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        喬原黃土隧道滲水病害處治技術

        2019-09-26 06:28:00魏網(wǎng)民
        山西交通科技 2019年4期
        關鍵詞:仰拱網(wǎng)片排水管

        魏網(wǎng)民

        (山西交控集團臨汾南高速公路分公司,山西 臨汾 041000)

        富水黃土隧道的滲水病害一直是工程界的難題,處治不當會造成圍巖土體軟化或泥化,導致隧道地基土承載力降低,襯砌結構受力劇增并可能出現(xiàn)開裂病害[1-2]。吉縣至河津高速公路喬原隧道為典型富水黃土隧道,在工程施工期間,出現(xiàn)了初支滲水、二襯和仰拱縱向開裂以及隧道仰拱水位較高等病害。本文通過對病害成因進行綜合分析,結合工程水文地質情況,因地制宜,提出了“疏排結合+結構加固”的病害處治方案,取得了良好的病害處治效果。

        1 工程背景

        1.1 隧道基本情況

        喬原隧道位于山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣喬原村境內,設計為左右分離式,左右洞分別為1 572 m、1 626 m,均屬于長隧道,左右洞體最大埋深114.98 m(116.254)。隧道位于黃土塬區(qū),塬面平整,由于黃土土質疏松,在地表水的侵蝕、沖蝕作用下,四周沖溝發(fā)育,溝深坡陡,溝間多有殘塬分布。隧址區(qū)水系屬黃土流域的黃土水系,隧道布設范圍內無地表水分布,兩端洞口所處沖溝內只有雨季時有暫時性水流匯集,一般時節(jié)干涸無水[3]。

        1.2 病害表現(xiàn)

        1.2.1 隧道滲水

        隧道施工期內,開挖掌子面時無滲水,在超前支護和立拱架過程中,掌子面開始出現(xiàn)較為嚴重的滲水;初支表面隨之出現(xiàn)斑點狀滲水現(xiàn)象,其后滲水連接成片并覆蓋整個初支表面,局部出現(xiàn)連續(xù)線狀滴水,并伴有白色結晶體出現(xiàn)。根據(jù)水質監(jiān)測報告化驗分析,成分主要為二氧化硅,含量為17.1 mg/L,是由噴射混凝土中水泥、速凝劑與水反應產生。

        圖1 初支滲水

        施工單位在仰拱處開挖探坑進行水位監(jiān)測,觀察7 d后發(fā)現(xiàn)中央排水管內水位始終保持在60 cm左右,經測算排水量達到1.50 m3/h,仰拱基底水位較高。

        1.2.2 隧道仰拱、二次襯砌裂縫

        在日常質量巡查中發(fā)現(xiàn),吉縣端左洞ZK9+282(距洞口108 m)處二襯出現(xiàn)一條細微裂縫,縫寬小于1 mm,長約2.6 m。隨后技術人員對隧道進行逐段排查,共發(fā)現(xiàn)細微裂縫12條。其中吉縣端左洞右側4條,吉縣端右洞左側6條,該10條裂縫全部為二襯裂縫;在河津端左洞左側發(fā)現(xiàn)二襯開裂1處共48 m,貫通4板;在河津端右洞發(fā)現(xiàn)仰拱開裂1處共72 m,貫通6板。

        圖2 仰拱開裂

        圖3 二襯裂縫

        2 原因分析

        根據(jù)隧道水文地質情況和病害特征進行分析,隧道穿越地層在毛細力作用下,水分沿細小孔隙上升形成毛細帶,隧道開挖后破壞了原有地層的水系平衡狀態(tài),水分向隧道圍巖逐漸聚集,導致圍巖土體含水率增大,并呈軟塑狀態(tài),其強度和自穩(wěn)能力急劇變弱,隧道初支承受的土壓力和水壓力隨之大幅增加。同時由于隧道洞身段地形平坦,地表水無法沿溝道排泄,在雨季期間大氣降水集中沿土體孔隙下滲,從而形成暫時性孔隙水或包氣帶水,造成洞體內產生滲水形成線狀滴水現(xiàn)象。

        在隧道施工過程中,由于二襯施工時圍巖變形未全部釋放,使得二襯過早參與受力,當其超過襯砌結構強度時便出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。隧道仰拱施工會對地基土體產生一定擾動,加之滲水導致的土體強度降低,使得拱腳和仰拱地基承載力急劇下降,最終導致仰拱沉降過大并發(fā)生結構開裂。

        3 處治方案

        3.1 隧道滲水處治

        經病害成因分析,隧道圍巖水文地質條件變化是導致二襯及底板開裂的主要原因,建議在隧道施工過程中加強監(jiān)控量測,并采用動態(tài)設計方法對隧道初支和二襯的支護參數(shù)進行調整。隧道仰拱出現(xiàn)開裂部位采取“型鋼框架+鋼筋網(wǎng)片”的方案進行加固,同時采用滲井降水措施降低仰拱水位,確保隧道工程結構安全。

