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        自進(jìn)式錨桿管棚在隧道塌方中的應(yīng)用

        2014-01-12 07:01:24
        山西交通科技 2014年6期
        關(guān)鍵詞:施作管棚塌方

        魏 杰

        (和榆高速公路建設(shè)管理處,山西 榆社 031800)

        1 工程概況

        和榆高速公路云山隧道位于山西省左權(quán)縣城東北5 km處,橫穿太行山脈西翼的陽(yáng)曲山東南延,設(shè)計(jì)為分離式雙向四車道隧道,右線長(zhǎng)11 377 m,左線長(zhǎng)11 408 m,左右線間距為30~35 m,最大埋深742.67 m。隧址區(qū)地形地貌極為復(fù)雜,峰巒疊嶂、溝壑縱橫,海拔介于1 215.33~2 070.70 m,相對(duì)高差855.37 m,總的地勢(shì)為東高西低。

        塌方段位于ZK53+628—ZK53+620處,洞體埋深約65 m(沖溝內(nèi)),穿越地層為上元古界長(zhǎng)城系中統(tǒng)串嶺溝組未風(fēng)化薄層—中厚層狀泥頁(yè)巖、石英砂巖,軟硬巖比例為7∶3,層間結(jié)合一般,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎,在隧道埋深約50 m以下巖層巖溶發(fā)育破碎并富水,對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性有較大影響。

        2 塌方情況

        2012年8月12日,云山隧道左線開(kāi)挖至ZK53+628處時(shí)拱頂右上方開(kāi)始出現(xiàn)股狀涌水并伴有少量塌方,在對(duì)塌方處理完成后改變施工方案采用短進(jìn)尺進(jìn)行開(kāi)挖。2012年8月16日,施工至ZK53+625處時(shí)出現(xiàn)大面積塌方,塌腔高度15~18 m,縱深6~8 m。在清理塌方時(shí)不斷有坍體掉落,為保證施工安全決定停止清理。一天后塌方碎石將掌子面封死,通過(guò)連續(xù)數(shù)天的監(jiān)控量測(cè),發(fā)現(xiàn)雖然塌腔內(nèi)不斷有碎石掉落,但塌腔附近初期支護(hù)基本穩(wěn)定,拱架無(wú)明顯開(kāi)裂下沉。

        3 塌方處理方案比選

        通過(guò)塌方段最常見(jiàn)的方法一般有以下3種:a)將塌方體運(yùn)出洞外,在塌方段施作套拱。b)采用雙排小導(dǎo)管超前支護(hù)并注漿加固拱圈,逐榀開(kāi)挖逐榀支護(hù)。c)采用φ108大管棚注漿加固后逐榀開(kāi)挖逐榀支護(hù)。

        第一種方法簡(jiǎn)單易行,但是為了保證施工安全,必須是在塌腔頂部短期內(nèi)趨于穩(wěn)定且沒(méi)有碎塊掉落的情況下才能采用。

        第二、三種方法是在塌腔頂部不穩(wěn)定、碎塊不斷掉落或者清理塌方體易引起更大范圍的坍塌時(shí)采用的方法。雙排小導(dǎo)管超前支護(hù)逐榀開(kāi)挖的方法具有簡(jiǎn)單、靈活、作業(yè)空間小等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是剛度小、安全性低,適用于拱頂以上坍體較厚且塌腔穩(wěn)定的情況;φ108大管棚配合小導(dǎo)管注漿加固的方法,剛度大安全性高,但作業(yè)空間要求大,操作困難,成孔性差,下管難度大,工序多進(jìn)度慢。

        考慮到本段塌方體具有大孤石和破碎散體混合、塌腔頂部不穩(wěn)定的特點(diǎn),決定采用自進(jìn)式錨桿管棚配合小導(dǎo)管超前注漿預(yù)加固的施工方案。

        自進(jìn)式錨桿的特點(diǎn)是鉆進(jìn)、注漿、錨固一體化,無(wú)需拔出。其作業(yè)平臺(tái)小,施工簡(jiǎn)單,操作方便、快速、經(jīng)濟(jì)。自進(jìn)式錨桿的管徑、長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行選用,管內(nèi)注漿可提高管棚的剛度,再配合超前小導(dǎo)管注漿以提高圍巖固結(jié)效果,保證了開(kāi)挖安全和施工進(jìn)度。

