隧道施工中炭質(zhì)板巖溜塌處理措施

1?工程概況花椒坡隧道位于青藏高原東南緣，橫斷山脈中段，屬高原剝蝕構(gòu)造中高山深谷地貌。隧址區(qū)地面高程為2?550~3?630?m，相對高差為1?100?m，斜坡陡峻，玄武巖、灰?guī)r多形成陡崖，相對高差較大。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，坡面多為松林灌木，隧道進口端有老214國道通往線路附近，交通較便利，而出口便道較少，交通不便。隧址區(qū)不良地質(zhì)有巖溶、順層偏壓、斷層破碎帶、局部瓦斯等有害氣體富集；隧址區(qū)發(fā)育冷都正斷層、花椒坡斷層、花椒坡平移斷層、沖江河逆斷層，主要受沖江河逆斷層影響。該隧道為I級風(fēng)險隧道，也是控制性工程。設(shè)計預(yù)計正常涌水量Q=23?450?m3/d，雨季最大涌水量Qmax=406?00?m3/d。2?溜塌特點和原因2.1?溜塌特點對于炭質(zhì)板巖隧道施工中，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)要求具有真實性、及時性、準(zhǔn)確性。在隧道初期支護溜塌之前，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)持續(xù)發(fā)生變化，日變形速率驟然變大，花椒坡隧道出口溜塌之前D1K?83+940日變形速率達到225?mm/d。溜塌之前監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的變形速率最能反映施工現(xiàn)場變形大小，同時加強炭質(zhì)板巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的測量，為施工現(xiàn)場判定初期支護穩(wěn)定性提供可靠性。掌子面溜塌之前以黑色的炭質(zhì)板巖為主，圍巖開始變軟弱，巖層扭曲松散破碎，褶皺突出，并且含有石英脈，開挖后呈粉末狀，遇水軟化成泥，圍巖自穩(wěn)能力差，掌子面突然開始滲水和出現(xiàn)股狀水。初期支護溜塌現(xiàn)狀，噴射混凝土出現(xiàn)局部掉塊剝落，縱向、環(huán)向裂縫和樹狀溝裂縫；?22HRB?400縱向連接筋出現(xiàn)脫焊和崩裂；拱架出現(xiàn)變形扭曲，拱腳出現(xiàn)局部移位，連接板出現(xiàn)脫焊和炸裂，螺栓斷裂；因整體受力影響，初期支護出現(xiàn)嗡嗡的異響聲。2.2?溜塌原因分析花椒坡隧道洞內(nèi)揭示巖性為板巖夾葉頁巖、炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)灰?guī)r，為薄層狀，層面光滑，結(jié)合差，節(jié)理裂隙極發(fā)育，圍巖整體破碎，完整性差，正面不能自穩(wěn)，開挖時易發(fā)生溜塌、涌水、涌泥?；ń菲滤淼赖刭|(zhì)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)形式較復(fù)雜，施工過程中通過多個斷層、褶皺地段，出現(xiàn)溜塌的概率較大。設(shè)計支護參數(shù)跟現(xiàn)場隧道施工炭質(zhì)板巖受原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面、次生結(jié)構(gòu)面地質(zhì)成因的作用和炭質(zhì)板巖受張性結(jié)構(gòu)面、剪性結(jié)構(gòu)面、壓性結(jié)構(gòu)面力學(xué)成因的作用不符，導(dǎo)致初期支護變形較大，出現(xiàn)溜塌現(xiàn)象。洞口段埋深較淺，洞內(nèi)溜塌處洞頂埋深約7.5?m，洞內(nèi)二次襯砌施工滯后時間太長，初期支護變形侵限，拱部換拱時圍巖擾動過大，拱頂溜塌造成洞內(nèi)圍巖卸荷松弛、松散、無自穩(wěn)能力，從而引起地表塌陷。洞口地表錨桿框架內(nèi)錨網(wǎng)噴未噴射密實，淺埋段水系發(fā)達，且為雨季，降水較大，地表水滲入風(fēng)化巖層后地表土松弛，使上部巖層自穩(wěn)能力下降，增大土體對拱頂?shù)膲毫?，且地表土體進一步固結(jié)沉降，導(dǎo)致地表塌陷。施工過程中初期支護的拱架、錨桿和縱向連接筋施作不規(guī)范。對于變形隧道，加固措施相對滯后，都存在被動加固，導(dǎo)致加固不及時，易出現(xiàn)溜塌和換拱現(xiàn)象。初期支護封閉成環(huán)時間較慢。3?支護參數(shù)和溜塌處理措施3.1?設(shè)計與變更設(shè)計支護參數(shù)花椒坡隧道變形工點前期在使用I18b、I20b或I22b鋼架施工過程中，由于圍巖松散破碎、斷層影響、偏壓嚴(yán)重、圍巖富水，巖體遇水軟化崩解，開挖過程中拱頂及邊墻發(fā)生滑層、溜塌、初期支護侵陷及塌方現(xiàn)象，初期支護施作完成后變形收斂速率頻繁出現(xiàn)紅色預(yù)警，最變形收斂速率504.2?mm/d，為控制變形項目通過增設(shè)套拱、邊墻打設(shè)徑向注漿鋼管注漿、加大預(yù)留變形量、連接板優(yōu)化加強、加快仰拱初期支護閉合成環(huán)時間和工序循環(huán)等措施進行控制變形，但塌方現(xiàn)象還是偶爾存在，需要從設(shè)計措施、施工措施上找到解決溜塌的方法和出現(xiàn)溜塌時能夠有效應(yīng)對的措施，以便于出現(xiàn)溜塌時為施工人員提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。