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        隧道塌方冒頂處理措施及主要施工方法

        2019-06-01 07:35:00鄔文鵬
        智富時代 2019年4期
        關鍵詞:隧道施工處理

        鄔文鵬

        【摘 要】在隧道施工過程中,通常塌方發(fā)生之前都會產(chǎn)生一些不良跡象,圍巖發(fā)生變化或出現(xiàn)水等,對這一現(xiàn)象有效控制的方法是超前控制或嚴控圍巖變化情況,進一步結(jié)合真實情況選擇合理手段有效保證塌方區(qū)域安全。本文結(jié)合隧道塌方冒頂發(fā)生機理,采取科學手段,從而保證隧道施工安全。

        【關鍵詞】隧道施工;塌方冒頂;處理

        近些年來,隨著大規(guī)模建設鐵路、公路項目,隧道施工也更加普遍,由于很多因素造成的約束,一般隧道勘探工作無法大面積實施,造成有關人員不能了解隧道施工附近的情況,施工過程中發(fā)生的地質(zhì)狀況與設計情況不相符,加之不能采取恰當?shù)氖┕し椒?,無形中增加了發(fā)生塌方的概率。一旦產(chǎn)生塌方,必定增加施工難度,影響施工時間甚至產(chǎn)生額外的經(jīng)濟損失。隧道塌方現(xiàn)象無法回避,除了強化預防之外,還必須采取合理的處置手段。

        一、隧道情況

        項目隧址位于貴州卡斯特地貌巖溶中等發(fā)育區(qū),隧道出口段為土層淺埋區(qū)。隧道線路橫切畢節(jié)向斜軸線,隧道主要圍巖等級為Ⅳ級及Ⅴ級圍巖,設南北兩線,隧道北線長1830米,南線長1841.1米,隧道最大埋深205米。隧道襯砌內(nèi)輪廓凈空面積為119m2,屬于特大斷面隧道。隧道單洞凈寬15m,設三車道。設置西高東低的單向坡,坡率為0.61%。

        二、施工狀況與原因

        (一)施工狀況

        在隧道進口北線掘進445m(NK0+935)的位置,揭露有充填介質(zhì)的溶洞[1],隨后發(fā)生冒頂坍塌,突泥體為淤泥質(zhì)填充物。洞頂塌陷區(qū)呈漏斗形,直徑50m,塌陷深度25m,洞內(nèi)突泥70m。經(jīng)現(xiàn)場踏勘,此段圍巖為三疊系中統(tǒng)關嶺組中風化白云巖,白云巖呈灰白色~灰黑色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層~薄層狀構(gòu)造,完整性指數(shù)KV=0.62,整體較完整,局部較破碎,BQ=315.0,圍巖分級為Ⅳ2。溶洞內(nèi)涌出的溶洞土呈流塑狀態(tài),夾少量碎、塊石。

        (二)原因分析

        第一,地質(zhì)原因。塌陷處覆蓋層厚56m,溶腔四周地層現(xiàn)狀揭露地表以下10m~20m為紅黏土,20m以下為強風化巖土或巖溶填充物,內(nèi)摩擦角小,自穩(wěn)性差。

        第二,天氣原因。冒頂坍塌前,連續(xù)下了幾天雨,經(jīng)雨水滲透后,土壤黏聚力急劇降低,導致冒頂坍塌。

        第三,施工原因。在控制隧道初期支護施工質(zhì)量方面缺乏嚴謹性,不能及時跟進二襯施工,造成初期支護在臨界狀態(tài)時無法承重[2]。隧道進口南線掘進爆破所產(chǎn)生的振動波,也是導致冒頂坍塌的重要原因。

        三、處理措施

        隧道發(fā)生塌方后,由設計單位出具處置方案,并經(jīng)專家論證后由施工單位組織實施。處置措施如下:

        (一)清除洞內(nèi)突泥體

        考慮到塌陷區(qū)埋深較深,豎向壓力較大,為防止清淤過程中再次發(fā)生坍塌,對洞內(nèi)突泥體采取先注漿加固,再清除的方式,且只清除靠近突泥口一側(cè)的突泥體,逐步接近掌子面的突泥口。在距掌子面12m(NK0+923)位置,對突泥體進行全斷面注漿加固,加固方式為深孔ф50*4mm鋼花管(長12m,間距1.0m*1.0m)凈漿注漿加固NK0+923~NK0+935段突泥體。

        (二)超前大管棚支護

        在NK0+923位置設置2榀臨時鋼拱架,打設長30m,Φ108-6mm大管棚,按縱向間距每3m一環(huán),每環(huán)41根,共打設7環(huán),并對管棚進行注漿。在管棚的支護下按每循環(huán)1m進行掘進。直至順利通過突泥口,至NK0+941位置。

        (三)加強初支等級

        自NK0+935起至NK0+960,按Ⅴa支護襯砌類型進行開挖支護。

        (四)拆換侵限變形鋼架

        換拱操作之前通過仰拱以上徑向注漿整體斷面,選擇熱軋無縫鋼管作為注漿管,保持3.5m長度,加固注漿結(jié)束以后對侵限鋼架有效更換,達到支護封閉成環(huán)的目標。

        (五)加固溶腔內(nèi)填充體

        進入巖溶范圍后,于管棚上方和側(cè)向深孔ф50*4mm鋼花管(長15m,間距1.0m*1.0m)1:1~1:0.5水泥凈漿1.0MPa~2.0MPa壓力注漿加固溶腔內(nèi)填充體.

