高阳坡隧道塌方处理技术方案

贾 亮

高阳坡隧道塌方处理技术方案

贾 亮

结合某铁路专用线高阳坡隧道工程施工期间洞内塌方情况,全面分析该隧道塌方形成的机理与原因,提出了针对性的处理方案,处理后对塌方段洞内外进行监控量测,根据监控量测的数据结果分析,该隧道塌方处理方案合理可行。

隧道塌方,围岩,机理,处理方案

1 工程概况

高阳坡隧道是建设中的某铁路专用线中最长的隧道,隧道全长 857m,均位于 R=1 000的曲线上,进口里程 DK 13+083,出口里程 DK 13+940。隧址位于低山丘陵区,地势起伏较大,地震烈度 7度,地震动峰值加速度 0.15g。隧道设计内轮廓由三心圆组成,开挖断面面积 127.63m2,洞室最大开挖宽度为 12.38m。

1.1 工程地质简介

隧道埋深较浅,洞顶覆盖厚度在 12m～30m。表层为第四系上更新统冲、洪积的砂质黄土覆盖,厚度 20m～25m,半干硬 ～可塑,大孔发育,具垂直节理。砂质黄土具有Ⅲ级自重湿陷性,湿陷性土层厚约 8m,该层底部含有角砾和碎石。砂质黄土层下主要为第四系中更新统冲、洪积的卵石土,厚 5m～8m,潮湿、中密,卵石呈圆形或圆棱状,一般为 60 mm～100mm,并含漂石,卵、漂石含量约为 65%,局部地段夹有厚约 0.5m～1m的砂层。地层下伏基岩为石灰系泥岩,灰色 ～灰黄色 ～灰黑色;强风化 ～弱风化,节理裂隙发育。

1.2 初期支护及施工方案

塌方段设计为Ⅴ级浅埋衬砌,埋深约 25m,拱部设 φ42小导管预支护,小导管环向间距 40 cm;初期支护以锚喷网支护为主,并辅以Ⅰ18型钢钢架支撑,间距 0.75m,喷 C25混凝土厚 25 cm,边墙设置 φ25中空注浆锚杆,锚杆长 3.5m,环、纵向间距 1m,拱部不设置锚杆。

2 隧道塌方情况

当隧道出口上台阶掘进至 DK 13+732时,2010年 10月 9日凌晨 03：30,掌子面在无明显的征兆下突然塌方,初次塌方已形成2m3～3m3的空洞,并伴有渗水现象。在地下水的影响下塌腔迅速扩大,到 10月 10日下午,DK 13+732～DK 13+728段的初期支护发生严重扭曲变形,随着围岩的进一步松弛,晚上初期支护被压垮,最终坍腔形成倒置的漏斗形,塌方体纵向深度约 7m,宽度约 8m～9m,平均高度 5m～7m。地表形成一个长约 13m、宽约14m、深 1m～2m的陷坑,且坑周边有多处环状裂缝。

3 塌方原因分析

1)工程地质原因。

该段为砂质黄土。土体松散,自稳能力差,且具有Ⅲ级自重湿陷性,极易因局部失稳而引起连锁反应,造成大坍塌。拱部遇到一层 0.5m～1m砂层,开挖后,砂层顺着拱背直流而下,致使在围岩与拱背间形成空洞,造成边墙部位的土体塑性区加大,导致边墙失稳,造成塌方。

2)地表水原因。

施工期连续降雨,且该段处于地形低洼处,地表水渗入,使得隧道上覆黄土层产生湿陷,从而降低了围岩的强度,加剧岩体失稳。

3)施工方面原因。

没有根据该段围岩实际情况采取有力的施工措施,下台阶开挖进尺过大,拱脚悬空时间较长,且没有施作锁脚锚管,加上初期支护没有及时闭合,从而造成临空面过大,使整个土体骤然失稳而造成塌方。

4 处理方案和方法

4.1 地表处理

1)对地表凹陷部分及裂缝处分层夯填密实,填土表面 1m深处采用三七灰土夯填,并高出原始地面。

2)对地表凹陷裂缝以外 3m范围内采用地表砂浆锚杆加固地层,以增强地层的自稳性,固结坍塌体,加固深度从地表至拱顶开挖线外 0.5m。锚杆采用 φ22螺纹钢、间距 1m,呈梅花形布置。水泥砂浆强度不应低于 M 20,砂胶比宜为 1∶1～1∶2(重量比),水胶比宜为 0.38～0.45。

3)为防止冬季雪水融化渗入裂缝,现对其顶部临时覆盖防水板,以免地表水下渗引起塌孔扩散,并在洞顶塌穴外 10m处修建一道截水沟。

4.2 洞内影响段处理

1)在原喷射混凝土内侧架设H 20工字钢架作为临时支撑,钢架间距为 0.5m,以起到护拱的效果,钢拱架脚喷射C25混凝土固定(必要时施作临时仰拱),拱背与喷混凝土面紧贴,每榀临时支撑设 8根 φ42锁脚锚管,每根长 3.5m。临时钢架之间施作 φ22纵向连接钢筋,环向间距 1m。

