與定位器定出的斜度一致,在鉆孔過程中經常校正鉆孔方向(每5m一次,用測斜儀校驗,誤差:傾角±0.5°,方位角±1°),鉆孔完畢后用高壓風清孔。錨孔位放線,各方向允許誤差±1cm。2)錨索組裝。先調直,截取鋼絞線,其長度L=L1+L2+L3,其中,L1為鉆孔深度(自墊板承壓面到孔底),m;L2為鋼絞線伸出墊墩承力面外長度(千斤頂安裝張拉所需的預留長度),取1500mm;L3為孔底預留深度,取300mm。截取鋼絞線宜用無齒鋸,盡量避免用氣割。錨固段鋼絞線應做除銹處理,間隔1m安裝擴張環(huán)和緊箍環(huán)使之成節(jié)狀,以增強與砂漿體的結合力,錨固段端頭裝導向尖錐,以利下錨。自由段錨索每1.5m扎一道鐵絲,形成直線形狀,自由段采用除銹、防腐、涂黃油、穿套聚乙烯管,最后在錨索端頭套上導向帽,制作完畢后按孔號編號掛標簽存放。將組裝好的錨索抬至孔位處,清孔,將錨索緩緩插入孔底,注漿管與錨索一起裝入,管口與孔底要保持15~30cm的距離。張拉段鋼絞線應涂防腐劑。3)錨索安放?？變仍儆酶邏猴L清孔一次,然后放入錨索,錨索外套上定位片使錨索居中,應防止錨索扭壓、彎曲。注漿管應隨錨索一同入孔,注漿管頭部距孔底5~10cm。錨索定位止?jié){環(huán)到達孔口時,停止推送,再檢查一遍排氣管是否暢通。4)錨固段注漿:用砂漿攪拌機和注漿泵,采用排氣有壓注漿,砂漿由孔底注入,空氣由錨索孔排出。注漿壓力不小于0.6~0.8MPa。砂漿必須用M40砂漿,中砂過篩,加早強劑,砂漿用攪拌機攪拌均勻,漿液在初凝之前用完,不得混入雜物。注漿到錨固段注滿后即停止,砂漿灌注必須飽滿密實。5)錨墩。墊墩采用C30鋼筋混凝土預制。錨墩面板的關鍵是必須保證其上表面與錨索垂直。錨墩制作各方向允許偏差均為±3cm。先安放好孔口定位鋼管,以保證錨墩與錨孔垂直。6)張拉錨索。在外錨墩墊混凝土、錨孔內灌注砂漿達到70%強度后可進行錨索初張拉。張拉一般分為預張拉、第1次二級張拉、第2次多級張拉、第3次多級張拉。(1)預張拉的目的是為了將鋼絞線由自然狀態(tài)轉入調直、繃緊狀態(tài)。預張拉應力為控制張拉應力值的5%,一般采用小千斤頂張拉。(2)第1次張拉應力值為施加預應力的70%,一般分2次逐級進行,每級穩(wěn)定時間不少于10min。(3)第2次張拉在第1次張拉后3~5d進行,一般分為三級進行,最后一級張拉應超張拉15%。(4)超張拉完成后,立即用自鎖式夾片將錨索鎖定于錨具上。錨頭部分涂防腐劑再用C30混凝土封錨,保護層厚度不宜小于5cm。7)自由段注漿、封口。張拉完成后,通過預留注漿管(管口距原砂漿面30cm)進行封孔注漿,孔中的空氣由設在定位止?jié){環(huán)處的排氣管排出,要求孔中注滿漿液,然后從錨具起留5cm鋼絞線,用鏨截子截去多余部分,錨頭部分涂防腐劑再用C30混凝土封錨。8)在錨固工程施工初期,應進行錨桿、預應力錨索錨固試驗。錨索試驗數(shù)量按工作錨索的3%控制。錨固試驗的平均拉拔力不應小于預應力錨索的超張拉力。當平均拉拔力低于此值時,應再按3%的比例補充錨索試驗的數(shù)量。4.4錨桿錨固的鋪設主動防護網材料采用GSP2型(鋼絲繩+鋼絲格柵網),結構配置為鋼絲繩錨桿+支撐繩+縫合繩+鋼絲格柵網。施工方法如下:1)對坡面防護區(qū)域的浮土及浮石進行清除。2)放線測量確定錨桿孔位(根據地形條件孔間距可有0.3m的調整量),并在每一孔位處一定深度鑿不小于錨桿外露環(huán)套長度的凹坑,一般口徑20cm。3)按設計深度鉆鑿錨桿孔并清孔,孔深應比設計長度長5cm以上,孔徑≥49mm;當受鑿巖設備限制時,構成每根錨桿的兩股鋼絲繩可分別錨入兩個孔徑≥35mm的錨孔內,形成人字錨桿,兩股鋼絲繩間夾角為15°~30°,以達到同樣的錨固效果。4)注漿并插入錨桿(錨桿外露環(huán)套頂端不能高出地表,且環(huán)套段不能注漿,以確保支撐繩張拉后盡可能緊貼地表),一般環(huán)境下采用M25水泥砂漿。應確保孔內漿液飽滿,在進行下一道工序前注漿體養(yǎng)護不少于3d。5)安裝縱橫向張拉繩,張拉緊后兩端各用2~4個(張拉繩長度<15m時為2個,>30m時為4個,其余為3個)繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接。6)從上向下鋪掛鋼絲格柵,格柵間重疊寬度不小于5cm,兩張鋼絲格柵間的縫合以及與張拉繩間用ue7881.2鐵絲按1m間距進行扎結。7)從上向下鋪設鋼絲繩網并縫合,縫合繩為ue7888鋼絲繩,每張鋼絲繩網均用一根長約30m(或27m)的縫合繩與四周支撐繩進行縫合并預張拉,縫合繩兩端各用兩個繩卡與錨桿外露環(huán)套進行固定聯(lián)結。8)邊坡巖層破碎、松散時,鋼絲繩錨桿可加長。5周邊防護設施建設不嚴格,協(xié)同爆破設計需嚴在高陡邊坡控制爆破施工中:(1)要注重施工人員自身安全,施工人員要佩戴必需的防護