某隧道塌方段施工處理

PAGEPAGE8某隧道塌方段施工處理1工程概況某隧道為分離式隧道，長(zhǎng)1714m（左洞長(zhǎng)1728m，右洞長(zhǎng)1700m），是某高速公路的主要控制性工程之一。設(shè)計(jì)凈空為12.52m×5m，曲墻復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。按新奧法施工，進(jìn)出口段采用大管棚、超前小導(dǎo)管、型鋼支撐或超前錨桿、鋼格柵拱架成洞。隧道特點(diǎn)：(1)、場(chǎng)區(qū)為丘陵地貌，山坡坡度約10～30°，植被較發(fā)育。中部山脊走向近南北向。未見崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。(2)、隧道巖層走向與隧道軸線大角度相交，間有斷裂及向斜構(gòu)造分布，巖層層理、裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生坍塌和掉塊。(3)、隧道進(jìn)出口段約ZK27+273～ZK27+687.5及ZK28+719～ZK29+014；YK27+265～YK27+644及YK28+752～YK28+970段見風(fēng)化凹槽，地層巖性為砂土狀及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大，地層滲透系數(shù)大，屬強(qiáng)過水通道水量豐富估算涌水量約達(dá)2673m3。洞室埋深淺，大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。側(cè)壁易失穩(wěn)，拱部無支護(hù)時(shí)易產(chǎn)生坍塌。(4)、隧道地下水主要風(fēng)化層孔隙裂隙水和基巖裂隙水，受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給，水量貧乏，但隧道中部的構(gòu)造斷裂帶位于小山谷旁，富水性較好?？辈炱陂g對(duì)鉆孔進(jìn)行穩(wěn)定水位恢復(fù)觀測(cè)，未見涌水等地下水發(fā)育跡象，但隧道大部分穿行于粉砂巖、泥巖區(qū)，層理裂隙發(fā)育，且本隧道發(fā)育有多條斷裂帶，為潛在的良好透水帶。圖一2隧道塌方情況圖一某隧道平均長(zhǎng)1714m(里程樁號(hào)為ZK27+277～ZK29+005，YK27+270～YK28+970)，進(jìn)出口結(jié)合大管棚、超前小導(dǎo)管、型鋼支撐或超前錨桿、鋼格柵拱架成洞。Ⅴ級(jí)圍巖采用機(jī)械配合人工進(jìn)行挖掘，Ⅳ～Ⅲ級(jí)圍巖施工均采用光面爆破技術(shù)。2007年11月26日，某隧道開挖到ZK28+810、YK28+831掌子面，隧道坍塌冒頂（見圖1），塌方高達(dá)到36m，塌方范圍為ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。2007年11月28日，參建四方代表在現(xiàn)場(chǎng)確定采取超前中管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)處理方案：增加超前中管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)，穩(wěn)定圍巖，加固塌方體，把空洞處理后再開挖掌子面。3隧道塌方原因分析經(jīng)過對(duì)塌方現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查分析，認(rèn)為導(dǎo)致隧道塌方原因?yàn)椋?.1對(duì)新奧法理論認(rèn)識(shí)不足新奧法理論要點(diǎn)：(1)、隧道的開挖盡量利用圍巖的自承能力，充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用；(2)、根據(jù)圍巖特征，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┲ёo(hù)類型和參數(shù)，及時(shí)施作密貼于圍巖的柔性支護(hù)如鋼拱架，噴射混凝土和錨桿等，做好注漿工作，以控制圍巖的變形和松弛；(3)、在軟弱破碎圍巖地段，使斷面及早閉合，以有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用，保證隧道的穩(wěn)定性；(4)、在軟弱圍巖中，二次襯砌緊跟掌子面，使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，從而提高了支護(hù)體系的安全度；(5)、通過對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，合理調(diào)整開挖步序和初支參數(shù)。