龍門山坳隧道左線ZK119+505～+514段侵入襯砌凈空處理方案

PAGE龍門山坳隧道左線ZK119+505～515坍方段初期支護(hù)侵入襯砌斷面處理方案中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司廣河高速公路惠州段第九合同段項(xiàng)目經(jīng)理部二〇一〇年一月二十日龍門山坳隧道左線ZK119+505～515坍方段初期支護(hù)侵入襯砌斷面處理方案PAGEi目錄1、基本情況 12、侵限原因分析 13、處理方案 13.1調(diào)整縱坡 23.2拆除侵限段已形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)重做初期支護(hù) 23.3調(diào)整隧道二次襯砌拱部內(nèi)輪廓線 34、方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 34.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34.2結(jié)構(gòu)檢算 44.2.1查取計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 44.2.2原設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 44.2.3優(yōu)化后襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算 45、施工控制要點(diǎn) 65.1坍方段通過后續(xù)工作 65.2注漿固結(jié)坍體 65.3架設(shè)嵌入型鋼鋼架 65.4形成防排水系統(tǒng) 65.5敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土 75.6二襯澆筑完成后檢查 7龍門山坳隧道左線ZK119+505～515坍方段初期支護(hù)侵入襯砌斷面處理方案PAGE7龍門山坳隧道左線ZK119+505～515坍方段初期支護(hù)侵入襯砌斷面處理方案1、基本情況龍門山坳隧道左線ZK119+505~515段，曾因圍巖突變且富含地下水，于2009年12月3日上午8時(shí)許發(fā)生拱頂坍塌，坍方量約500m3，坍落高度逾10m，坍體以均為大塊石碎石堆積，處理是十分棘手，經(jīng)過多上研究、論證坍方處理方案，最終確定擬采用φ108@40cmL=25m大管棚作超前支護(hù)，加強(qiáng)初期支護(hù)，以I22b@50cm工字鋼拱架為主，輔以網(wǎng)噴混凝土作初期支護(hù)結(jié)構(gòu)通過坍方段。此方案已報(bào)呈監(jiān)理單位并獲認(rèn)可。由于前期注漿固結(jié)坍體難度較大，待通過此段形成封閉初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，止?jié){墻形成后，采用φ42L=4.5m鋼花管穿過初期支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施注漿固結(jié)坍體，使拱頂以上形成4.0~2、侵限原因分析按照上述處理方案通過坍方段后，由于拱頂以上全部為坍體堆積，無任何自穩(wěn)能力，全部為自由荷載，對(duì)支護(hù)接頭形成巨大壓力，致使此段拱頂下沉量較大，再加上大管棚為自原支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)沿向外形成外插角度，挑起高度后形成支護(hù)空間，大管棚尾端不可避免有一定長度范圍侵限，以上兩種原因造成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重侵限，二襯拱墻混凝土厚度嚴(yán)重不足。3、處理方案在探討處理該段時(shí)，形成調(diào)整縱坡、調(diào)整隧道二次襯砌拱部內(nèi)輪廓線、拆除已形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)重做初期支護(hù)三個(gè)初步構(gòu)想，并綜合施工安全、工程造價(jià)、總工期影響等方面因素，進(jìn)行詳細(xì)比對(duì)、評(píng)估。3.1調(diào)整縱坡通過實(shí)測此段初期支護(hù)斷面，發(fā)現(xiàn)侵限部位集中在隧道拱部，而邊墻部分均能達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，故可嘗試調(diào)整此段隧道絕對(duì)標(biāo)高已達(dá)到滿足襯砌厚度的目的。