        3.2 隧道仰拱加固處理

        3.2.1 施工方法

        隧道仰拱出現(xiàn)開裂部位采取“型鋼框架+鋼筋網(wǎng)片”的方案進行加固,施工工序和操作方法如下:

        圖4 隧道仰拱加固施工工序

        a)沿拱腳兩側縱向刻槽并安放I28a槽鋼,槽鋼頂部與路面平齊,橫向每隔5 m刻槽并安放I20a工字鋼與I28a槽鋼焊接。

        b)在拱腳兩側打設4根Φ42無縫注漿鋼管,在十字交叉位置處Φ25中空注漿錨桿與工字鋼焊接,錨桿長度為3.0 m。注漿采用雙液注漿泵;漿液采用水泥水玻璃雙液漿,水泥漿與水玻璃漿體積比1∶0.5,注漿壓力 0.1~0.3 MPa。

        c)沿隧道縱向在設雙層網(wǎng)片段落內設3道I16工字鋼與I20a工字鋼牢固連接。

        d)橫、縱向型鋼架安裝以及注漿完成之后,利用空壓機對施工作業(yè)面進行清理。最后沿隧道縱方向再設雙層φ12的15 cm×15 cm鋼筋網(wǎng)片。

        e)在施工段落內,每隔10 m設橫、豎向排水管,并用三通接頭連接,將滲水引入中央排水管內,橫、豎向排水管均采用Φ116單壁波紋管,管內填充2~3 cm碎石。

        f)鋼管、型鋼框架、鋼筋網(wǎng)片及排水管施工完畢后,進行調平層混凝土施工,混凝土施工前先進行掛線,確保混凝土標高;澆筑過程中振搗均勻,確?;炷撩軐?;加強混凝土整平施工控制,確保調平層表面平整度,詳細情況如圖5所示。

        圖5 處治方法斷面圖

        3.3 隧道地下水位處治方法

        3.3.1 處治原理

        為徹底解決隧道仰拱地基下沉問題,在隧道底板設置滲水井,滲水井鉆至基巖破碎帶,使隧道圍巖內水分可沿滲水井排出,從而降低隧道仰拱地基水位,達到徹底處治病害的效果。

        3.3.2 地下水降排處治技術

        3.3.2.1 布孔方案

        根據(jù)水文地質勘測結果,在隧道中央排水管兩側約50 cm處布置滲水井,間距20 m,兩側按梅花型布置,井深80 m,可根據(jù)地層情況適當調整井深,以漏水為終孔標志。施工完畢觀察水位變化,根據(jù)孔內水位觀測結果,在水量較大處將孔位加密,具體情況如圖6所示。

        圖6 隧道滲水井孔處治

        3.3.2.2 施工工藝

        a)根據(jù)測量放線固定孔位,采用孔徑為250 mm鉆頭開孔,鉆孔伸入基巖下1 m處停止鉆孔,拔出鉆桿。

        b)制作Φ180厚6 mm的鋼花管,管壁上采用孔徑為5 mm的滲水孔,梅花型交錯布置,縱向間距7.5 cm。

        c)在鋼花管外側包裹滲水土工布,用鐵絲綁扎牢固。

        d)安裝鋼花管,安裝時要確保鋼花管落到基巖上,再在鋼花管與孔壁之間填充3~5 mm大小的碎石。

        e)填充碎石后,將250 mm鉆頭更換為150 mm鉆頭,在該孔內繼續(xù)鉆孔,鉆至破碎層后繼續(xù)鉆孔深度5 m終孔。然后安裝Φ116 PVC管。

        4 結語

        隧道襯砌裂縫病害處治范圍覆蓋整個隧道,在施工過程中嚴格控制施工質量,滿足處治方案的技術要求。處治施工完成后為檢驗處治效果,工程技術人員開展了如下監(jiān)測工作:

        a)對隧道二襯環(huán)向收斂變形量測,發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)明顯變化。

        b)通過對仰拱及二襯裂縫進行觀測,發(fā)現(xiàn)裂縫未出現(xiàn)擴張現(xiàn)象,也未發(fā)現(xiàn)新增裂縫。

        c)對隧道洞內鉆井內水位進行觀測,發(fā)現(xiàn)水位明顯下降,并趨于穩(wěn)定。

        以上監(jiān)測結果表明,針對富水黃土隧道出現(xiàn)滲水并對襯砌結構造成損傷的現(xiàn)象,采用隧道仰拱加固和洞內集水井降水的處治方案是可行有效的。

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