方 芳
(贵州江河监理有限公司,贵州 贵阳 550001)
隧洞冒顶处理施工
方 芳
(贵州江河监理有限公司,贵州 贵阳 550001)
当前,随着大量隧洞施工的进行,因为开挖、洞身冒顶陷落等原因而造成的施工事故时有发生,隧洞施工安全问题不容忽视,本文结合工程实例提出了超前小导管配合工字钢施工处理方案,分析了其在断桥1#隧洞施工中的应用情况。结果表明,隧洞冒顶事故得以有效解决,工程作业顺利开展。根据工程项目实际情况合理制定支护、加固方案,是保证隧洞工程施工安全的重要措施,也是应对冒顶等各种事故的有效方法。
隧洞冒顶;施工措施;隧洞
隧洞施工过程中,若是勘测设计不到位或是施工技术选用不当,则极易出现塌方甚至是冒顶事故[1]。对此,在实际工程施工中,必须重视隧洞塌方冒顶的预防与治理,从而确保施工安全与隧洞运行可靠。
1.1 隧洞塌方冒顶预防
在隧洞施工过程中,有效预防隧洞塌方冒顶问题的措施如下:
(1)做好勘测设计。在进行隧洞工程施工前,应对其所在地区的地质水文问题进行详细的勘察,充分掌握隧洞轴线、进出口地质情况,认真分析隧洞穿越的垭口、沟谷以及山体等,全面掌握可能出现塌方冒顶事故的地段。若是必须通过此类地段,则可预先制定有效的处理方案,确保施工安全[2]。
(2)选择合理的施工技术。在进行隧洞施工时,特别是在穿越围岩薄弱区的过程中,应加强施工排水,选择弱爆破或者不爆破开挖技术,做好支撑和衬砌施工。
(3)在隧洞施工中,应加强监测,一旦发现隧洞塌方冒顶预兆,及时采取相应的技术措施,加固未塌地段,防止事故范围扩大[3]。
1.2 隧洞塌方冒顶处理施工
根据隧洞塌方冒顶的规模以及塌渣补给,可以将塌方分为两种:一是大塌方,其塌方体厚度大,范围广,且不断扩展;二是小塌方,其塌方体未能够将坑道完全堵塞,人员可进入观察处理。在进行隧洞塌方冒顶处理施工时,对于上述两种形式应采取不同的措施:一是小塌清、先支后清;二是大塌穿,先棚后穿。前者即在塌方量不大的时候,做好顶部支撑方可进行塌方的清除工作,避免因此导致侧壁失去平衡,再次出现塌方;后者则是在塌方难以清除时,将其当做松散破碎的地层继续进行施工,可采取超前支撑、开挖导坑等工艺穿越塌方体。值得注意的是,在穿越前应将塌方两端支顶牢固,避免塌方再次扩大。
2.1 工程概况
断桥1#隧洞26+780~26+806段于2012年4月25日出现塌顶,其中26+792~26+799已支护段被压塌,26+799~26+806已支护段钢支护已下沉0.3~0.5 m,26+780~26+790段地面塌陷,面积约50 m2,深约8 m。
2.2 隧洞冒顶事故分析
据调查分析,在塌顶以上地面周围有多个小煤窑,当地政府用爆破手段封闭了所有煤洞来关闭小煤窑,填料为细颗粒石渣,无粘结性。该段洞顶到地面距离11~18 m,由于下部开挖振动,小煤窑垮塌,冲击力砸垮了已支护好的洞身,造成塌陷。
从5月15日开始近10 d连续下雨,但洞内未见明显渗水,2012年5月24日,水投公司组织四方人员现场办公分析认为可能只是部分小煤窑垮塌,存在大部分空腔。经专家论证,该段隧洞内外分开进行处治,施工方案以联系单的形式通过。
2.3 隧洞冒顶处理施工
2.3.1 洞内施工
采用25b工字钢设仰拱,顶拱打钢梁进行支护,超前小导管内置Φ25钢筋注浆配合,强行推进。