某隧道實(shí)際施工中沒有很好的以新奧法理論為指導(dǎo),監(jiān)控量測(cè)工作不到位。未按規(guī)定進(jìn)行量測(cè),信息反饋不及時(shí),導(dǎo)致決策失誤,措施不力而造成塌方的現(xiàn)象。3.2不良地質(zhì)及地下水影響造成的塌方地層巖性為砂土狀及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r層，厚度大，地層滲透系數(shù)大，屬強(qiáng)過水通道水量豐富估算涌水量約達(dá)2673m3。水滲入圍巖，使軟化系數(shù)大的巖石強(qiáng)度降低，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度減小，導(dǎo)致塌方。洞室埋深淺，大部分處于埋深小于40m的淺埋地段。塌方處地表個(gè)人工采土開挖遺留的坑槽，開挖范圍較大，未采取防護(hù)措施。3.3采用施工方法和措施不當(dāng)(1)、雖然采用雙側(cè)壁施工，但側(cè)壁位置不當(dāng)，致使左右導(dǎo)洞過與“狹窄”；施工支護(hù)不及時(shí)；圍巖暴露過久，產(chǎn)生過度位移引起圍巖松動(dòng)、破壞；侵限地段鋼支撐抽換操作不當(dāng)且進(jìn)展緩慢，致使二襯施工滯后，忽略了圍巖的變形規(guī)律，圍巖的變形同時(shí)具有連續(xù)變形和突然變形的特征。當(dāng)開挖距離小于隧道開挖寬度時(shí),圍巖兩端由于受到二次襯砌砼和開挖掌子面支撐的約束作用，連續(xù)變形很小，主要是爆破后的受震動(dòng)影響的突然變形,而且在這個(gè)距離范圍內(nèi)由于襯砌和開挖面支承的"空間效應(yīng)"的影響，即使初期支護(hù)抗力不足圍巖滑移力亦不至于失穩(wěn)，當(dāng)這個(gè)距離為1.5～3倍開挖寬度時(shí)，“空間效應(yīng)”的影響完全消失，初期支護(hù)抗力小于滑移力的問題即刻暴露出來，圍巖急劇變形，極易引起塌方。(2)、施工過程中存在的工藝操作不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，施工管理不到位，質(zhì)量意識(shí)，安全意識(shí)不強(qiáng)也是造成塌方的重要原因，施工中存在較多質(zhì)量問題：錨桿長(zhǎng)度不足；錨桿砂漿不飽滿，強(qiáng)度尤其早期強(qiáng)度不足；噴砼強(qiáng)度、厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；鋼支撐未完全由噴射砼包圍密實(shí)或鋼支撐與圍巖之間存在空隙；鋼支撐未置于穩(wěn)定堅(jiān)固的基礎(chǔ)上，未按照施工要求進(jìn)行2根3.5m長(zhǎng)注漿小導(dǎo)管鎖腳。以上問題直接造成支護(hù)抗力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求或圍巖未粘結(jié)緊密使無彎矩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩而導(dǎo)致塌方。4隧道塌方處理2007年11月26日，塌方事故發(fā)生后，及時(shí)對(duì)塌方體進(jìn)行處理，對(duì)塌方體表面噴一層20cm厚的C25早強(qiáng)混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，然后進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)加固，穩(wěn)定圍巖。