某石炭紀公路隧道開挖大移除的安全評估與加固處理

某石炭紀公路隧道開挖大移除的安全評估與加固處理

1現(xiàn)場實測圍巖開挖情況高速公路隧道位于石灰?guī)r層和采礦區(qū)附近。由于長期開采，形成了許多采空區(qū)。當隧道施工至右線K83+94～K83+140處時出現(xiàn)長約40m塌方,經(jīng)現(xiàn)場勘察,圍巖屬高炭板巖、夾煤線、節(jié)理裂隙發(fā)育、層面光滑,開挖施工中,經(jīng)常出現(xiàn)掉塊、掉渣,極不穩(wěn)定,開挖掌子面巖層(板巖與煤互層)傾角向北約70～80°,有的近于垂直。塌方渣體除少量新鮮渣體外全部為陳舊灰質(zhì)渣體,中間夾雜廢棄物,干燥。根據(jù)現(xiàn)場情況推斷,該處塌方區(qū)距隧道斜上方(超前探孔沒有探測到)有一廢棄挖煤巷道,巷道覆蓋層約3～4m,隧道施工下導(dǎo)坑時產(chǎn)生變形致使覆蓋層垮塌,采空區(qū)內(nèi)回填物大量涌入隧道,塌方情況如圖1所示。2注漿強支護方案實施隧道塌方發(fā)生后連夜召開緊急會議,當時由于業(yè)主急于將隧道貫通,在設(shè)計部門反對的情況下要求采用塌方清渣的方法將隧道貫通,后來塌方渣體越清越多,都是從上方繼續(xù)溜塌下來的,不得不停止清渣,采用注漿強支護的方案通過,具體處理措施如下:2.1大跨大段k23+293k33+合成由于隧道已經(jīng)貫通,受塌方的影響范圍比較大,所以需要對塌方段兩側(cè)受牽連、已施作初期支護段進行加固補強。(1)對K83+098～K83+108段及已施作初期支護未施作仰拱和二次襯砌段的加固,考慮到此大塌方可能對上述地段產(chǎn)生牽連,為了施工和將來運營的安全,決定首先對未施作仰拱和二次襯砌段及時施作,封閉成環(huán),對于不能施作仰拱的地段采用回填和采用立柱支撐,立柱采用兩根20號工字鋼焊接在一起,立柱間采用14#工字鋼作為橫撐,立柱縱向間距0.75m,橫向間距1m,橫向按三排布置,縱向根據(jù)實際需要臨時加固的區(qū)段長度而定。K83+098～K83+108段靠近塌方段,受其影響大,首先對初噴開裂處進行復(fù)噴處理,噴射混凝土采用25號鋼纖維混凝土;然后對拱部圍巖進行注漿固結(jié)處理,注漿加固范圍為拱部120°,注漿漿液采用水泥水玻璃雙漿漿液,注漿管采用Φ50的無縫鋼管,注漿管長3.5m,管身梅花型鉆孔。注漿孔伸入巖層約3.0m(注漿圍巖厚度約3.5m),孔距50cm×75cm(環(huán)向×縱向),呈梅花型布設(shè)。(2)對K83+128～K83+148段及已施作初期支護未施作仰拱和二次襯砌段的加固,由于塌方對本段影響較大,故本段的加固除采用上述方法外,對已開挖下導(dǎo)坑段施作臨時仰拱,以使初支鋼拱架形成閉合環(huán),防止隧道沉降收斂變形。(3)在受影響段初支拱腳部位左右兩側(cè)各打一排鎖腳錨鎖,錨鎖長9m,縱向間距0.75m。(4)根據(jù)現(xiàn)場實際情況,加強該段的超前支護和初期支護,以防止再次塌方對兩端洞身的拱架造成毀壞。(5)由于塌方段及受影響段距離緊急停車帶較近,對緊急停車帶也產(chǎn)生一定影響,對緊急停車帶也采取Φ50管注漿加固,并加強監(jiān)控量測。2.2預(yù)應(yīng)力管道注漿加固(1)掛網(wǎng)噴混凝土封閉松散體表面、堵塞邊縫,對流坍到洞內(nèi)的松散體和掌子面前方一定范圍的圍巖進行注漿加固,阻止塌穴內(nèi)的碴體繼續(xù)向外溜坍,噴層厚度不小于20cm,在塌方體的頂部和兩側(cè)噴混凝土形成35～40cm的止?jié){墻,以免后序注漿過程發(fā)生跑漿現(xiàn)象。(2)向坍塌體上方的塌方腔內(nèi)泵送C25混凝土或壓注水泥砂漿,厚度控制在4～5m。(3)如泵送混凝土不能送到塌腔內(nèi),可將塌方段在地表位置精確定位,然后在地表打孔(建議采用250鉆孔)灌注混凝土,將塌腔盡可能充填密實。(4)拱部打設(shè)大管棚:由于塌方范圍比較大,擬采用兩環(huán)大管棚通過塌方區(qū),第一環(huán)在止?jié){墻的外側(cè),其樁號約為K83+105處。