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        鐵路隧道軟弱圍巖施工變形及穩(wěn)定性分析

        2013-04-23 02:56:00宋立民
        關(guān)鍵詞:軟弱圍巖隧道變形

        宋立民

        【摘 要】本鐵路隧道1#斜井軟弱圍巖洞段采用臺階法施工,通過對其典型斷面必測變形項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測,并利用回歸分析法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,總結(jié)出軟弱圍巖變形的基本規(guī)律,確定進(jìn)行二次襯砌的施作時(shí)間,指導(dǎo)施工實(shí)踐。

        【關(guān)鍵詞】隧道;軟弱圍巖;變形;監(jiān)控測量

        0.工程概況

        本鐵路隧道1#斜井DK134+870~DK134+890段是太原至興縣線靜游至興縣段隧道。該段處于第四系上更新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黃土層,呂梁山群赤堅(jiān)嶺組灰白色加黑色斑狀片麻巖,紅色偉晶巖,黑色云母片巖等。隧道埋深較淺,上覆黃土一般厚20-40米,具II級自重濕陷性,下伏基巖頂部有一層10-20米厚全風(fēng)化層,巖體節(jié)理發(fā)育,及破碎,呈碎石土狀,地表黃土層溝壑發(fā)育,DK134+100段地表有河流穿過,常年不斷,地下水位高,涌水量大。

        變形段原設(shè)計(jì)為IV級圍巖,開挖過程中實(shí)際掌子面圍巖以強(qiáng)風(fēng)化黑色云母片巖、紅色偉晶巖,砂礫性碎石土為主,巖體及破碎,節(jié)理、裂隙發(fā)育,局部部位滲水,巖體遇水剝層脫落、掉塊、坍塌,圍巖穩(wěn)定性極差。經(jīng)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理現(xiàn)場勘查變更為V級圍巖支護(hù)施工。

        根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,本鐵路隧道1#斜井DK134+870~DK134+890段采用臺階法進(jìn)行施工, 圍巖地質(zhì)狀況差,斜井進(jìn)入正洞采用門架式挑頂施工,在挑頂過程中,掌子面多次出現(xiàn)小型坍塌。在施作中導(dǎo)及下導(dǎo)時(shí),由于圍巖為云母片巖,加之水量大,導(dǎo)致頻頻出現(xiàn)不同程度的塌方。在下導(dǎo)施作完成6小時(shí)后,發(fā)現(xiàn)拱腰以下已嚴(yán)重侵限(初支預(yù)留變形量22cm),里程為DK134+809-801。為了控制變形,及時(shí)施作喇叭口段仰拱,對正洞邊墻部分進(jìn)行注漿加固。但是大里程施工數(shù)米后,變形段逐步延伸,變形主要表現(xiàn)為拱腰大面積噴射混凝土開裂、掉塊,鋼拱架局部變形扭曲,喇叭口處大里程段斜井拱架向正洞徑向方向壓彎。監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示拱頂下沉及水平收斂值均已超出允許范圍,沉降最大值已超出15.8cm,最大收斂超出50cm,拱頂下沉日收斂最大達(dá)到160mm。

        1.圍巖施工方案

        根據(jù)工程項(xiàng)目的復(fù)雜、難易程度,施工單位制定了專門的施工方案《本鐵路隧道1#斜井變形段換拱施工方案》。

        (1)從2#斜井棄碴場拉石碴及時(shí)對DK134+870~890段中下導(dǎo)坑進(jìn)行回填反壓處理,回填高度3.5米,控制收斂變形,確保DK134+870~DK134+890整體穩(wěn)定,防止變形加大導(dǎo)致隧道整體坍塌災(zāi)害。

        (2)對變形體段DK134+870~+900段已成型中上導(dǎo)坑初期支護(hù)進(jìn)行全斷面徑向注漿固結(jié)處理,預(yù)防替換拱架施工造成二次擾動變形加大,導(dǎo)致坍塌不安全隱患事故發(fā)生。

        (3)注漿完畢待注漿強(qiáng)度符合要求后,從DK134+870開始用風(fēng)鎬在變形初期支護(hù)的兩榀鋼拱架之間開槽鑿除初期支護(hù)侵限部分,槽寬50cm,測量滿足設(shè)計(jì)斷面要求后,安裝新的I20鋼拱架,并按設(shè)計(jì)要求施作好系統(tǒng)錨桿,鎖腳錨管(Φ42mm×3.5mm無縫鋼管、錨管長3.5m,每處2根)。采用同樣方法繼續(xù)施工處理、安裝第二榀新I20工字鋼拱架,施工系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿后利用風(fēng)鎬鑿出兩榀拱架之間侵限初期支護(hù)噴射混凝土及拆除變形舊I18鋼拱架,安裝鋼筋網(wǎng)片,縱向連接筋,報(bào)監(jiān)理檢查合格后立即噴射混凝土封閉。以此類推間隔替換侵限格柵拱架施工至DK134+890。