此段處于直線上坡段，坡率為+2.189%，調(diào)整隧道絕對(duì)標(biāo)高就必須調(diào)整前后相鄰的豎曲線布設(shè)，而已完成二次襯砌距此段僅剩下50m距離，已不能滿足調(diào)整條件；若強(qiáng)降低此段隧道絕對(duì)標(biāo)高，將對(duì)隧道投入運(yùn)營后行車安全造成不利影響，故舍棄此方案。3.2拆除侵限段已形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)重做初期支護(hù)若拆除此段已經(jīng)形成的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，重建初支結(jié)構(gòu)，可以完成保證二次襯砌厚度，但從其他方面考慮存在以下不足之處：1、施工安全方面的風(fēng)險(xiǎn)由于此段因坍方，山體已擾動(dòng)，自穩(wěn)能力非常弱，若再分段拆除已經(jīng)形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)，將破壞已經(jīng)平衡是受力體系，再次發(fā)生坍方的可能性極大，需要承擔(dān)非常大的安全風(fēng)險(xiǎn)。2、處理成本成倍增加拆除重建，已經(jīng)投入的材料（包括工字鋼鋼架）均不能重復(fù)利用，再加上拆除工作發(fā)生人工、機(jī)械費(fèi)用，處理成本將是直接提高一倍以上。3、工期影響拆除重建，人工、機(jī)械、材料投入勢必增加，對(duì)隧道正常施工也將產(chǎn)生一定影響，若在拆除時(shí)再發(fā)生次生災(zāi)害，引起坍方，對(duì)總體工期的影響將不可估量。3.3調(diào)整隧道二次襯砌拱部內(nèi)輪廓線通過仔細(xì)研究土建圖紙和預(yù)埋預(yù)留圖紙發(fā)現(xiàn)，隧道襯砌內(nèi)輪廓與隧道建筑限界間有非常寬裕的富余量，此段里程范圍內(nèi)無通風(fēng)設(shè)備等機(jī)電設(shè)備。適當(dāng)調(diào)低隧道二次襯砌拱部內(nèi)輪廓線，有效利用隧道襯砌內(nèi)輪廓與隧道建筑限界間有非常寬裕的富余量。此方案有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、處理過程安全無需拆除現(xiàn)有初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所有施工均在初期支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行施工，過程安全可靠。2、處理成本低無需增加大量額外工程量，僅在襯砌施工過程中作加強(qiáng)處理，處理成本低。3、能有效保證總體工期額外工作量少，對(duì)隧道正常施工的影響很小，能有效保證總體工期。綜合考慮各種因素及現(xiàn)場實(shí)際，建議采用第三方案，即調(diào)整隧道二次襯砌拱部內(nèi)輪廓線。4、方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)坍方段初期支護(hù)因處理方案客觀因素和較大下沉變形而侵占二襯凈空，致使襯砌厚度不夠，擬采用嵌入型鋼拱架（縱向間距50cm），另設(shè)螺紋鋼筋φ22作主筋，設(shè)φ16縱向筋，澆筑C30混凝土，形成二次襯砌結(jié)構(gòu)。4.2結(jié)構(gòu)計(jì)算4.2.1查取計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTFD70——2004。表5.2.3混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（24頁）軸心抗壓：fcd:C25=12.5Mpa，C30=15Mpa,C40=20Mpa.彎曲抗壓：fcmd:C25=13.5Mpa，C30=16.5Mpa,C40=21.5Mpa.表5.2.11鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（24頁）HPB235主要荷載+附加荷載=188Mpa.HRB335主要荷載+附加荷載=268Mpa表C.0.1工字鋼截面特性參數(shù)表：（78頁）22b：高220mm.寬112mm.截面積：46.528cm2.理論質(zhì)量36.524Kg/m25b：高250mm.寬116mm.截面積：53.541cm2.理論質(zhì)量42.030Kg/m螺紋鋼φ12面積：1.131cm2.φ22面積：3.801cm2.