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公路隧道浅埋段特大塌方的综合处治技术

来源:用户上传      作者: 王中有

  摘要:随着我国社会的发展,综合国力的增强,公路隧道塌方不仅威胁着公路的日常使用,同时还影响了我国交通运输秩序,因而对我国社会的进步有着极大的影响。在此,文章结合实例,分析了浅埋段特大塌方产生的原因,介绍了包括地表排水等一系列的综合技术处理措施,并针对岩溶地区注浆效果差的问题提出了改进措施。处治后的监测结果表明,采取的综合处治技术是可行的。
  关键词:公路隧道 浅埋段 特大塌方 综合处治技术
  0 引言
  某隧道是作为该告诉公路的核心控制工程,在高速公路使用的过程中有着极其重要的作用。在隧道使用的过程中,其上行隧道起讫里程为ZK37+815-ZK41+400,长3585m;下行隧道起讫里程为YK37+815-YK41+395,长3580m,隧道净宽10.5m,净高5m,与此同时,在隧道构建的过程中,两座隧道都处于直线与曲线的位置修建中,且角度处于2.2%的单下坡。
  1 特大塌方事故发生经过
  当隧道开挖至YK40+466处,并完成初支里程至YK40+466,在2次出碴及清理工作面过程中,上导坑左下方出现1处小型溶洞,并发生突泥,方量约10立方米,且掌子面有掉块现象,而洞外已下起了中雨,为安全起见,洞内停止作业,并加强了地表观测。21个小时后,地表塌陷区内的积水和土体突然垮塌,大量地表汇水涌人隧道,洞内突泥及石块涌出的长度约110m,地表形成1个直径30m、深23m的大陷坑,塌方数量为15000立方米,为特大型塌方,致使隧道施工中断,第二天塌方停止。
  2 特大塌方事故原因分析
  事故发生处的地质概况为:表层为第四系土层,主要是黄色亚粘土以及较少的砂岩碎石块,土层厚度为1米到2米之间,层间结合较差,属于块碎状镶嵌结构;基层也属于块碎状镶嵌结构,层间结合较差,主要是灰色白云岩。
  塌方冒顶段的围岩风化程度较重,完整性差,呈现碎裂散体结构,岩体中含有许多亚粘土和软泥,岩溶水丰富,亚粘土呈流塑状态,容易由于岩体失稳导致大型坍塌事故发生。隧址区的地貌形态比较特殊,由山、岭、槽构成独立的单元,塌方冒顶段在槽谷中心,覆盖层厚达22m―28m,地表用于农田灌溉的径流十分丰富,有河流穿过隧道线路,地下水也十分丰富,槽谷区有封闭式的贮水单元,隧道施工破坏了封闭状态,水的作用下极易导致塌方。另外,施工期间受工序安排的影响,在塌方冒顶段只做了初期支护而没能及时做仰拱,没有形成闭环,导致结构受力下容易产生塌方。
  3 综合处治技术
  由于塌方段是农田,地表处理较为困难,考虑到坍塌已经基本稳定,选择洞内外两条线分别处理的方案。具体如下:
  3.1 地表临时排水
  地表临时排水设施时在排水沟施工之前在河流与隧道开挖边界距离50m处的上游做土袋围堰,在陷坑周围10m之外做截水沟连通围堰,截水沟底宽、顶宽、深分别为0.8m、1.2m、0.6m,使用复合防水板做流水断面,从而形成排水系统,以避免河水流入洞内。
  3.2 洞内清淤
  从洞内塌方尾部开始做清淤平台,长30m,高度在2m到3m之间,单侧设置排水沟,排水沟规格为0.5m×0.3m。接着应及时阻止塌方突泥体的扩张延伸,在其阻止的过程中,多采用清淤平台形成特定范围内的高度,且使用隧道外地弃渣来控运隧道坍塌的现状。与此同时,在清淤的过程中,仍需不断推进操作平台,在其操控过程中,平台的高度则依据淤积高度来调整,由此则能充分避免淤积体重新处于下滑或是垮塌的状态。
