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        隧道仰拱隆起處理方法

        2020-03-08 01:34:37羅雪松
        工程建設與設計 2020年10期
        關鍵詞:圍巖變形施工

        羅雪松

        (福建路橋建設有限公司,福州 350000)

        1 引言

        隨著高速公路的發(fā)展以及施工技術水平的提高,長、大隧道越來越多地出現(xiàn)在高速公路施工中。于此同時,各種復雜地質(zhì)情況下的隧道施工問題也困擾著參建各方,尤其在大變形隧道中,面臨著洞室初支變形、塌方、二襯開裂、仰拱隆起變形等諸多安全和質(zhì)量問題,作為施工方,也面臨著更加嚴峻的施工地質(zhì)環(huán)境和更高的施工管理要求。

        2 工程概況

        本項目為蘭州至??趪腋咚俟罚℅75)渭源至武都建設項目,木寨嶺隧道穿越漳河與洮河分水嶺——木寨嶺,橫跨漳縣、岷縣兩縣。隧道采用分離式設計,左線里程ZK210+635~ZK225+856,全長15 231m;右線里程K210+635~K225+798,全長15 163m,洞身最大埋深590m。

        木寨嶺隧道進口施工段,主線起訖樁號為K210+620~K216+380(雙洞),路線全長5.76km,位于甘肅省定西市漳縣大草灘鄉(xiāng)小林溝村境內(nèi)。主要工作內(nèi)容為木寨嶺特長隧道進口段5 745m,斜井1623m/1 座,隧道全部為V 級圍巖,主洞襯砌類型分為sVa(30m)、sVb(45m)、sVc(1467m)、sVd(304m)、sVe(475m)、sVf(2652m)、JGSV(100m)、TSVa(100m)、TSVc(280m)、交叉口277m、明洞15m 等11 種襯砌類型。木寨嶺隧道按高速公路標準建設,設計車速80km/h,為雙向四車道分離式隧道。

        木寨嶺隧道進口于2016 年5 月4 日開工,截至2019 年10 月25 日,上導開挖施工到Y(jié)K214+590 時,發(fā)現(xiàn)YK214+547~YK214+574 段仰拱填充隆起變形,填充表面縱向開裂,洞室初支拱架扭曲變形,嚴重影響了后序工序的施工,為確保后續(xù)施工安全及工程質(zhì)量,需對YK214+547~YK214+574 段進行處理。

        3 設計和施工情況

        3.1 原設計情況

        原設計情況具體為:

        1)設計支護參數(shù):木寨嶺隧道左洞ZK214+535.2~ZK214+615.2 段原設計為Ⅴ級圍巖,襯砌結(jié)構(gòu)形式為TSVC(緊急停車帶),設計支護主要參數(shù)為:φ42mm 超前注漿小導管長450cm,環(huán)向間距40cm,外插角α為10°;φ25mm 自進式中空注漿錨桿長500cm,間距100cm×100cm(環(huán)向100cm,縱向100cm),φ42mm 徑向注漿小導管長400cm,間距100cm×100cm(環(huán)向100cm,縱向100cm);HW200 型鋼鋼架,縱向間距50cm(含仰拱),噴射早強C25 混凝土厚30cm;二次襯砌C30 鋼筋混凝土厚65cm;預留變形量30cm。

        2)地質(zhì)情況:該段圍巖主要為中風化碳質(zhì)板巖,灰黑色,薄層狀構(gòu)造,受褶皺影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,該段圍巖中存在高地應力,主應力方向為北北東向,與線路夾角小于26°,圍巖穩(wěn)定性差,易產(chǎn)生大變形及大坍塌,地下水主要為基巖裂隙水;施工時可能出現(xiàn)點滴狀或淋雨狀出水。

        3.2 現(xiàn)場施工情況

        ZK214+535.2~ZK214+615.2 段為緊急停車帶,地表高程為3 055.97~3 075.28m;設計路面高程為2 582.68~2 581.17m;洞室埋深為473~493m,存在較大的應力。從施工過程揭示的圍巖情況看,該段以炭質(zhì)板巖為主,部分圍巖呈千枚巖化,圍巖揉皺明顯,巖體破碎,層理間黏結(jié)力小,施工過程中極易出現(xiàn)掉塊和坍塌,且掌子面有滲水情況,進一步軟化了巖體,在高應力地質(zhì)作用下導致變形不可避免。

        該段于2019 年8 月20 日開始開挖施工,11 月13 日,開挖支護結(jié)束;ZK214+535.2~ZK214+574 段仰拱施工時間從2019 年9 月6 日開始施工,至2019 年10 月9 日結(jié)束。施工過程中嚴格按施工設計圖施工,從鉆芯取樣顯示,該段仰拱及填充厚度符合設計要求,拱架數(shù)量滿足設計要求。施工中采取的措施有:(1)加強隧道超前支護,每循環(huán)施作一次,具體參數(shù):φ42mm 小導管,長4.5m,每循環(huán)35 根,間距40cm,1∶1 水泥漿進行注漿加固。(2)加強鎖腳的連接。鎖腳連接方式具體加強措施為:在拱架外側(cè)翼緣板處焊接U 型定位筋,先加工廠焊接好,運至現(xiàn)場后安裝拱架,再從U 型筋中間穿過鉆孔,安裝鎖腳小導管并與U 型筋焊接牢固,然后采用L 筋加強鎖腳與拱架的連接,這樣加強了在變形段鎖腳導管的作用。