（1）原設(shè)計支護參數(shù)?；ń菲滤淼莱隹贒1K?83+850~D1K?83+830段地層巖性為板巖夾炭質(zhì)板巖、灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，完整性較差，圍巖級別為Ⅳ級，設(shè)計采用車站C段Ⅳ級防災(zāi)救援復(fù)合式襯砌，按“麗香施隧–11”圖施作；拱墻設(shè)置四肢格柵鋼架加強支護，鋼架間距1.0?m/榀，拱部設(shè)置?42小導(dǎo)管超前支護，縱向間距2?m，環(huán)向間距0.4?m，每根長3.5?m，b2=680?cm時每環(huán)41根、b2=640?cm時每環(huán)40根。拱部系統(tǒng)錨桿采用直徑為25?mm組合中空錨桿，每根長3.5?m，間距1.2?m×1.2?m（環(huán)向×縱向），b2=680?cm時每延米14根、b2=640?cm時每延米13根；邊墻系統(tǒng)錨桿采用直徑為22mm砂漿錨桿，每根長3.5?m，間距1.2?m×1.2?m（環(huán)向×縱向），每延米7根。采用臺階法施工。（2）變更設(shè)計支護參數(shù)：D1K?83+850~D1K?83+830段由原設(shè)計C段Ⅳ級防災(zāi)救援復(fù)合式襯砌變更為車站C段Ⅴ級防災(zāi)救援抗震設(shè)防復(fù)合式襯砌，按“麗香施隧變Ⅱ–11–6”圖施作。全環(huán)設(shè)置I25b型鋼架加強支護，鋼架間距0.6?m/榀；拱部設(shè)置直徑為42?mm小導(dǎo)管超前支護，縱向間距1.8?m，每根長3.5?m，環(huán)向間距0.4?m，每環(huán)41根。采用CRD法施工，中隔壁和臨時仰拱均調(diào)整為I25?b型鋼架，鋼架間距0.6?m/榀。3.2?溜塌處理措施3.2.1?回填反壓掌子面出現(xiàn)溜塌現(xiàn)象時，首先暫停掌子面施工，撤出人員和機械設(shè)備，派專職安全員值班，觀察溜塌部位，同時加強監(jiān)控量測頻次，及時掌握掌子面和初期支護變形情況，等掌子面穩(wěn)定后，反壓回填采用易壓實的渣土或洞內(nèi)相同的圍巖壓實，同時注意施工過程中，初期支護和掌子面變形狀態(tài)，確保人和物的安全狀態(tài)。對洞內(nèi)溜塌段進行反壓回填，反壓至塌腔后方3~5?m，形成1∶1.5坡面，反壓體表面使用挖掘機拍壓實。3.2.2?封閉溜塌體厚度15?cm反壓回填后，觀察溜塌體部位是否出現(xiàn)異響和監(jiān)控量測數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，當(dāng)溜塌部位穩(wěn)定后，開始使用機械設(shè)備修整噴射混凝土平臺和修整溜塌體部位為臺階，臺階高度為1.5?m，縱向長度為1.0?m，臺階分層根據(jù)隧道斷面高度計算，一般為2~4個臺階。封閉溜塌體參數(shù)采取C?25噴射混凝土，厚度15?cm，溜塌體全部位置。溜塌體噴射混凝土施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→受噴面處理→機具就位、試機→噴射混凝土作業(yè)。在有水地段進行噴射混凝土作業(yè)時，應(yīng)采取以下措施：先對滲漏水進行處理，當(dāng)滲漏水范圍大時，可設(shè)樹枝狀排水導(dǎo)管后再進行噴射；當(dāng)滲漏水嚴(yán)重時，可設(shè)泄水孔，邊排水邊噴射；噴射時應(yīng)先從遠離滲漏出水處開始，逐漸向滲漏處逼近，將散水集中，安設(shè)導(dǎo)管，引出水，再向?qū)Ч鼙平鼑娚?；改變混凝土配合比，增加水泥用量，先噴干混合料，待其與滲水混合后，再逐漸加水噴射。3.2.3?采用直徑為76?mm中管棚注漿溜塌體往掌子面方向拱部設(shè)置1環(huán)直徑為76?mm超前中管棚，每根長度為9~30?m。根據(jù)溜塌體大小和范圍，確定中管棚的長度。中管棚技術(shù)參數(shù)設(shè)置范圍為拱部133°38'范圍，環(huán)向間距40?cm，環(huán)向布置45根，每根長9~30?m；管棚規(guī)格直徑為76?mm無縫鋼管，壁厚8mm；外插角1°~3°（不包括線路縱坡）。管棚上鉆注漿孔，孔徑10~16?mm，孔間距15~20?cm，呈梅花形布置，尾部留不小于150cm的不鉆孔止?jié){段。注漿材料為M20水泥漿，水泥漿液水灰比0.5∶1。中管棚施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→鉆孔→頂進鋼管棚→清孔→放置鋼筋籠→注漿管路檢查→注漿→進入下一道工序。注漿前先將鋼管口外徑與導(dǎo)向管之間空隙用水泥砂漿密封，鋼管上焊接1個注漿管和1個排氣管，注漿時使鋼管與孔壁環(huán)形空隙內(nèi)的空氣容易從此排氣孔冒出。往管口注漿時直至漿液由通氣孔冒出為止，注漿可采用多孔同時注漿，或先灌注單號