        (六)洞頂塌陷區(qū)回填

        在洞內(nèi)處置完成且二襯澆筑完畢后,對洞頂塌陷區(qū)進行回填。

        1.逐層回填(第1~5層每層厚80~100㎝松鋪且輕型機械輕壓)壓實(壓實度控制在85%左右)陷坑至低于地面1.5m。回填區(qū)地面以下1.5m范圍每50㎝設置一層土工格柵和10㎜厚PVC防水板。于壓實地面澆筑C20砼厚150㎝(配防裂雙向筋)作為地表深孔注漿止?jié){層和防沉降結(jié)構(gòu)層。進行深30m地表ф110孔ф50*4mm鋼花管(長15m,間距1.0m*1.0m)注漿加固坍陷區(qū)及其邊緣線外各10m范圍。注漿加固完成后,于地表坍陷區(qū)及其四周各5m范圍敷設120㎝厚耕植土,恢復耕地或按設計要求種植喬或權(quán)木或綠化。

        四、防塌措施

        (一)全面了解新奧法施工

        這一方法就是采取巖體力學的基本理論,對圍巖自身承載能力有效維護與應用,憑借合理的錨、噴支護手段或者是聯(lián)合應用支護措施,對圍巖松弛變形問題有效掌控,在支護系統(tǒng)中有效引入圍巖內(nèi)部,并通過測量圍巖與支護,對隧道施工有效控制。

        (二)做好超前地質(zhì)預報

        通過這項工作,對異常情況及時發(fā)現(xiàn),為選擇準確開挖斷面、設計支護參數(shù)與改進施工計劃提供參考,以及對隧道涌水、突氣等問題有效預防,最大程度避免產(chǎn)生災害性事故。

        (三)加強施工監(jiān)控

        監(jiān)控量測不僅可以全面了解拱頂下沉、圍巖內(nèi)部變形、鋼支撐受力、支護等情況,對工藝操作性嚴格評斷,獲得科學的設計數(shù)據(jù),提出有效的施工方法。

        (四)后續(xù)施工防塌控制

        第一,結(jié)合不同地質(zhì)特點選擇開挖方法,利用超前小導管預注漿加固地層的超前支護手段,根據(jù)巖層不同特點與地下水狀況合理選擇注漿材料,一般需要水泥漿、水泥和水玻璃雙漿液,對周邊圍巖注漿加固,提升自身承載能力,有效減少圍巖松弛情況。

        第二,分臺階開挖時,支護需要進行閉合成環(huán),應認真處理每一環(huán)支護鎖腳錨桿施工,利用超前支護方法加固軟弱圍巖,避免拱腳產(chǎn)生下沉與移動,若發(fā)生較大變形容易造成拱部巖層坍落。

        第三,對開挖流程嚴格控制,特別是開挖進尺,禁止發(fā)生違規(guī)操作問題[4]。對爆破裝藥量嚴格掌控,減輕干擾軟弱破碎圍巖。

        第四,南北線施工錯開一段距離,防止爆破是相互擾動。

        五、結(jié)束語

        在巖溶較發(fā)育區(qū)域進行隧道施工,發(fā)生冒頂坍塌風險較大,需加強超前地質(zhì)預報,加強施工監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)存在巖溶時,應及時進行超前鉆探,探明巖溶范圍并采取有效的開挖支付方式。避免冒頂坍塌后對項目工期、造價和安全等造成的一系列問題。

        【參考文獻】

        [1]王康,孫熔正,楊新安.充填型淺層巖溶隧道溶洞處理技術(shù)研究.華東科技大學學報,2018,35(3):23-28.

        [2] 張建軍, 馬吉倩. 高速公路隧道洞口淺埋段塌方冒頂分析與治理[J]. 公路工程, 2017, 42(2):187-190.

        [3] 劉海蛟. 談隧道工程塌方地段的預防和處治措施[J]. 山西建筑, 2017, 43(32):148-149.

        [4] 周鳳生. 某公路隧道工程洞口段塌方冒頂?shù)奶幚砑岸纯诙蜟D工法淺論[J]. 低碳世界, 2017(17):205-208.

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