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        大同市馬蹄山輸水隧洞5號支洞塌方處理

        2020-11-22 09:09:54吳葉菲
        山西水利 2020年6期
        關鍵詞:施工

        吳葉菲

        (山西省水利建筑工程局有限公司,山西 太原 030006)

        1 工程概況

        大同市天陽盆地地下水置換工程馬蹄山輸水隧洞,起點位于陽高縣東小村鎮(zhèn)西營村南約1.0 km處的西營儲水池,終點位于天陽盆地西南部滴滴水村南的管線末端調(diào)節(jié)閥室,輸水隧洞總長13.63 km。其中5號支洞開挖斷面為“城門洞”型,洞長404.94 m,底寬4.0 m,高3.63 m,直墻段高2.3 m,設計縱坡11.104%,為土洞掘進。

        塌方段樁號0+232.5—0+240段,塌方長度約8 m,塌方空腔沿設計開挖輪廓線頂部塌落高度約8 m,左、右兩側(cè)約4.5~6 m,按照現(xiàn)場塌腔斷面量測,塌方空腔體積約856 m3。見圖1。

        圖1 塌方段立面示意圖

        2 塌方原因與處理方案

        2.1 工程地質(zhì)

        塌方段(樁號0+232.5—0+240),圍巖類別為Ⅴ類圍巖(土洞),圍巖性質(zhì)為第四系上更新統(tǒng)洪積低液限粘土、低液限粉土夾砂層。塌方前掌子面土層為褐黃色,可塑狀,起拱以上為約1 m厚的松散中細砂層,砂層之上為低液限粉土,質(zhì)地疏松。

        該洞段處于地下水位以下,在施工過程中,樁號0+130處出現(xiàn)滲水,并隨著掘進里程增加而增大。

        2.2 塌方原因分析

        2.2.1 滲透水流的影響

        在滲透水流作用下,砂層不斷地被水流沖蝕、淘蝕,洞頂上方形成空腔,并隨著沖蝕不斷擴大,空腔上方持續(xù)有較大土塊墜落,導致一次支護的鋼拱架被砸壞。

        2.2.2 不良地質(zhì)因素的影響

        塌腔頂部的褐色低液限粘土中,分布3~15 mm寬的黃色條帶(不同顏色,說明不是褐色低液限粘土本體,而是上方的黃色土充填其中),其中沿洞軸向的“X”形土體節(jié)理,交角約20°,銳角平分線向洞軸線偏右約15°,塌落塊體可見細微擦痕。

        分析上述現(xiàn)象,節(jié)理可能是土體受壓所形成。這些節(jié)理在比較密實均勻的土層中起到了切割分離的作用,致使原本比較均勻密實的土層不斷地產(chǎn)生大塊土體坍塌(塌落土塊體積約0.4~1.0 m3,呈方形),形成大規(guī)模的塌方,之后幾天滲水明顯增大,滲水通道進一步打通。

        2.3 塌方處理原則

        (1)安全性:確保施工安全和后期車輛運輸安全;

        (2)可操作性:充分考慮現(xiàn)場機械裝備狀況和操作人員的技能水平,并盡可能降低施工難度;

        (3)靈活性:根據(jù)斷面尺寸和形狀,因地制宜合理選擇施工方法;

        (4)可連續(xù)性:兼顧塌方段前后施工方法的不同,能順利地進行施工工藝轉(zhuǎn)換;

        (5)時間段:沉降處理周期越短越好;

        (6)經(jīng)濟性:在保證安全、質(zhì)量的前提下投入最節(jié)約。

        2.4 施工技術(shù)參數(shù)

        (1)空腔體填充材料為新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料,此種材料是針對密閉墻、隧洞冒頂、隧洞頂部塌方采用的一種方便、高效的化學填充材料,生成物為泡沫固化物,具有一定的抗壓強度,隨地質(zhì)壓力越大而氣密性越高;在反應過程中,反應強度大,強力快速發(fā)泡成型,可堆積;是一種無毒、無味、無污染、無腐蝕性且阻燃的材料;施工簡單方便、安全可靠,單方充填性價比高。主要特性見表1。

        表1 新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料特性表

        (2)新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料,充填空腔注漿壓力為0.3~0.5 MPa;注漿管選用直徑15 mm鋼管,每節(jié)長度1~2 m,管與管之間絲扣連接,注漿管直接延伸到塌方體頂部1~2 m范圍內(nèi),梅花型布置,間排距100 cm×100 cm。

        (3)塌方空腔體充填完畢后,按照5號支洞設計斷面進行一次支護。

        3 施工方法

        3.1 施工流程

        施工準備。安裝新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料充填設備,形成注漿系統(tǒng)。

        鉆孔。根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定鉆孔位置,采用TB 28風動鉆機進行鉆孔,孔徑18 mm。