  3.3 工作面预注浆
  选择超前分段注浆的方法进行工作面预注浆,分段长度为6m,注浆厚度需要保证洞内塌方体以设计拱顶标高以上3m的松散体固结,压力为1.0MPa到1.5MPa之间,使用W:C=1:1的双液浆并添加5%浓度为35波美度的水玻璃,C:S=1:0.6,其扩散半径为0.8m。
  3.4 长管棚施工
  结合塌方冒顶段的地质特点,确定在拱部128°范围进行两次Φ114长管棚施工,管棚钻孔仰角在第一次和第二次分别为1°、5°,中心距为0.4m,长度为18m、25m,使用厚度为8mm的无缝钢管,总计有60个管棚。做厚为0.5m、宽为2.0m的钢筋混凝土套拱,预设2mΦ133导向管。注浆终压为2MPa,速度为30L/min―60L/min,加入1%到3%的缓凝剂,凝结时间在5min到8min,扩散半径为1.0m。
  3.5 开挖与支护
  采用人工开挖,对有基岩出露处等位置可以先进行松动爆破之后再进行人工开挖。开挖选择上中下短台阶分部进行的方式,台阶长度在5m以内,进尺为0.5m,并预留0.2m的下沉量。上半断面预留核心土,采取环形开挖的方式,以确保掌子面安全,下半断面左右错挖,采用马口形式开挖,错开长度处于3m到5m之间,并在开挖后及时清底,以做仰拱形成封闭。
  初期支护选择钢拱架、小导管、钢筋网、C20混凝土的支护体系,钢架使用Φ22螺纹钢筋连接,钢筋间距为1m,C20混凝土厚度为0.25m。初期支护需要及时,尽早喷混凝土封闭,缩短围岩暴露时间,以及时形成受力条件。
  二衬加强处理将主筋从原设计的Φ22换成Φ25,将纵向间距从原设计的0.25m换成0.20m,将衬砌混凝土标号从原设计的C25换成C30。
  3.6 陷坑回填
  管棚基本稳定并且二衬完成后,进行陷坑回填。在陷坑四周修坡比为1:1的坡,在表面做厚为0.1m的Φ8钢筋网并喷射0.1m厚的混凝土,网格规格为0.3m×0.3m,间距0.15m,按梅花形设置砂浆锚杆,锚杆长为3.5m,对锚杆和钢筋网进行焊接。坑内回填弃碴,在回填时必须分层夯实,并使用两层混凝土夹一层复合防水板防渗,在坑顶1m深处使用粘土封闭来防渗,在四周增大3m到5m左右的搭接宽度。为方便排水,应注意形成自然坡度。另外,在陷坑外做排水沟,并确保排水沟流量高于河流丰水期流量,在排水沟每30m处设置沉降缝,将其作为永久性设施。
  4 存在的问题及对策
  受地质条件的限制,注浆量难以控制,必须调整注浆工序和工艺,以提高注浆效果。因此,在注浆时穿插进行管棚孔施工,管棚孔施工前要保证相同水平线下的预注浆已经完成。采用间歇注浆法,将凝结时间改为30s到50s之间,在注浆1min到5min时停40s。
  5 总结
  采取综合处治技术后,观测结果表明采取的技术可行,达到了预期的效果。对该实例总结出的经验如下:隧道施工必须要贯彻“先排水、短进尽、快支护、早封闭、勤量测”的原则,科学组织施工;塌方处理的总原则是安全可靠,快速高效,确保工程质量、不留隐患,力求经济;长管棚施工中,要根据开挖中揭示的情况,重视注浆对地层的改良作用,注浆固结体与管棚的共同棚架护拱作用是确保开挖顺利,防止塌方继续发展的重要因素。
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