广河高速公路某隧道贯通处塌方处理技术

来源:用户上传      作者: 张树建

　　摘要：广河高速公路惠州段第一合同段合口隧道经过山地区丘陵地貌区，为小净距隧道，2010年9月28日凌晨，该隧道左线进出口贯通处掌子面发生大面积的塌方，进口端拱架损坏4榀(纵向长度4m)，出口端拱架损坏26榀(纵向长度26m)，该段围岩节理裂隙局部密集，部分裂隙夹有泥质填充物，粘结力小，开挖后结构面不利导致的结构休失稳，造成开挖面掉块、坍落。经两次专家会议论证，采用吹填砂、长管棚、临时套拱、超前小导管及掌子面注桨等超前加固塌方体相结合的处理方案，总结出隧道塌方段的临时加固和贯通方案。
　　关键字：隧道,塌方,处理技术
　　
　　1、背景
　　合口隧道经过山地区丘陵地貌区，为小净距隧道，采用左右线设置，广州端洞门类型采用端墙式，惠州端采用削竹式，左线隧道里程为ZK71+667~ZK72+103，隧长436m，底板设计标高为43.218~49.498，坡度1.92~2.9%；右线隧道里程为YK71+671~YK72+096，隧长425m，底板设计标高右线为42.904~48.063，坡度1.92~2.913%，隧道最大埋深约74m。2010年9月7日，合口隧道左线出口掌子面正在开挖ZK71+810.5，其时隧道进口掌子面里程为ZK71+804,已经完成了上台阶初期支护，并停止施工。2010年9月27日中午1点半左右ZK71+810.5爆破作业后随即开始塌方，下午3点监控量测在左线隧道进口进行量测时发现隧道进口已经发生了塌方，ZK71+800断面的拱顶抬升了15.3cm，下午4点监控量测在左线隧道出口进行量测时，此时出口也已经发生塌方，其时ZK71+830断面的拱顶沉降了40.5mm，直到9月28日凌晨3时，隧道出口发生了大面积的塌方。2010年9月28日经现场测量计算，进口端拱架损坏4榀(纵向长度4m)，里程为ZK71+800~804，出口端拱架损坏26榀(纵向长度26m)，里程为ZK71+811~837。已经施工的初期支护未塌方段：ZK71+692~ZK71+800段和ZK71+837~ZK71+888.8段。
　　2、 临时加固技术
　　2.1、首先对未施作仰拱的初期支护采用I22b工字钢，间距为每50cm一环做好临时支撑。工字钢安装时先采用木楔子定位，再用铁抹子往空洞内挤满M10砂浆，保证工字钢与初衬密贴。拱脚必须座落于坚硬岩石上，钢拱架两侧拱脚处前后各设3根6m长的Φ42小导管注浆。钢架间用Φ22钢筋纵向拉杆焊接在一起，拉杆环向间距1m，钢筋与工字钢之间采用满焊。安装临时拱架必须安装一榀楔好一榀，待前一榀楔好后，再进行下一榀施工。
　　2.3、再对距塌方体坡积体后15m位置采用壁厚10mm的Φ203无缝圆钢管做立柱搭设排架，作临时支撑。坚向排架安装前需先将立柱下的基底的杂物和弃土清除，再安放580×520×15钢板，若基底不平，可采用小碎石垫平，保证钢板垫平在坚硬的基层上。将立柱钢管安放在钢板上，钢管和钢板连接采用4片100×100×15加劲钢板焊接，必须满焊。钢管顶部与工字钢连接处采用钢管斜剖口与拱架焊接，再在两侧设置三角翼板焊接，加强接头的抗剪强度。Φ203圆钢管纵向间距1m，横向间距1.5m。立柱钢管纵向连接采用Φ108钢管，连接处采用Φ22钢筋做托架，由于钢管与钢管连接面积小，260×290×15钢板做抱箍连接。纵向Φ108钢管采用4根30cm长的Φ22钢筋双面满焊连接。横向布置的Φ108钢管应与钢管形成相贯线焊接，这样能充分发挥材料的强度和支撑的牢固。扫地杆应用2根E20，槽钢夹住所有钢管脚，并焊牢，同时也与I22b临时钢拱脚架夹住焊牢；采用E14b槽钢做剪刀撑，剪刀撑纵向间距为1米。
　　2.3、然后对已架设钢管排架段的初期支护拱顶及周边进行钢花管注浆，注浆的环向范围为隧道拱顶左右70℃，钢管长度为6m，间距80cm×80cm。注浆采用水泥单液浆，注浆参数应通过现场试验确定，预注浆参数可取如下：水灰比1：1，注浆压力为0.5~1.0Mpa，压力应由小到大逐步增加，并密切注意初期支护的变形情况，慎防因注浆压力过大，破坏初期支护，确保形成牢固的加固圈。
　　3．塌方段通过施工技术