        安裝填充管。將直徑15 mm填充管,用絲扣連接并固定在填充孔中,連接風管和料管形成一個填充系統(tǒng)。

        填充新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料。新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料,分為A、B兩種材料,按照1 000 kg發(fā)泡15 m3的比例標準,現(xiàn)場進行調(diào)試。調(diào)試完成后,將吸料管插入料筒底部,首先開啟A料氣動閥,當A料在出料口流出時關閉A料氣動閥,開啟B料氣動閥,當B料在出料口流出時關閉B料氣動閥;然后同時開啟 A、B 料氣動閥,按照充填 2∶1、加固 1∶1的比列調(diào)試A、B料的流量,當比例調(diào)試穩(wěn)定后關閉A、B氣動閥,迅速接入注射槍,將調(diào)配好的漿液利用注漿泵注入注漿孔內(nèi)。

        凝固。每次5000kg充填料填充結(jié)束后,待凝10~30min。

        循環(huán)充填。待新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料漿液凝固后,進行循環(huán)填充,直到把整個空腔體填充滿。

        空腔體側(cè)幫處理。頂部空腔體處理完畢后,對空腔體側(cè)幫進行加固處理。用HZ-60挖掘機配合人工,把高度為2.3 m的14號工字鋼和10號鋼板,沿洞軸線方向兩側(cè)按照間距200 mm進行布置,在設計輪廓線外側(cè)0.5 cm處,形成一個封閉圈,以阻擋淤泥,封閉圈里側(cè)的淤泥人工進行清理,清理過程中保證排水作業(yè)正常工作。

        一次支護。塌方空腔體填充完畢后,按照5號支洞設計斷面和技術(shù)參數(shù)要求進行一次支護。

        一次支護采用18號工字鋼拱架,按照設計斷面尺寸進行封閉式支護,間距50 cm;拱架之間采用直徑20 mm聯(lián)系筋進行加密,間距30 cm;拱架鋼筋網(wǎng)片采用直徑8 mm鋼筋對頂部和側(cè)幫進行布設,間排距200 cm×200 cm;拱架支護完畢后噴護混凝土,頂拱噴護厚度由原設計18 cm增加到30 cm,側(cè)幫噴護混凝土厚度由原設計18 cm增加到68 cm。

        3.2 進度計劃和資源配置

        3.2.1 進度計劃

        根據(jù)現(xiàn)場情況,5號支洞塌方段樁號0+232.5—0+240處理施工準備1 d,填充施工7 d,支護施工8 d,共計16 d。

        3.2.2 材料計劃

        塌方段空腔體約856 m3,所用主要材料包括新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材料、直徑15 mm注漿管、18號、14號工字鋼、直徑20 mm、直徑8 mm鋼筋及混凝土原材料等。

        3.2.3 施工設備

        主要施工設備包括挖掘機1臺、出渣車1臺、裝載機1臺、20 m3空壓機2臺、混凝土噴射機1臺、2ZBQ-8/16型氣動高壓雙液注槳泵1臺等。

        3.3 質(zhì)量標準和檢查驗收

        5號支洞樁號0+232.5—0+240塌方段,空腔體約856 m3,填充材料選用新型聚氨酯高分子發(fā)泡化灌材填充,質(zhì)量檢驗標準參照《煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料》(AQ 1090-2011)執(zhí)行。

        塌方段鋼拱架支護工序,對拱架材料規(guī)格、材質(zhì)、制作、安裝穩(wěn)定性、垂直度、間距、軸線偏差、連接等項目嚴格按照《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》(SL 176-2007)相關質(zhì)量標準執(zhí)行。

        噴射混凝土工序?qū)κ車娒媲謇?、混凝土性能、噴層厚度及均勻性、密實性、表面平整度及養(yǎng)護等項目,嚴格按照《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗與評定規(guī)程》(SL 176-2007)相關質(zhì)量標準執(zhí)行。

        5號支洞樁號0+232.5—0+240塌方段處理檢查驗收,按照專項施工方案、合同文件技術(shù)條款規(guī)定及相關規(guī)范要求,對施工質(zhì)量進行檢查、校測和驗收,驗收合格后,進行后續(xù)工程施工。

        4 結(jié)語

        在地質(zhì)情況復雜的隧洞施工中,應掌握詳細的地質(zhì)資料,同時針對不同地質(zhì)情況制定洞挖方案及支護措施,防止因制定措施不當和冒進施工造成塌方;洞室塌方時不能冒然出渣,應視實際情況盡快對塌方部位進行表面封閉,保持其自結(jié)穩(wěn)定性,同時減少擾動次數(shù),避免二次塌方;塌腔處理完畢后,及時跟進一次支護,保證該段圍巖穩(wěn)定安全。

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