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        拉朝隧道出口淺埋段施工技術研究

        2014-04-15 19:53:24
        交通運輸研究 2014年1期
        關鍵詞:塌方圍巖隧道

        楊 瓊

        (中鐵置業(yè)亳州投資公司,安徽 毫州 236800)

        1 工程背景

        1.1 工程概況

        拉朝隧道位于廣西壯族自治區(qū)河池境內(nèi),全長94m,為曲線隧道,開挖斷面寬6.80m,高9.10m,隧道進口里程為DIK238+630,出口里程為DIK238+724,中心里程為D1K238+677,洞底標高為721.65m,隧道為單向坡,南高北低,縱坡1‰,為上覆蓋黃土炭質(zhì)頁巖隧道。隧道施工從出口向進口方向施工,即從DIK238+720處開始掘進。全隧設計為Ⅴ級淺埋復合襯砌, 其中D1K238+630~D1K238+640段設置拱墻格柵及拱部超前小導管加強支護,格柵鋼架縱向間距為0.8m,超前小導管縱向間距為1.6m, 每環(huán)20根, 每根長3.5m。D1K238+640~D1K238+714段設置拱墻格柵及拱部φ42超前小導管加強支護,格柵鋼架縱向間距為1m。

        1.2 工程地質(zhì)

        拉朝隧道為短隧道,位于斷層埡口上,穿越地層地質(zhì)較差,屬于貴州高原斜坡地段,地形起伏大,地勢北高南低,屬弱風化炭質(zhì)頁巖夾硅質(zhì)巖地段,地質(zhì)概況為剝蝕丘陵地貌,上覆第四系坡殘積層 (Q4dl+el)粉質(zhì)黏土,下伏石炭系下統(tǒng)巖關階(C1y)炭質(zhì)頁巖、頁巖夾硅質(zhì)巖,巖層為單斜構造,節(jié)理發(fā)育。炭質(zhì)頁巖地層圍巖軟弱、松散,變形快,側(cè)壓力大,自穩(wěn)時間短,遇水極易軟化。該處高差變化較大,等高線密集,在縱向20m范圍內(nèi),埋深從16m下降到6m。

        1.3 水文地質(zhì)

        本隧道所在河池地區(qū)屬于亞熱帶季風性氣候區(qū),年平均降水量1 770mm,隧道進出口位于山體的埡口,構成三面匯水,對地表水的匯集與地下水的發(fā)育極為有利。工點范圍內(nèi)地下水的類型主要有兩種:一種為上層滯水;另一種為孔隙水及基巖裂隙水。地下水對混凝土具弱硫酸型酸性侵蝕性。

        2 現(xiàn)場施工管理及施工隊伍技術情況

        施工隊伍素質(zhì)選擇的好壞對于隧道施工成敗尤為重要。由于拉朝隧道只有94m,長度較短,中標單價較低,許多施工隊伍不愿進場,施工難度較大。項目部根據(jù)建設指揮部施工計劃的安排和施工隊伍管理規(guī)定,在提高勞務分包單價的基礎上,對擬參建施工隊伍進行考核,最終確定具有多條隧道施工經(jīng)驗的隊伍進行施工。

        施工隊伍正式進場后,首先著手做準備工作,對現(xiàn)場各種臨時設施進行完善。開工以后,項目部要求隧道施工作業(yè)隊必須配備技術員一名,安排技術工程部長親自負責。施工中,要求施工隊伍按照圖紙設計對隧道邊仰坡進行加固,砌筑天溝,完善排水系統(tǒng),且待各項工作完善以后,才能進洞。

        3 隧道施工

        3.1 隧道施工方法

        拉朝隧道Ⅴ級圍巖洞身開挖采用短臺階分部開挖法 (環(huán)形開挖留核心土法),它將斷面分成環(huán)形拱部、上部、核心下臺階等三部分,即三臺階法。因為上部核心土支擋著開挖面,而且能利用臺階迅速及時地施作拱部初期支護,利于開挖面的穩(wěn)定,待支護完成后開挖核心土,以保證安全。洞口開挖時,施作超前小導管和長管棚支護,將圍巖棚護成拱。洞口段上臺階采用非鉆爆開挖法 (風鎬配合挖掘機開挖),洞身段上臺階采用弱光面爆破,減少對圍巖的擾動。

