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        大斷面隧道下穿泥石流溝施工技術(shù)

        2011-07-27 07:05:12黃慶文
        鐵道建筑 2011年10期
        關(guān)鍵詞:掌子面泥石流間距

        黃慶文,柳 超,成 廣

        (1.中交二公局 第四工程有限公司,河南 洛陽(yáng) 471013;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 工程學(xué)院,武漢 430074)

        1 工程概況

        倉(cāng)園隧道位于甘肅省隴南市武都區(qū)漢王鎮(zhèn)倉(cāng)園村,是雙線鐵路大斷面隧道,隧道下穿甘家溝泥石流溝。隧道起訖里程為 DK378+178—DK378+882,地面高程約在1 010~1 090 m,相對(duì)高差約80 m,最大埋深約80 m,全長(zhǎng)704 m。整座隧道為8%的下坡,設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別均為Ⅴ級(jí)加強(qiáng)。

        隧道區(qū)在大的構(gòu)造單元上處于秦嶺緯向構(gòu)造帶和武都“山”字形構(gòu)造體系復(fù)合部位,構(gòu)造作用主要表現(xiàn)為自中生代晚期開始大面積的緩慢抬升,巖體受到上述構(gòu)造作用及白龍江—武都區(qū)域斷裂帶(F5距隧道1.5 km)影響,沿白龍江兩岸巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎。隧道通過區(qū),未見大的褶皺,斷裂構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。

        隧道范圍內(nèi)甘家溝內(nèi)有少量地表流水,平時(shí)流量較少,但在雨季有大的洪流。根據(jù)常規(guī)物探分析,甘家溝內(nèi)洪積細(xì)角礫土內(nèi)呈富水狀,且受季節(jié)降水的影響,涌水量變化較大。

        隧道通過地層主要為第四系全新統(tǒng)洪積細(xì)角礫土、粗圓礫土,沖積砂質(zhì)黃土、粗圓礫土及下伏的志留系千枚巖。其中隧道里程樁號(hào) DK378+384—DK378+643下穿甘家溝淺埋段,該段內(nèi)圍巖為飽水的泥石流洪積角礫土,自穩(wěn)能力差,滲水嚴(yán)重。

        2 泥石流溝段隧道圍巖變形特征

        倉(cāng)園隧道仰拱施工至DK378+462,二次襯砌施工至DK378+454,掌子面進(jìn)度至 DK378+478時(shí),掌子面為甘家溝飽水的泥石流洪積角礫土,掌子面及掌子面以上約3 m范圍內(nèi)為夾砂質(zhì)飽水黃土層,圍巖自穩(wěn)能力差,滲水嚴(yán)重,掌子面底部邊墻及中心處有滲水,滲水量約135 m3/h,施工安全性不能保證。

        根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù),在隧道開挖進(jìn)入泥石流溝區(qū)段后,其圍巖變形與掌子面具有下列特征:

        1)在 DK378+470處圍巖累計(jì)沉降 987 mm,DK378+474處圍巖累計(jì)沉降1 034 mm,DK378+474—DK378+478范圍初期支護(hù)嚴(yán)重變形,拱頂上約8~9 m范圍內(nèi)形成空腔,且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢(shì);DK378+462—DK378+474范圍內(nèi)初支也已嚴(yán)重變形及開裂,對(duì)下步的施工造成安全威脅。

        2)施工中隨著離泥石流沖溝溝心越來越近,洞內(nèi)掌子面近乎飽水,地表局部發(fā)生沉陷,造成施工人員極大的安全隱患,地表下存在大量的空腔和裂縫,掌子面圍巖無(wú)法自穩(wěn),隨時(shí)有坍塌的趨勢(shì)。

        3)在 DK378+450—DK378+462段之前仰拱施工中,發(fā)現(xiàn)地層為泥石流沉積物質(zhì),以細(xì)角礫土為主,局部夾有軟塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土透鏡體,加之洞內(nèi)滲水嚴(yán)重,仰拱長(zhǎng)時(shí)間浸泡,對(duì)隧道完工后的整體穩(wěn)定性造成危險(xiǎn)。在仰拱的施工中,采用動(dòng)力觸探儀做了地基觸探,錘擊7次下沉30 cm,判定該段地基承載力不足120 kPa。

        3 泥石流沖溝段的處理措施

        針對(duì)進(jìn)入泥石流沖溝段后隧道內(nèi)出現(xiàn)的各種危害,綜合勘查設(shè)計(jì)資料與目前掌子面的情況,按照設(shè)計(jì)要求,制訂了倉(cāng)園隧道采用地表加固,結(jié)合洞內(nèi)超前小導(dǎo)管與管棚注漿的施工工藝,為確保后期鐵路運(yùn)營(yíng)的安全,對(duì)該段內(nèi)的地基進(jìn)行了加固處理。

        3.1 隧道地表帷幕注漿措施

        1)對(duì)淺埋區(qū)段 DK378+460—DK378+510進(jìn)行了地表處理。地表注漿在隧道邊墻凈空外左8 m和右5 m范圍內(nèi)進(jìn)行帷幕注漿,高度為隧道拱部以上5 m至邊墻底部,地表注漿范圍及注漿孔布置如圖1與圖2所示。

        圖1 地表注漿孔平面布置(單位:m)

        2)采用φ89 mm鋼管,端部在確定帷幕注漿范圍內(nèi)制作花管(在固結(jié)區(qū)內(nèi)設(shè)出漿孔),間距1 m×1 m,從地表打入至隧道邊墻底部,自下游往上游注1∶1水泥—水玻璃雙漿液,形成帷幕保護(hù)。