        4 塌方處理

        4.1 塌方體處理及未坍塌地段初期支護(hù)加固補(bǔ)強(qiáng)

        為保證施工安全,在處理塌方體前需對(duì)未坍塌地段進(jìn)行加固。

        a)對(duì)已完工段10 m初期支護(hù)范圍采用徑向φ42小導(dǎo)管注雙液漿加固圍巖,間距80 cm×120 cm。

        b)用挖掘機(jī)在塌體的上坡面清理出一個(gè)作業(yè)平臺(tái),并保留核心土,必要時(shí)可以用洞渣回填以保證塌體邊坡穩(wěn)定。

        c)對(duì)核心土噴射C25混凝土進(jìn)行封閉處理,厚度為15 cm。滲水較大時(shí)在滲水集中的部位埋設(shè)PVC管將滲水集中引排。

        d)人工清理出拱腳虛渣并整平夯實(shí),如拱架變形嚴(yán)重必須進(jìn)行換拱處理,并加密拱腰部位和拱腳部位的系統(tǒng)錨桿。

        e)對(duì)上臺(tái)階的塌體進(jìn)行注漿處理,采用φ42注漿管,長(zhǎng)5 m,間距1.2 m,梅花型布置,注漿壓力0.8~1.0 MPa。注漿時(shí)先對(duì)接近上臺(tái)階壓注雙液漿進(jìn)行封底,以提高拱部注漿效果。雙液漿的配合比為水泥∶水∶水玻璃=1∶0.8∶0.7,初凝時(shí)間3分15秒,終凝時(shí)間8分30秒。拱部注純水泥漿,水灰比為0.8∶1。

        4.2 自進(jìn)式錨桿管棚施作

        在ZK53+628附近拱部緊貼初期支護(hù)安放預(yù)先加工好的格柵鋼架并與初支拱架焊接在一起,在格柵鋼架上安放φ89導(dǎo)向管并焊牢。導(dǎo)向管長(zhǎng)50 cm,安放的位置及方向應(yīng)與自進(jìn)式錨桿相一致,隨后噴射C25混凝土30 cm作為導(dǎo)向墻。

        采用R51型自進(jìn)式錨桿,SP50鉆機(jī)鉆進(jìn)。錨桿壁厚8 mm,長(zhǎng)度為9 m,環(huán)向間距30 cm,外插角1°~10°,在拱部環(huán)向120°內(nèi)設(shè)置。注漿材料為純水泥漿,水灰比為 0.8∶1,注漿壓力為 1~1.5 MPa。施工時(shí)錨桿的外插角、桿體長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況可做適當(dāng)調(diào)整,但必須保證錨桿插入掌子面穩(wěn)定巖層中不少于1.0 m,施作完成后,錨桿尾部與鋼拱架焊連在一起。

        拱部以上塌體進(jìn)行注漿處理,采用φ42超前小導(dǎo)管配合自進(jìn)式錨桿對(duì)塌體進(jìn)行注漿,φ42導(dǎo)管長(zhǎng)5 m,外插角45°,在自進(jìn)式錨桿之間布設(shè),環(huán)向間距30 cm,縱向間距2.5 m。漿液配合比0.8∶1,注漿壓力1~1.5 MPa,注漿范圍為拱頂以上3.5 m,見(jiàn)圖1、圖2。