(1)施工要求及条件。钢支撑采用25 b工字钢封闭式进行支护,在钢支撑拱顶以上用挖掘机顶18#工字钢,间距0.5 m,仰角3°~5°,搭接长度大于2.0 m,小导管注浆配合施工。支护长度66 m(26+760~26+826)。导管单根长度6 m,选用Φ48热轧无缝钢管、壁厚4 mm,内置Φ25钢筋。钢管沿开挖轮廓线布置,钢梁与小导管不设在同一榀工字钢上,间隔一榀,均以外插角3°~5 °打设。钢管内外注水泥浆,水灰比为1∶1、0.8∶1、0.6∶1,注浆压力0.2~0.5 MPa。
(2)施工组织方案。针对该特殊洞段小煤窑多,地下情况不明,有可能还有空洞导致垮塌,洞内部分已支护段出现变形的情况,该方案施工长度定为66 m,桩号26+760~26+826。
第一步安设钢支撑,工字钢采用25 b型号,间距0.5 m,直墙伸入底板下0.6 m,两脚用同级工字钢连接封闭。用Φ25钢筋连接固定相邻钢支撑,拱顶间距0.3 m,侧墙段间距0.4 m。锁脚锚杆长4 m,间距0.5 m。
第一榀工字钢上安设钢梁,仰角3°~5°,单根长度6 m,采用14 #工字钢作支撑架,用挖掘机锤头顶进,间距按0.5 m,每隔2 m一个循环。
第三榀工字钢开始打小导管,导管长度6 m,选用Φ48热轧无缝钢管、壁厚4 mm。钢导管沿开挖轮廓线布置,间距0.2 m,共30根。以外插角3°~5 °打设,在导管内置Φ25钢筋一根,每隔2 m一个循环。小导管施工完毕开始钢管内外注水泥浆,水灰比为1∶1,注浆压力0.2~0.5 MPa。基底高程以下开挖1.0 m,回填0.4 m碎石,上部浇筑0.6 m厚C20混凝土。
(3)施工机具﹑设备。布置1台钻机,型号为XY-2PC,钻头直径Φ75 mm,钻杆单根长为1.0 m,压浆机采用GJB3型压浆机一台,并配吸浆管、压浆管和一个搅拌桶,挖掘机一台。其中,吸浆管长度≥6 m,压浆管长度≥10 m,来保证移动距离要求。此外,还需砂轮式切割机、小台钻、电焊机等。
2.3.2 施工工艺
(1)钻孔施工。钻孔开孔位置宜在开挖边线外侧5~10 cm,钻孔间距为20 cm,钻孔角度按隧洞边线外插3°~5°。钻孔角度误差≤2°,孔深允许误差为±50 mm。要保证各钻孔相互平行,每个钻孔要圆而直。
由于小导管一般应用于围岩特别破碎的部位。所以,直径较小﹑长度较短的小导管可采用冲击式风动工具将杆体直接打入围岩。遇围岩时需要先钻孔,再插入小导管管,当成孔困难时可采用套管跟进法进行钻孔。①锚杆体制作。为了向孔内或直接向松散围岩插打方便,小导管前端制作成≤45 °的尖角。管壁钻孔,孔径6~8 mm,孔径沿管轴向100~150 mm,沿环向90 mm,呈梅花形分布。当需要在孔口处安装托板时,需将杆体外露端加工100~150 mm的管螺纹,以便拧紧螺帽固定托板。托板上应设置直径约12 mm的排气孔。导管钻孔作为注浆孔,钻孔梅花型布置,间距为0.3 m,钻孔直径为10~16 mm,尾端预留60 cm不钻孔,作为止浆段,前端加工成10 cm的尖端,管棚安装角度控制在3°~5°,钢管施工误差径向≤20 cm,沿相邻钢管方向≤10 cm。②锚杆布置。管式锚杆常用于隧洞超前支护,即超前小导管锚杆,一般仅在拱部设置,共需设29个,必要时也可在边墙局部设置。其布置应满足以下要求:钢梁与超前小导管棚在纵向两排的水平间距各为2.0 m/排,其布置图如图1所示。超前小导管锚杆的长度6.0 m,超前小导管锚杆和小管棚与钢架支撑联合使用时,布置于钢拱架上部,其外露端应支撑在钢拱架上,采用双层或三层超前支护,以增强其共同的支护作用,提高其对顶部围岩的承载能力。
图1 超前小导管配合工字钢施工