2)在该段范围内径向打入 φ42mm×5mm的注浆小导管,导管长 5m,环、纵向间距 1.2m,梅花形布置,以保证后方围岩稳定不向前坍塌。注浆采用先上后下,先里后外,即先对塌空区边缘注浆,再逐步退后进行后段注浆,使钢管所伸入的范围内通过注浆组成一个固结的灌浆层,通过浆液无规则的穿透松散破碎岩体产生胶结,从而达到在已支护段与塌空区交界处上、下一定范围内的围岩得到固结,从根本上达到控制塌方的扩展。

4.3 洞内坍塌段处理(DK13+732～DK13+724)

1)封闭坍塌面。

对坍塌土体外漏面喷C25混凝土厚 20 cm进行封闭处理,喷射混凝土中设 φ8钢筋网(网格间距 20 cm×20 cm),该层混凝土同时被作为止浆墙。

2)注浆固结坍塌土体。

对坍塌土体进行注浆固结,注浆管采用 5m长的 φ42钢花管,注浆孔深 5m。洞周注浆孔外插 2m,环向间距为 1m,注浆扩散范围为 2 m～4 m,浆液采用 1∶1的水泥浆,注浆压力以0.8MPa～1.2MPa为宜。

3)φ108大管棚超前支护。

塌方体范围内采用大管棚通过,考虑到洞内施工条件限制,大管棚设一排,长 20m,环向间距为 30 cm,拱部 150°范围内布设,外插角为 3°～5°。在管棚间距内施作 φ42注浆小导管,每排环向间距 30 cm,拱部 150°范围内布设,小导管单根长 4.5m,第一排外插角为 40°～45°,第二排外插角为 5°～ 10°,第二排搭接长度 1.5m,注浆量根据现场实际数量确定。

4)架设 H 20型钢钢架。

进行注浆固结和施作超前支护后,采用弧形导坑预留核心土工法开挖,每开挖循环控制在 0.6m以内,采用人工开挖,严禁机械及爆破开挖。开挖后在管棚下架设 H 20型钢钢架,钢架纵向间距 0.5m,每榀钢架设置 12根 φ42锁脚锚管,t=3.5mm,每根长3.5m。钢架纵向用 φ22螺纹钢筋拉杆连接,拉杆环向间距为1m,钢筋网用 φ8的钢筋,网格为 20 cm×20 cm,喷 C20钢纤维混凝土厚 25 cm,钢纤维掺量为 50 kg/m3。边墙设置 φ22砂浆锚杆,拱部设置 φ22组合中空锚杆,长 3.5m,环、纵向间距 1m,梅花形布置。

5)固结坍腔内的松渣。

当洞内初期的全部钢拱架及钢纤维混凝土封闭完,且隧道中残留的坍塌松渣清除完毕后,即抓紧对坍塌段采用开挖后周边注浆,改善围岩条件,固结松渣,保证坍腔饱满。注浆方案为：φ50小导管,单根长 5m,环向间距 1m,纵向间距 1m,注浆材料采用水灰比 1∶1的纯水泥浆,注浆压力 0.5MPa～1.0MPa。

4.4 塌方过渡段处理(DK13+724～DK13+718)

待塌方区段按上述方案处理完之后,密切注视塌方段断面变化情况,加强监控量测。考虑到此段为过渡危险段,初支钢拱架采用 H 20型钢,纵向间距 0.7m,配合钢架拱部 150°范围内布设φ42双层小导管预支护,小导管环向间距 40 cm,纵向间距 1.5m,长 3.5m,搭接长度 2m,钢管外插角分别采用 35°和 10°交错布置,其余支护参数与原设计一样。

5 结语

通过对高阳坡隧道塌方处理总结,得出以下结论：

1)浅埋湿陷性黄土隧道施工前应查明地表情况,防止地表水通过陷穴渗入内部,使深部黄土含水率显著增加,降低黄土物理力学性质,引起地表坍陷,地表裂缝扩展,造成塌方,因此对已形成的裂缝采用注浆或回填灰土的方法进行及时封闭。

2)前方封堵,后方加固,对塌方区形成围合,是防止塌方恶化的有效方法。隧道塌方后,不要轻易去清除塌方渣体,应先待塌方体相对稳定后,对塌方体表面进行喷混凝土封闭,防止塌方体滑移,然后再加固未塌方地段,防止塌方范围扩大,最后向塌方体注浆加固为后序开挖做好准备。

3)处理塌方采用“管超前、严注浆、快开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则,尽可能避免再次塌方发生。从监控量测及地质雷达检测结果来看,本次隧道塌方段处理完毕后,没有发生任何变形、下沉、开裂等病害,该处理方案是安全、可靠的。

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[5]TZ 204-2008,铁路隧道工程施工技术指南[S].

On technical scheme for collapse treatm ent of Gaoyangpo tunnel

JIA Liang

Combining with the inside collapse in the constructing period of Gaoyangpo tunnel p rojectalong the special line of some railway,the paper analyzes themechanism and reasons for the tunnel collapses fully,points out the treatment scheme accordingly,undertakes the internal and external supervision andmeasurement of the collapse section caveafter the treatment,and proves the treatmentscheme of the tunnel collapse is reasonable and feasib le according to the analysis of the data resu lts of the supervision and measurement.

tunnel collapse,surrounding rock,mechanism,treatment scheme

U 458.3

A

1009-6825(2011)03-0175-02

2010-10-20

贾 亮(1981-),男,助理工程师,中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院,山西 太原 030009