        5 塌方段開(kāi)挖

        圖1 R51自進(jìn)式錨桿正面圖

        圖2 R51自進(jìn)式錨桿超前支護(hù)縱向布置圖

        逐榀環(huán)形開(kāi)挖,三臺(tái)階預(yù)留核心土,短進(jìn)尺強(qiáng)支護(hù)。上臺(tái)階初期支護(hù)采用I20a工字鋼鋼拱架,間距30~50 cm,拱架連接處鎖腳錨管布設(shè)不少于2根,長(zhǎng)度6 m,拱腳處墊(40×30×20)cm混凝土預(yù)制塊,保證拱腳的平整、密實(shí)。掛設(shè)外層鋼筋網(wǎng)片,初噴C25混凝土,施作徑向錨桿并注漿。徑向錨桿采用φ25中空注漿錨桿,長(zhǎng)度3.5 m,縱向30~50 cm,環(huán)向1.0 m梅花型布置。隨后掛設(shè)第二層鋼筋網(wǎng)片,噴射C25混凝土30 cm。上臺(tái)階開(kāi)挖初支達(dá)到穩(wěn)定基巖后對(duì)掌子面進(jìn)行修整,架設(shè)塌腔內(nèi)最后一榀鋼拱架,拱架要緊貼掌子面并與施作φ42超前小導(dǎo)管焊連在一起。

        塌腔內(nèi)上導(dǎo)坑開(kāi)挖初支完成后再施作中下臺(tái)階,左右兩側(cè)馬口交叉施工。邊墻部位開(kāi)挖完成后立即將鋼拱架向上順接,做好鎖腳錨管并進(jìn)行噴錨支護(hù);下臺(tái)階開(kāi)挖完成后及時(shí)施工仰拱,仰拱拱架與邊墻拱架及時(shí)閉合成環(huán)。

        6 后期加強(qiáng)措施及塌方段頂部空腔處理

        6.1 過(guò)渡段加強(qiáng)措施

        通過(guò)塌方段后,按Ⅴ級(jí)淺埋段支護(hù)過(guò)渡10 m,超前支護(hù)變更為φ42雙排小導(dǎo)管,鋼拱架由I16a調(diào)整為I18a,間距由1 m調(diào)整為0.5 m。開(kāi)挖時(shí)仍然按照管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉的原則進(jìn)行[1]。

        6.2 塌方段二襯加強(qiáng)措施及空腔

        對(duì)塌方段及前后各5 m的二襯混凝土進(jìn)行加強(qiáng),厚度由原來(lái)的45 cm調(diào)整到60 cm,混凝土由原設(shè)計(jì)的素混凝土變更為鋼筋混凝土。塌方段的二襯混凝土施工完成后對(duì)塌方段頂部的空腔采用從地表垂直鉆孔的方法用粉煤灰進(jìn)行填充。

        7 施工控制要點(diǎn)

        a)重點(diǎn)做好坍塌附近5 m范圍初期支護(hù)加固工作(必要時(shí)增加臨時(shí)鋼支撐),穩(wěn)定無(wú)變形后方可進(jìn)行錨桿管棚施工。

        b)R51自進(jìn)式錨桿先加工成2 m、1 m兩種。接頭采用套筒連接,長(zhǎng)度為15 cm。為保證自進(jìn)式管棚的支護(hù)效果,同一斷面的節(jié)頭不能超過(guò)50%,因此下管時(shí)偶數(shù)使用2 m×4+1 m,奇數(shù)孔使用1 m+2 m×4。

        c)塌方段孔隙大,滲透性強(qiáng),預(yù)防漿液流失,有效控制注漿量是注漿工作的關(guān)鍵,也是拱部是否形成堅(jiān)固的固結(jié)圈的關(guān)鍵。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),采用底部雙液漿封底,拱頂以上采用間歇注漿的方法,起到了良好的效果。采用2次間歇注漿時(shí),注漿順序應(yīng)由下而上對(duì)稱進(jìn)行,注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa。兩次注漿的間歇時(shí)間以3~4 h為宜[2]。

        8 結(jié)束語(yǔ)

        自進(jìn)式錨桿管棚處理隧道塌方是借鑒新奧法原理,通過(guò)注漿使拱部形成一個(gè)穩(wěn)固的承載圈,充分發(fā)揮巖體的自穩(wěn)能力,既解決了大管棚成孔難度大、易卡鉆、工期長(zhǎng)的難點(diǎn),又避免了雙排小導(dǎo)管剛度小、安全系數(shù)低的弊端,在云山隧道出現(xiàn)的兩次大塌方中均采用自進(jìn)式錨桿管棚安全通過(guò)。自進(jìn)式錨桿管棚在云山隧道塌方處理中的成功應(yīng)用,為類似情況下處理隧道塌方提供了施工參考。

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