保留核心土體(即經(jīng)注漿加固了的塌方體),以其作為工作平臺,并架設(shè)兩榀組合型鋼拱架作為導(dǎo)向架,施作大管棚超前支護。在塌方體開挖一半距離后,再打設(shè)第二環(huán)大管棚,其樁號約為K83+118處。大管棚采用Φ89鋼管:管長20m,環(huán)向間距20cm,外插角10～15°。管棚注漿材料采用水泥和水玻璃雙漿液,配合比選用1∶0.5,注漿壓力初壓為0.5～1.0MPa,終壓為1.0～2.0MPa,現(xiàn)場可依實調(diào)節(jié)。(5)開挖中根據(jù)現(xiàn)場情況,如需要可采用超前小導(dǎo)管對大管棚進行補強,具體支護參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況定。塌方體處理方案見圖2。2.3襯主筋生長(1)初期支護采用I20a工字鋼,間距50cm,鋼筋網(wǎng)Φ8雙層網(wǎng),格距20cm×20cm。(2)二襯主筋采用Φ25鋼筋,間距15cm(中至中),構(gòu)造筋間距、數(shù)量配置依主筋的變化作相應(yīng)調(diào)整。(3)由于此次塌方對受牽連地段影響很大,大部分地段已出現(xiàn)裂紋,因此建議對受牽連地段(尤其是Yk83+128向前)二次襯砌予以補強。二次襯砌鋼筋主筋間距調(diào)整為15cm,構(gòu)造筋間距、數(shù)量配置依主筋的變化作相應(yīng)調(diào)整。2.4預(yù)防復(fù)建設(shè)備,加強安全監(jiān)督(1)預(yù)留變形量:開挖外廓線、架立工字鋼及施作長管棚時的導(dǎo)向鋼架,均要預(yù)留變形量,拱部按30cm、邊墻按20cm預(yù)留,由于預(yù)留變形量所發(fā)生的工程量,現(xiàn)場可依實計量。(2)為確保施工安全,開挖成形后,立即施作初噴混凝土,及時封閉其臨空面,防止臨空面暴露風(fēng)化,初噴噴層厚度為4～6cm。(3)按煤系地層施工作業(yè)要求進行施工通風(fēng)和瓦斯監(jiān)測,要有專人負責(zé),措施到位,責(zé)任到人。整治塌方施工的全過程,要始終滿懷以人為本的理念,及安全責(zé)任重于泰山的責(zé)任心,上下齊心協(xié)力,順利安全的通過塌方區(qū)。(4)加強量測和觀察,密切注意塌方區(qū)初支結(jié)構(gòu)和塌方情況的變化。必要時現(xiàn)場即時采取應(yīng)急措施,確保施工和人員安全。(5)嚴格貫徹執(zhí)行短開挖、快支護的原則。每次開挖長度不超過1m,及時施作初噴,快速架立I20鋼拱架,每次架立2榀鋼拱架,隨后將鋼纖維混凝土噴至設(shè)計厚度,以期盡快形成支護能力,發(fā)揮支護作用。(6)在塌方堆體(形似半錐體)上施作噴封層時,要預(yù)留足夠的(8～10個)排氣孔,讓瓦斯氣體排泄出來,以不致形成有壓氣體和瓦斯氣體突出。通過以上措施的處理,隧道得以安全通過,但由于塌方發(fā)生后先采用清渣方案,造成隧道襯砌背后形成約2000m3的空洞(原采空區(qū)巷道)。為不留后患,設(shè)計方要求對已通過部分上方進行探測,重點弄清楚三個問題:洞頂覆蓋層的厚度;空洞的大小;空洞與隧道空間上的相對位置。業(yè)主根據(jù)要求委托華東理工學(xué)院地球物理系進行探測。探測結(jié)果表明洞頂覆蓋層(襯砌至巖體空洞間距離)厚度不小于15m,空洞最高處達10m左右,小的地方高度0.5m左右。其綜合地質(zhì)解釋見圖3所示。根據(jù)此結(jié)論,采空區(qū)巷道位于斜上方,隧道洞頂有如此厚的覆蓋層,而且塌方洞體周圍的巖性較好,經(jīng)會議專門討論,不再進行空洞回填處理。3采空區(qū)施工管理(1)對于采空區(qū)引起的塌方,因為回填物的不斷流出,不能采用清渣處理方案,應(yīng)先注漿加固,然后采用強支護通過方案;(2)在對于采煤巷道形成的采空區(qū)施工應(yīng)按照煤系地層施工作業(yè)要求進行施