塌方范圍從ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方的實(shí)際情況，對(duì)受塌方影響的初期襯砌裂縫地段進(jìn)行加固，并及時(shí)施作二次襯砌。對(duì)塌方體進(jìn)行加固處理，對(duì)地表進(jìn)行封閉。4.1開裂、侵限段落的加固處理塌方事故直接影響初期支護(hù)拱體長(zhǎng)達(dá)7～19m，拱頂初期支護(hù)下沉變形較大，出現(xiàn)多條較大裂縫。為了防止塌方范圍繼續(xù)擴(kuò)大，以及防止前端的初期襯砌支護(hù)下沉變形加大，對(duì)初期襯砌裂縫地段采取了如下加固措施：(1)、對(duì)樁號(hào)ZK28+818～ZK28+837，YK28+848～YK28+855的初期支護(hù)，拱部增設(shè)徑向∮50×5mm小導(dǎo)管，呈梅花型布置，間距為100㎝×100㎝。施工后及時(shí)注漿以加固圍巖，防止洞室周圍圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展。通過監(jiān)控量測(cè)結(jié)果可以看出小導(dǎo)管注漿后圍巖變形減少，達(dá)到了預(yù)期的效果。(2)、先對(duì)每榀型鋼拱腳底部每側(cè)各施打向下45°的2根3.5m長(zhǎng)注漿小導(dǎo)管鎖腳，然后用工字鋼做臨時(shí)支撐，工字鋼(或槽鋼)做底梁。待鋼支撐施工完畢后，設(shè)水平橫向支撐形成環(huán)，工字鋼用∮25鋼筋縱向連接，環(huán)向間距為1.0m。工字鋼按70cm間距安裝，加設(shè)楔形木墊于噴射混凝土與型鋼之間塞縫。(3)、未塌方段由于受到塌方體的影響，緊鄰塌方體10m范圍的周壁圍巖發(fā)生較大變形，嚴(yán)重侵占了二次襯砌5～10cm的空間，最薄處只有40cm厚。為了確保二襯尺寸，對(duì)侵限地段已經(jīng)施工完畢的工字鋼支撐進(jìn)行了抽換。抽換采取間隔抽換，型鋼更換后，對(duì)侵入二襯范圍的噴射砼進(jìn)行鑿除；滿足設(shè)計(jì)初支厚度后進(jìn)行重新補(bǔ)噴。然后再進(jìn)行二襯的正常施工。4.2塌方整治總體方案塌方體圍巖結(jié)構(gòu)屬于V級(jí)圍巖，塌方體厚度為8～17m，高度為36m（不含隧道高度，見圖1），塌方空腔較大。在處理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排水和保證安全的前提條件下，按照下列方案和工藝過程進(jìn)行塌方體處理。4.2.1加強(qiáng)對(duì)塌方體的監(jiān)控量測(cè)對(duì)洞周、塌方范圍進(jìn)行定時(shí)、定位的觀測(cè)，隨時(shí)掌握塌方體動(dòng)向，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以便對(duì)圍巖穩(wěn)定進(jìn)行分析，修正和完善搶險(xiǎn)方案。4.2.2洞內(nèi)塌方影響段處理(1)、對(duì)塌方體表面噴一層20cm厚的C25早強(qiáng)混凝土并掛網(wǎng)將塌方體封閉，保持塌方體穩(wěn)定。在塌方體下部打入∮50×5mm鋼花管，以利塌方體內(nèi)排水工作。(2)、在塌方影響段內(nèi)施做∮89×6mm超前注漿鋼花管，環(huán)向、縱向間距分別為50cm和100cm，扇形布置，外插角為15°、30°、45°，長(zhǎng)度為18m。(3)、待塌方體注漿固結(jié)強(qiáng)度及超前支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可對(duì)塌方段進(jìn)行開挖。嚴(yán)格采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑，必要時(shí)加上下臺(tái)階法進(jìn)行掘進(jìn)，逐段清理塌方體并開挖到設(shè)計(jì)輪廓線后，隨即噴射5cm混凝土，架設(shè)22a工字鋼支撐（間距為50cm）。并用注漿小導(dǎo)管鎖腳（每處施做兩根3.5m長(zhǎng)∮50×5mm小導(dǎo)管），必要時(shí)可施工臨時(shí)仰拱（現(xiàn)澆20cm厚C20砼）。