        4 仰拱裂縫及初支變形情況

        4.1 初支變形情況

        2019 年10 月25 日起開始初支收斂沉降觀測,截至2019年11 月12 日,最大收斂出現(xiàn)在ZK214+570 處,累計收斂值995mm(施工預留沉降量700mm),收斂平均速率21.17mm/d,最大沉降值467mm,沉降平均速率為9.94mm/d。經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計,該段最大侵限295mm,平均侵限136mm。在初支拱架變形后,對初支進行臨時加固,方式為:采用I18 工字鋼對初支進行環(huán)向支撐,間距1m。由于該段隧道沉降收斂變形較大,在安裝臨時護拱1 周后,臨時護拱也出現(xiàn)較大扭曲變形,初支部分開裂,裂縫寬度為3~15mm。

        4.2 仰拱裂縫及隆起情況

        自2019 年10 月25 日發(fā)現(xiàn)ZK214+547~ZK214+574 仰拱出現(xiàn)隆起和縱向裂縫后,對該段進行持續(xù)觀測,截至11 月13日,裂縫最寬為17mm,最小為3mm,仰拱隆起最大為95mm(發(fā)現(xiàn)開裂前已隆起40mm),最小為7mm。

        2019 年10 月26 日,按5m 的間距在仰拱裂縫兩端布設觀測點,監(jiān)控點間距50~70cm。從監(jiān)測結(jié)果看,雖然變形速率有所下降,但仰拱隆起依然呈上升勢態(tài),未完全穩(wěn)定。

        5 洞室變形及仰拱隆起開裂原因分析

        5.1 地質(zhì)原因

        ZK214+535.2~ZK214+615.2 處于斷層影響帶,圍巖主要為中風化碳質(zhì)板巖,薄層構(gòu)造,碎裂狀松散結(jié)構(gòu),并且以炭質(zhì)板巖為主,其間夾雜炭質(zhì)千枚巖,少量滲水;圍巖破碎,褶皺發(fā)育,圍巖具有遇水軟化特點,層理間填充物為全風化石英巖,膠結(jié)能力差,易掉塊。圍巖軟散是導致洞室變形量大的主要原因之一,同時地應力大,拱墻壓力全部施加至仰拱上,導致拱腳處應力集中,仰拱受拉,致使仰拱出現(xiàn)縱向開裂。

        5.2 施工過程中水的影響

        由于炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)千枚巖等對巖層認識不到位,而且在施工時圍巖滲水點較多,導致巖體遇水軟化,基底承載力降低,進而出現(xiàn)長段落的仰拱及填充面隆起變形和開裂。

        6 處理方案

        6.1 初支拱腳處處理

        為減小仰拱結(jié)構(gòu)的繼續(xù)變形,并綜合考慮隧道整治時對后期二襯兩側(cè)邊墻的穩(wěn)定,減少其橫向、豎向變形和位移,對ZK214+547~ZK214+597 段邊墻兩側(cè)及拱腰兩側(cè)各設置梁排φ89mm 鋼花管(壁厚6mm)鎖腳,縱向間距100cm,每根長4.5m,下排鋼花管斜插45°角斜向向下打入,上排鋼花管15°角斜向向下打入;鋼管內(nèi)灌注細粒式混凝土,以增加鋼花管整體剛度。為減小洞室變形,在兩側(cè)拱腰處各設置1 排φ89mm 鋼花管,鋼花管與拱架采用鋼板連接并焊接牢固。

        6.2 仰拱基底注漿加固

        在施作φ89mm 鋼花管大鎖腳以及φ76mm 穩(wěn)定桿對洞室進行加固后,根據(jù)洞室變形情況,若有必要,對仰拱隆起段進行基底加固,改善基底承載力和加固地基圍巖,具體為:采用φ42mm,長5.5m 的小導管注漿,對仰拱基底進行固結(jié),小導管采用鋼花管,縱、環(huán)向間距1.5m,梅形布置,確保仰拱與巖體接觸的密實;漿液采用1∶1∶0.5 雙液水玻璃漿,注漿壓力為0.5~10MPa。

        6.3 注漿加固注意事項

        注漿加固注意事項包括:(1)注意注漿的速度與壓力,根據(jù)注漿速度及時調(diào)整配合比;(2)注漿時觀察是否有竄漿現(xiàn)象,如果竄漿,可降低注漿壓力、采用間歇注漿等措施保證注漿質(zhì)量。

        6.4 加強監(jiān)控量測

        對該地段仰拱及初支布設觀測點,每5m 布設一組斷面,2 次/d 進行監(jiān)控量測并與措施前進行對比。

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