　　3.1、首先对两侧塌方体掌子面进行喷混封闭作止浆强，喷射混凝土厚度不得小于30cm。并对掌子面进行注浆固结塌方松散体，采用4.5m长Φ42壁厚4mm无缝钢管注浆，间距120×120cm梅花形布置。考虑到塌方体在开挖过程中需挖除，注浆只为临时稳定塌方体为开挖提供条件，故浆液结石强度不应太高，无水或少水时建议采用水泥单液浆，但具体注浆浆液类型及浆液比例应通过现场试注确定，注浆终压取0.5mpa。注浆应采用粉刺、隔孔注浆的方式进行，首先对塌方体得周边进行注浆以保证后期中部浆液能集中于塌体内，然后对塌体中部进行注浆，为了避免浆液在相邻注浆管间流窜，注浆管应设止浆阀，注浆应尽可能钻一孔，注一孔，当不得已需多孔同时施工时，注浆孔与相邻施工孔间距离不得小于4m，一旦发现有串浆时应停止注浆，并对其余钻孔进行封孔后方可以从新注浆。
　　3.2、根据补勘报告本次塌方体在隧道洞顶上存在一定数量的空洞，但空洞分布杂乱，大小不一，最大的空洞为8号空洞230m3,6号空洞次之近130m3，其次为9号空洞近103m3，由于7号空洞、8号空洞、9号空洞及10号空洞距离隧道轮廓线较近，对于隧道结构受力存在影响，应在注浆施工前在对其进行吹砂回填。
　　3.3、结合补勘报告进一步的确认塌方松散体范围分布情况，为了保证隧道在塌方体能顺利掘进，必须先对塌方松散体进行注浆固结，使塌体在隧道开挖轮廓外4m的范围内形成一个稳定注浆加固圈。如果塌方体过于松散堆积物组成，注浆孔长过长且易出现塌孔的现象，注浆需要两步进行：
　　3.3.1、在隧道两端洞内进口段及出口段架设临时导向钢架，施作“长管棚”注浆范围为拱顶160℃，外插角为8℃~10℃，管长以双向能有效搭接，形成“人”字受力为前提，钢管间距为40cm，
　　3.3.2、待两端长管棚施做完成浆液凝固以后，长管棚注浆的扩散半径有限为了进一步加固拱顶围岩，需在塌方段范围内进行超前Φ50小导管预注浆，注浆范围为拱顶160℃，注浆管长6m，外插角45℃，钢管间距为80cm×80cm，梅花布置。注浆随隧道开挖过程进行，边开挖边施做。
　　3.4、塌方段掘进要点
　　3.4.1、本段施工应采用机械开挖，并遵循短进尺、早封闭、强支护、二次衬砌紧跟为原则进行，每次开挖进尺应严格控制，不得大于50cm。如在开挖过程中存在掌子面滑塌的现象可根据现场情况采用喷射混凝土封闭掌子面或采用喷射混凝土、钢筋网及小导管压浆固结进行处理。具体情况根据现场情况确定，应采用φ42小导管压浆加固掌子面时可采用如下参数：掌子面喷射混凝土厚度10cm，采用φ6.5钢筋网，φ42(壁厚4mm)小导管间距为1.2m梅花布置，管长4.5m，管口处应设1m长无孔段，当需要连续施做时前后两次搭接长度不小于1m，无水或少水时建议采用水泥单浆液，但具体浆液类型及注浆参数应通过现场试注确定，预注浆参数可参见如下。单夜水泥浆预注浆参数：水灰比2：1,水泥－水玻璃双液浆预注浆参数：水泥浆与水玻璃体积比1：0.1，水泥浆水灰比2：1，水玻璃浓度35Be，模数2.6；
　　3.4.2、导坑开挖施工过程中应通过监控量测数据确定是否采用临时仰拱，一旦发现导坑变形过大，应立即施做临时仰拱增大钢架刚度以保证导坑的稳定性；
　　3.4.3、导坑临时支撑的拆除时间应根据监控量测进行，每次拆除长度不得大于5m，拆除以后应立即施做二次衬砌，
　　3.4.4、由于探测手段存在误差难以完全揭示空腔在塌体内的分布，在施工过程中如发现空洞根据空洞大小，可根据现场情况决定采用泵送C15混凝土回填或C20喷射混凝土回填，一般原则为：小空洞采用C20喷射混凝土回填，大空洞采用C15混凝土回填。保证隧道周边加固圈的厚度；
　　4. 结语；
　　针对合口隧道本次大面积塌方实际情况，根据两次专家论证会既定的临时加固和通过方案，结合处理过程中随时变化的地质条件，通过全体施工质量控制人员和操作人员的不懈努力，历时6个月，合口隧道左线塌方段终于顺利贯通。而它成功处理关键在于吹填砂、长管棚、临时套拱和注桨超前小导管的配套运用，对同地质条件隧道的塌方处理有很好的借鉴作用。
　　参考文献：
　　[1]重庆交通科研设计院主编.公路隧道设计规范.人民交通出版社.2004.7.；
　　[2]史钊等主编. 公路桥梁隧道施工新技术新工艺与验收规范实务全书，金版电子出版公司社.2002.10；
　　[3]重庆公路科学研究所主编，公路隧道施工技术规范，人民交通出版社.1994.11；

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