鋼支撐架設(shè)后應(yīng)立即復(fù)噴到位。(4)、初期支護(hù)采用∮50×5mm小導(dǎo)管（長(zhǎng)為5m，外插角為60°），小導(dǎo)管縱、環(huán)向間距皆為1m和掛網(wǎng)噴C25砼（厚30㎝），22a工字鋼支撐（間距為50cm）。(5)、二次襯砌比原設(shè)計(jì)有較大加強(qiáng)，厚度按60㎝施做，混凝土標(biāo)號(hào)采用C30鋼筋混凝土，鋼筋直徑采用∮25mm，間距為10㎝。(6)、注漿：為了保證水泥漿液在土體中一定范圍內(nèi)擴(kuò)散，注漿材料采用C30細(xì)粒水泥漿，注漿壓力為3.0MPa。施工時(shí)注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定。注漿時(shí)先拱墻，后拱部，并采用隔孔注漿方式。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿15min以上；注漿量一般為20～30L/min以下。(7)、初期支護(hù)完成后，仰拱緊跟施作，盡快形成初支閉合環(huán)，并要求二襯襯砌緊跟，使塌方體變形小并保證塌方體穩(wěn)定。側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)拆卸前必須對(duì)注漿過的圍巖鉆孔取芯，通過檢測(cè)注漿效果，若注漿效果達(dá)不到要求，須重新補(bǔ)注加固。4.2.3洞頂?shù)乇硖幚砬捌谝呀?jīng)對(duì)地表進(jìn)行過注漿處理，故本次處理較為簡(jiǎn)單。(1)、修筑洞頂塌陷坑周邊的截排水溝，以阻止地表水繼續(xù)向塌方區(qū)匯集。(2)、在山體周邊表面裂縫填灌C20水泥漿（上邊大裂縫可用粘土填筑，表面再用水泥砂漿隔水），回填地表凹陷并夯實(shí)清楚，在其上噴一層厚20㎝的C20早強(qiáng)混凝土將塌方體封閉，保持地表塌方體的穩(wěn)定。4.3塌方處理的施工要求(1)、監(jiān)控量測(cè)要求，先期監(jiān)控頻率每班監(jiān)控1次，待變形基本控制住后可1次/天，及時(shí)向業(yè)代處和總監(jiān)辦匯報(bào)監(jiān)控結(jié)果。(2)、遇到突發(fā)事件，立即采取應(yīng)急處理措施。在施工過程中，應(yīng)確保施工安全，采用3班工作制，安全員應(yīng)隨時(shí)注意觀察圍巖變化。若有突變，所有人員必須立即撤離。應(yīng)加快處理速度，以盡量減少裂縫發(fā)展。5結(jié)論通過某隧道塌方的處理得到以下體會(huì)：(1)、加強(qiáng)在隧道施工中實(shí)踐中對(duì)新奧法原理的理解和實(shí)施?！霸O(shè)計(jì)―施工―量測(cè)―設(shè)計(jì)”是新奧法的根本所在，屬動(dòng)態(tài)信息管理。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，按規(guī)定進(jìn)行量測(cè)，科學(xué)分析，信息及時(shí)反饋，指導(dǎo)工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ級(jí)的圍巖施工中，該項(xiàng)工作顯得更為重要。(2)、在Ⅴ、Ⅳ級(jí)軟弱圍巖含水地段開挖施工中，應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺,弱爆破,緊支護(hù),勤量測(cè)”的指導(dǎo)方針。實(shí)踐證明，及時(shí)支護(hù)并初噴4cm厚砼封閉的施工工序至關(guān)重要，可避免隧道開挖后圍巖暴露過久極易產(chǎn)生風(fēng)化作用而降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使支護(hù)和圍巖作為一個(gè)統(tǒng)一的整體共同工作，降低塌方事故發(fā)生的可能性。(3)、公路軟弱圍巖段隧道施工必須早封閉成環(huán)及緊跟二次襯砌，使其與初期襯砌共同參與受力。避免初期支護(hù)被壓垮，導(dǎo)致隧道塌方。(4)、隧道塌方后，必須迅速、及時(shí)的處理現(xiàn)場(chǎng)塌方，科