φ25面積：4.909cm2.4.2.2原設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算隧道二次襯砌：IV級(jí)圍巖：砼強(qiáng)度等級(jí)C25，厚度50cm，主筋φ22，單層每米4根：雙層計(jì)8根@25cm以抗壓強(qiáng)度為控制：fcd:C25=12.5Mpa，HRB335=268Mpa.Q=50cm×100cm×125Kg/cm2+3.801cm2/根×8根×2680=625000Kg+=706493.444.2.3優(yōu)化后襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算1、采用嵌設(shè)I22b型鋼間距@=50cm，主筋φ22，單層4根：C30砼其容許承載力：S1=2×46.528cm2×2680Kg/cm2+3.801cm2/根×4根×2=249390.08Kg=290136.8計(jì)算I22b型鋼后所需二襯砼厚度：b1=(q1-S1)/(100cm×150Kg/cm2=(706493.44Kg-290136.8=(416356.64Kg)/150=27.82、如采用嵌設(shè)I25b型鋼間距@=50cm，主筋φ22，單層4根：C30砼其容許承載力：S2=2×53.541cm2×2680Kg/cm2+3.801cm2/根×4根×2680=286979.76kg+=327726.48設(shè)I25b型鋼后所需二襯砼厚度：b2=(q-S2)/(100cm×150Kg/cm=(706493.44Kg-327726.48=(378767.04Kg)/1=25.3通過以上計(jì)算分析，嵌設(shè)型鋼方案是可行的，建議嵌設(shè)I22b型工字鋼拱架，間距50cm；單層鋼筋，Φ22主筋，間距25cm，每米4根；C30混凝土厚度30cm。采用何種組合形式，需通過各方協(xié)商研究后確定。5、施工控制要點(diǎn)5.1坍方段通過后續(xù)工作待坍方段后部5m初期支護(hù)成環(huán)且仰拱及填充混凝土完成后，現(xiàn)坍方掌子面以弧形-臺(tái)階向前繼續(xù)掘進(jìn)，而臺(tái)階配合緊跟施工，嚴(yán)格控制開挖斷面，型鋼架設(shè)、超前導(dǎo)管、鎖腳錨桿、噴砼密貼圍巖，工藝必須到位，標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)控，控制手段強(qiáng)硬。二、三臺(tái)階施工緊跟施作，隧底仰拱按“兩米一成環(huán)，六米一回頭”穩(wěn)妥施作隧底初支、仰拱砼及填充砼。盡快使初支結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)，抑制坍方段變形使坍方段穩(wěn)定，安全順利全斷面通過坍方段。5.2注漿固結(jié)坍體待隧底初支、仰拱砼及填充砼通過坍方段后，利用半斷面開挖臺(tái)架：采用φ42L=4.5m鋼花管穿過初期支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)施注漿固結(jié)坍體，使拱頂以上形成4.0~5.0m厚水泥漿固結(jié)坍渣混合拱形結(jié)構(gòu)，聯(lián)合初期支護(hù)一起承擔(dān)外圍荷載和次生坍落沖擊荷載，直至后續(xù)坍落因松實(shí)密度差充填滿坍洞。5.3架設(shè)嵌入型鋼鋼架利用半斷面開挖臺(tái)架，對(duì)坍方段初支面按布設(shè)型鋼鋼架位置準(zhǔn)確放線，逐榀進(jìn)行修鑿，從兩側(cè)拱腳處全環(huán)嵌入型鋼拱架，打設(shè)Φ22短錨桿定位，與初支面的縫隙用高強(qiáng)砂漿填塞緊密。5.4形成防排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主筋敷設(shè)前，拱墻背后全環(huán)設(shè)置φ10排水盲管（或手工捻織φ10稻草繩），下端與縱向排水管連接，設(shè)置間距1.5m。設(shè)置時(shí)要選擇有滲水濕漬處，確保滲、滴水能沿盲管匯入縱向排水管，再通過下端φ50橫向排水管排入水溝。盲管可用射釘定位，綁扎固定，防止?jié)仓炷習(xí)r脫落移位。坍方處兩端頭防水板應(yīng)進(jìn)行高度密封處理，接茬處封閉嚴(yán)密達(dá)到滴水不漏。5.5敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，澆筑混凝土敷設(shè)Φ22結(jié)構(gòu)主筋、縱向筋形成鋼筋網(wǎng)，點(diǎn)焊連接并與嵌入的