        (4)仰拱、二襯及時(shí)跟進(jìn)封閉成環(huán)確保DK134+870~890段落整體施工安全。

        2.監(jiān)測與分析

        2.1分點(diǎn)錨固式多點(diǎn)伸長計(jì)原理

        測桿件和測頭組成分點(diǎn)錨固式多點(diǎn)伸長計(jì)。其原理是:首先將伸長計(jì)的錨頭錨固于鉆孔中的各測點(diǎn)上,然后通過測桿將錨固頭延伸至孔口測試面板旁,透過百分表觀測相對位移,即測點(diǎn)與隧道巖體上各參考點(diǎn)的相對位移。通常在百分表測桿上置放球面狀表托,增加測試桿與測試面板的接觸和保證垂直性,減少測量誤差和增加測試的重復(fù)度。

        分點(diǎn)錨固式多點(diǎn)伸長計(jì)的安裝步驟:鉆孔后測量深度,準(zhǔn)備一套安裝桿(和輔助安裝設(shè)備),要求其深度與孔深一致;連接錨固件和桿件,往錨固筒中灌注水泥砂漿;利用安裝桿將組裝好的測試器送至測試點(diǎn),利用桿件間的相對移動擠出水泥,完成第一個(gè)測點(diǎn)的安裝,將錨固筒錨固于孔;卸下安裝桿,重復(fù)上述步驟,安裝其他測試點(diǎn);清理孔口,按順序把連接各側(cè)頭并套入護(hù)管和把連接面板的測頭錨固筒插入孔口,并保持1m左右的測量空間。

        本工程研究采用4點(diǎn)監(jiān)測,測量精度為0.101mm,量程為0~100mm。測桿件安裝孔直徑為76mm,測頭安裝孔直徑為110mm。

        2.2變形監(jiān)測內(nèi)容及頻率

        隧道軟弱圍巖變形監(jiān)測點(diǎn)選取很重要,關(guān)系著監(jiān)測結(jié)果的可靠與準(zhǔn)確。綜合考慮測量方法的可操作性和可靠性、成本和指導(dǎo)作用等因素,選取拱頂下沉和周邊水平收斂作為變形監(jiān)測必測項(xiàng)目,用于日常施工管理使用。

        布置監(jiān)控測量點(diǎn),對初支變形段在施工過程中產(chǎn)生的變化進(jìn)行觀測,提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)換拱施工。監(jiān)控量測的頻率根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行,由于原初期支護(hù)變形量大,每天監(jiān)測頻次不少于4次,監(jiān)測結(jié)果及時(shí)反饋。如果發(fā)現(xiàn)圍巖變形突變,應(yīng)該馬上停止換拱施工,分析突變原因,并及時(shí)向相現(xiàn)場管理人員匯報(bào),研究進(jìn)一步處理方案。根據(jù)初期支護(hù)斷面測量檢測成果,確定初期支護(hù)拱架替換里程段落,為防止換拱作業(yè)過程中初期支護(hù)變形,在換拱施工前對換拱段落初期支護(hù)進(jìn)行全斷面注漿預(yù)加固處理,然后再采用風(fēng)鎬鑿除兩榀拱架之間噴射混凝土,重新安裝I20鋼拱架進(jìn)行二次初期支護(hù)。

        3.結(jié)論

        本鐵路隧道1#斜井DK134+870~DK134+890段洞段拱頂下沉和周邊水平收斂實(shí)時(shí)監(jiān)測變形曲線可以分為三個(gè)階段:快速變形階段、緩慢變形階段和趨穩(wěn)階段。正確地認(rèn)識軟弱圍巖的變形規(guī)律,是做好隧道設(shè)計(jì)和施工安全的前提;獲取真實(shí)可靠的測量數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和綜合分析研究,可以完善設(shè)計(jì)方案和正確指導(dǎo)施工。通過施工現(xiàn)場監(jiān)測測量綜合分析結(jié)果表明,本鐵路隧道1#斜井DK134+870~DK134+890段洞段采用臺階法施工是可行的。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]趙小聰.連拱隧道中隔墻穩(wěn)定性研究[D].西安:西安科技大學(xué),2009.

        [2]楊春.不良地質(zhì)地段雙連拱隧道施工技術(shù)研究[J].中國科技信息,2012(1):59-60.

        [3]劉運(yùn)生.復(fù)雜地質(zhì)條件下偏壓連拱隧道圍巖長期穩(wěn)定性研究[D].北京交通大學(xué),2006.

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