        3.2 變形塌方情況

        2008年3月中旬,河池地區(qū)連續(xù)半個月降雨,拉朝隧道出口端上臺階已施工開挖至D1K238+703(21m),中臺階開挖至D1K238+711 (13m),下臺階開挖至D1K238+721 (3m)。 2月17日中午發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)出現(xiàn)裂紋,隧道右側(cè)地表出現(xiàn)裂縫,并且裂縫迅速發(fā)展,經(jīng)過一個下午及一夜的發(fā)展,2月18日上午出口端D1K238+714~D1K238+724 (10m) 段已坍塌,格柵被擠壓破壞,隧道右側(cè)因被擠壓破壞而約侵占至開挖斷面一半,向內(nèi)D1K238+706~D1K238+714(8m)段開裂變形,上臺階僅有3m未變形完好。坍塌碴體堆積在隧道里斷面內(nèi),從外側(cè)無法看出塌洞情形。地表D1K238+700~D1K238+728出現(xiàn)裂縫,主要在中線至右側(cè)約17m斜坡范圍,裂縫寬5~20cm,主裂縫基本呈弧形貫通。

        3.3 原因分析

        隧道塌方險情發(fā)生以后,來自建設指揮部、設計院的專家組來現(xiàn)場進行現(xiàn)場核實并進行原因分析,經(jīng)討論,原因有以下兩點。

        3.3.1 地質(zhì)原因

        出口隧道縱向有一小斷層與隧道小角度斜交通過,斷層附近巖體破碎,土層及風化層較厚。在出口側(cè)已開挖段上部存在一巖性變化接觸面,隧道開挖后圍巖應力重新分布造成偏壓失去平衡,使這兩個弱面之間的巖體下落,產(chǎn)生裂縫塌方。

        3.3.2 天氣原因

        受連續(xù)降雨的影響,地表黏土層含水量增大,其力學指標降低,部分雨水下滲對炭質(zhì)頁巖起軟化作用,在軟化與非軟化附近形成軟弱面,右側(cè)自然坡度較陡,在重力作用下土層及基巖風化層沿軟面滑移擠壓隧道洞身右側(cè),造成洞身初期支護變形破壞。

        3.4 處理措施

        鑒于以上原因,經(jīng)專家組開會討論,采取了以下處理措施:

        (1)為保證地表水不滲入隧道中,立即夯填地表裂紋,將洞頂天溝與洞口排水溝相接,完善排水系統(tǒng),以疏排天溝范圍內(nèi)匯水。

        (2)在保證安全的情況下及時回填已開挖段洞身,阻止變形擴大,施工中應加強觀察,發(fā)現(xiàn)異常情況應立即撤出洞外。

        (3) D1K238+706~DIK238+724段線路前進方向右側(cè)5~8m范圍內(nèi)地表設3排Φ108鋼管樁注漿加固,鋼管樁嵌入基巖 (W2)至少2m,鋼管樁平均長度按12m計。注漿液采用1∶1水泥砂漿,注漿壓力為0.5~1.0MPa, 注漿量按每延米0.5m3計, Φ108鋼管壁厚5mm,鋼管樁間距為1.0m,呈梅花型布置,其注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場試驗調(diào)整。

        (4)待地表加固措施完畢并達到設計強度后方可進行洞身開挖,坍方段施工嚴格按照 《隧道施工規(guī)范》執(zhí)行,上臺階開挖后每隔2榀工字鋼之間設一臨時工字鋼橫撐。

        (5) DIK238+704~DIK238+724襯砌采用Ⅴ級復合加強襯砌,洞口段開挖后應及時施作二襯,并修建洞門端墻及擋墻,洞口擋墻應分段開挖,及時施作。

        3.5 處理效果

        通過塌方段超前管棚及鋼管樁的注漿,塌方段圍巖破壞區(qū)域得到加固,通過加強支護后,可按設計進行常規(guī)開挖。開挖過程中密切注視塌方段斷面變化情況,加強監(jiān)控量測,適時通過注漿加固圍巖,其效果如下:

        (1)拱部開挖:拱部預打φ89大管棚長25m,壓注1∶1水泥砂漿,環(huán)向人工開挖,中間預留核心土,開挖過程中沒有炭質(zhì)頁巖崩解、掉塊現(xiàn)象,減少了卡口梁支撐和混凝土填塞空洞現(xiàn)象,消除了安全隱患。