(2)管式锚杆注浆。为充分发挥管式锚杆的优越性,一般利用管式锚杆对围岩进行预注浆,固结围岩。预注浆施工可根据地质情况、设备能力、施工条件等参照要求进行:①注浆宜在围岩被喷混凝土覆盖之后进行。孔口处锚杆与孔壁之间的缝隙应封堵。注浆应采用专用的连接器和注浆机。注浆压力确定为0.2~0.5 MPa。②采用自上而下分段孔内循环式灌浆法。因灌浆部位空腔较大,为降低灌浆对隧洞顶拱的荷载压力,在灌浆时采用间歇式,即每孔灌注超过0.2 t水泥后暂停,跳到下一孔继续灌注。
(3)灌浆压力。灌浆孔分两个次序,I序孔为奇数位置,左右两边对称注浆。II序孔为偶数位。I序孔灌浆压力较低,控制在0.2 MPa,II序孔灌浆压力较高,控制在0.3~0.5 MPa。灌浆浆液采用普通硅酸盐水泥,水灰比采用1∶1、0.8∶1,衬注浆水灰比为0.6∶1。
(4)变浆标准。当某一比级浆液的注入量达到200 L以上或灌注时间已达到0.3 h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,可变浓一级浆液。当吸浆量小于1 L/min时,持续灌注30 min,停止注浆。
(5)纵向施工。26+799~26+826变形较大,采用14#工字钢无间距进行加强,不再注浆,作为永性支护,二衬混凝土施工时不取消,支护方式与后26+799~26+760段相同。从26+799开始超前小导管施工,第一次注浆3 d后开始掘进,在小管棚支护下进行开挖,开挖采用双侧壁导坑(设计底以下1.0 m)进行施工,边墙基础先开挖成1.0 m宽,开挖长度控制在0.6~1.0 m以内。开挖完毕后,基础回填0.4 m厚碎石,立即采用工字钢架进行侧墙和拱顶支护,钢架间距为0.5 m/榀,用Ф25钢筋连接(每段连接长度以相邻两榀工字钢外沿为界)。上部拱架立好后,挖掉中间预留部分软基,深度和两侧墙一致,用块石回填填平至两块石面,采用同级工字钢将两侧墙工字钢脚焊接在一起,浇筑0.6 m厚C20混凝土封闭基础,如图2所示,然后进行挂Φ6.5钢筋@200的网,喷射10 cm厚C20混凝土施工。当沿隧道断面轮廓超挖较大时,部分位置采用C10砌石混凝土进行回填。施工中坚持“管超前,短开挖,弱爆破,早封闭,强支护”的原则。
图2 工字钢及基础施工剖面图
2.3.3 洞外施工
(1)征地。26+780~26+790地面塌陷,深度约2~9 m,面积50 m2,位置在坡面上,需削坡回填,共需征用土地420 m2。
(2)回填。该坑凼位于隧洞中段地面,由于交通不便,如果采用机械进行回填,需新征用进场便道,从降低成本考虑,采用人工回填。回填土石方工程数量为275 m3。
在进行隧洞施工时,首先应做好前期的地质勘测,避开软弱围岩,制定科学的加固施工方案,避免施工中出现塌方冒顶现象;其次,一旦在施工中发生塌方等事故,必须根据工程实际情况,制定合理的处理方案,通过支护、加固等措施最大限度地保护围岩和塌方体稳定,实现工程施工的顺利进行。
[1] 孙联伟. 通过隧道塌方冒顶段施工技术[J]. 隧道建设, 2009, 29(3):329-333.
[2] 刘俊生,王艺凝,常狄.长引水隧洞勘察的几点体会[J].东北水利水电,2015,33(1):53-54.
[3] 汪德云,袁鸿鹄,王芝银,等.松散地层浅埋水工隧洞现场监测试验研究[J].现代隧道技术,2011,48(6):94-98.
方 芳(1977-),男,湖北天门人,高级工程师,主要从事工程监理方面的工作。E-mail:250294024@qq.com。
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