        圖2 地表加固橫斷面(單位:m)

        3)在隧道掘進(jìn)到泥石流沖溝之前,為減緩地表水的下滲,首先對(duì)地表進(jìn)行加固處理。具體措施為對(duì)甘家溝溝心地表進(jìn)行上游100 m,下游50 m的C20混凝土鋪砌,上游50 m鋪設(shè)防水板,下游10 m鋪設(shè)防水板,并且在甘家溝溝心大里程方向修筑150 m(長(zhǎng))×1 m(高)×0.5 m(寬)的C20混凝土攔水墻。

        3.2 隧道開挖采取的加固預(yù)防措施

        1)泥石流沖溝段設(shè)置 φ108 mm管棚,環(huán)向間距30 cm,管棚安裝鋼筋籠,填充水泥砂漿;管棚間設(shè)置超前小導(dǎo)管間距30 cm,小導(dǎo)管為φ50 mm×5 mm,小導(dǎo)管注漿采用水泥漿;預(yù)留變形量由15 cm調(diào)整為40 cm,鋼拱架變更為I22b,鋼拱架縱向間距調(diào)整為50 cm,拱墻初噴混凝土厚度由27 cm增加到30 cm;原設(shè)計(jì)系統(tǒng)錨桿取消,變更為φ50 mm×10 mm的全環(huán)徑向鋼花管注水泥—水玻璃雙液漿,注漿管長(zhǎng)度5.0 m,縱向間距1.0 m,孔口環(huán)向間距0.8 m,斷面布置見圖3。

        圖3 洞內(nèi)加固方案布置(單位:m)

        2)該段施工中在上臺(tái)階掌子面處,每掘進(jìn)4 m施作封閉厚度150 cm混凝土止?jié){墻。在上臺(tái)階沿凈空邊緣向內(nèi)布設(shè)2排超前注漿管進(jìn)行超前帷幕注水泥漿后開挖,另外核心土位置再增加布置2排注漿管,每排4根。注漿管間距1.5 m,排距1.5 m,長(zhǎng)度5.0 m每循環(huán)搭接1.0 m,注水泥漿。且上臺(tái)階底部大拱腳處采用管徑89 mm長(zhǎng)度5 m鋼管打入圍巖形成錨管,管內(nèi)安裝鋼筋籠,填充水泥砂漿,每斷面2根,與鋼架形成錨管支撐加強(qiáng)鎖角。各錨管鎖角處采用[28槽鋼連接成整體,以抵抗沉降。

        3)由于洞內(nèi)沉降過大侵占二次襯砌支護(hù)的區(qū)段(最大沉降量1 034 mm)采取拆換拱。換拱之后鋼架采用I22b,鋼架間距為50 cm,拱墻初噴混凝土厚度30 cm。超前小導(dǎo)管間距30 cm,小導(dǎo)管為 φ50 mm×5 mm,小導(dǎo)管注漿采用水泥漿。

        3.3 仰拱基底加固措施

        對(duì)DK378+450—DK378+502段隧道全斷面在軟弱層上進(jìn)行樹根樁加固基礎(chǔ)。洞內(nèi)地基有滲水的地方將水用水泵抽出,集中排出洞外,確保不浸泡仰拱;在初支設(shè)置前預(yù)埋φ140 mm鋼管,從地基高于仰拱填充20 cm,作為鉆孔施工預(yù)留孔位??孜凰介g距0.4 m,縱向間距1.0 m,待仰拱及拱上填充施工完畢形成強(qiáng)度后,沿預(yù)留孔位鉆孔并加φ89 mm注漿管,注漿管長(zhǎng)為6 m,預(yù)留注漿孔,輻射狀布置,對(duì)施工完的 φ89注漿管按注漿作業(yè)要求注水泥漿進(jìn)行固化地基,具體布置見圖4、圖5。

        圖4 固化基底注漿布置(單位:cm)

        圖5 基底加固樹根樁施工

        4 結(jié)論

        倉(cāng)園隧道含水量偏大,圍巖無(wú)自穩(wěn)能力,開挖時(shí)或開挖后初支表面有水滲出,造成隧道圍巖下沉、變形較大。通過前期施工,基本取得了在下穿泥石流沖溝(含水量偏大)地段控制圍巖變形的施工經(jīng)驗(yàn),主要有以下幾點(diǎn):

        1)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè),及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,反饋量測(cè)信息,調(diào)整預(yù)留變形量,適時(shí)安排各道工序施作時(shí)間。

        2)控制開挖長(zhǎng)度,根據(jù)專項(xiàng)方案施作管棚及超前小導(dǎo)管、加強(qiáng)鋼架鎖腳錨桿施工質(zhì)量,在特別困難圍巖段采用大拱腳加臨時(shí)仰拱法施工。

        3)嚴(yán)格控制步距。初期支護(hù)盡早封閉成環(huán),仰拱距掌子面的距離嚴(yán)格控制在30 m以內(nèi),二次襯砌距掌子面控制在40 m范圍內(nèi)。

        4)做好前期地表帷幕注漿是成功穿越泥石流溝的關(guān)鍵,是保證洞內(nèi)沉降在能控制范圍的基礎(chǔ)。

        [1]陳金城.天心山隧道帷幕注漿及地表深孔注漿施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2005(9):50-52.

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        [5]謝慧智,張波.城市復(fù)雜環(huán)境下穿鐵路隧道施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑,2010(12):45-47.

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