        (2)邊墻開挖:邊墻采取了18型鋼拱架加固,施工中分二臺階開挖,未見變形現(xiàn)象。

        (3)圍巖自穩(wěn)能力:由于初期支護措施加強,洞口采取了Φ108鋼管樁加固,經(jīng)監(jiān)控量測,隧道出口段基本上已停止變形,趨于穩(wěn)定,鋼管樁加固已達到預期效果。

        4 監(jiān)控量測的應用及效果

        4.1 監(jiān)測項目

        監(jiān)測項目主要根據(jù)隧道工程的環(huán)境條件、地質(zhì)條件、施工方法和支護類型等綜合考慮確定。隧道工程進行量測,絕不是單純地為了獲取資料,而是把它作為施工管理的一個積極有效的手段,根據(jù)設計要求,針對隧道工程的實際情況,經(jīng)過認真研究,確定的監(jiān)測項目有地表沉降、隧道拱頂下沉、隧道水平收斂及地質(zhì)與支護狀況觀察等。

        4.2 監(jiān)測效果

        施工中嚴格按設計文件要求進行了隧道拱頂下沉、地表沉降、水平凈空收斂三項監(jiān)控量測。量測中,項目部及時將有關量測資料提供給設計院,由設計院作為參考依據(jù),合理修正設計初支參數(shù),確保安全合理施工。同時,項目部根據(jù)施工量測的數(shù)據(jù)進行分析,判斷施工設計的初期支護參數(shù)能抑制圍巖變形,圍巖與初期支護變形趨于穩(wěn)定。經(jīng)過2個多月的監(jiān)控量測及數(shù)據(jù)分析,結(jié)果表明,隧道內(nèi)的水平收斂、拱頂下沉、地表沉降均已穩(wěn)定,說明圍巖已穩(wěn)定。

        5 處理費用及時間損失情況分析

        從拉朝隧道出口段出現(xiàn)裂縫到設計院專家組拿出施工方案,簽署會議紀要,施工隊伍按照紀要要求對出口塌方段進行處理,前后耗時2個多月,處理費用約100萬元,時間上項目部工期延后2個月,施工工序上調(diào)整從隧道出口進洞的方法,改從隧道進口進洞、出口同時處理加固,確保施工工期。

        6 經(jīng)驗教訓

        拉朝隧道出口段在設計、施工的努力下,變形塌方地段按照專家方案所制定的整治措施穩(wěn)步進行施工,回顧和反思隧道施工所遇塌方問題,有以下經(jīng)驗教訓值得吸?。?/p>

        (1)隧道與其他工程的不同之處是對施工安全的要求更高,任何疏漏在隧道施工中都有可能造成不可挽回的損失,隧道工程施工地質(zhì)條件變數(shù)較大,要求施工中技術人員仔細分析設計圖紙,理解設計意圖,按施工規(guī)范施工。

        (2)對隧道地質(zhì)條件的變化及復雜性要有高度認識,工程措施要到位或針對性強,嚴格按設計文件施工。針對工程中出現(xiàn)的圍巖與設計不符情況應立即向設計部門反饋,及時有針對性地采取變更措施,避免事故發(fā)生或減少損失。

        (3)工程地質(zhì)條件變化是造成隧道塌方的主要原因,必須加強對圍巖的觀察,掌握地質(zhì)構造變化的規(guī)律,做好地質(zhì)超前預報。

        (4)水是隧道施工最難控制的因素之一,在隧道施工中,對水的作用不可忽視,應隔斷地表水,控制地下水。只要發(fā)現(xiàn)巖體中有潛水,就要抓緊對地表水進行疏導,盡可能將滲入地層的水源切斷,或加強支護,以確保隧道順利通過軟弱地層。

        7 結(jié)語

        對于短小隧道施工,要在思想上給予足夠的重視,任何的麻痹和施工安全上的忽視都是隧道施工中最大的安全隱患,尤其是隧道進出口淺埋段。進洞時必須嚴格按照設計要求施工,支護措施上寧強勿弱,快速施工,封閉成環(huán),二襯及時跟進,量測監(jiān)控到位。只有確保隧道進洞出入口結(jié)構安全,才能安全穩(wěn)妥地進行后續(xù)工程的施工。

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