堆積體中偏壓小間距隧道坍塌處治技術-文檔資料

1、堆積體中偏壓小間距隧道坍塌處治技術 文獻標識碼： A 1 工程概況 渝湘高速公路洪 （安）酉（陽） 段某合同段位于重慶市酉陽縣 境內，全長2.6km。標段內龍門隧道為一分離式隧道，右線長 847m左線長845m地形特點限制，隧道只能自進口施工，左 右洞出口軟弱、 破碎偏壓圍巖出洞。 另因項目地處西南重慶巖溶 發(fā)育地區(qū)，隧道地質多變，施工難度較大。 2 堆積體中偏壓小間距隧道坍塌及原因分析 項目內龍門隧道右線出口段（約150m），均位于松散堆積體 上，所處山體存在偏壓，如下圖 1 所示。且龍門隧道設計為小間 距隧道（左右線間距邊至邊僅 9.5m） ，施工中雖然慎之又慎，但 仍由于松散偏壓的復雜地

2、質， 設計支護參弱等原因發(fā)生坍塌。 本 文以該隧道為例，簡單對施工處治經驗教訓進行總結與反思。 2.1 地質情況 龍門隧道出口段為寒武系宋家場組細砂巖， 巖體強風化， 破 碎，自穩(wěn)能力極差。洞口段有 415m厚坡殘積亞粘土和松散碎 石土。隧道出水形式以潮濕或滴水為主， 雨后掌子面出現小股水 滲流情況。 2.2 施工情況 龍門隧道右線施工進入砂巖段后采用上、 下臺階法施工， 至 距出口 30m處時(YK52+640-670段)采用CD法施工。上斷面左側 壁導坑于2008年9月12日貫通，此時下斷面距上部 70m,二次 襯砌已跟進仰拱距下臺階 40m。 龍門隧道右線在 YK52+535-575、Y

3、K52+620-635段開挖支護 后，受連續(xù)陰雨天氣及前方施工影響，多次出現拱頂沉降速率 4-5mmd 情況，并伴有初支噴混凝土環(huán)向開裂。施工、監(jiān)理、 設計及業(yè)主進行了現場查看，按設計意見在 8 月 9 日與 27 日對 YK52+535-575、YK52+620-635段進行了兩次徑向施作 42小導 管注漿加固處理。由于進行注漿加固時，前方停止開挖作業(yè)，拱 頂沉降速率均顯著減小至 1-2mm/ d。但前方恢復施工后，該處 沉降及變形僅繼續(xù)發(fā)展，拱頂沉降速率仍3-5mmd。 YK52+550-560段部分噴射混凝土保護層脫落，原支護格柵拱架 受力彎曲，并出現多條環(huán)向裂紋。8月31日襯砌至YK5

4、2+560處。 為保證安全減小施工影響， 9 月 1 日后洞內僅進行左側導洞開挖， 并于 9 月 12 日左側壁導洞貫通。 2.3 坍塌情況 導洞貫通后，自出口進行反向開挖上臺階。 9 月 12 日至 15 日受陰雨氣等影響，量測結。 果顯示YK52+581 +645處拱頂沉降速率45mrjZd,初支 噴混凝土再出現環(huán)向裂縫。 項目部將情況匯報各方后， 經設計同 意后，9 月 15 日對 YK52+600-YK52+640段、YK52+575-YK52+590 段進行小導管鉆孔施工,準備再次進行注漿加固時, Y K52+565-YK52+585段突然發(fā)生初支破壞坍塌（此段拱頂埋深約 53m已坍

5、通至地表）。塌體為松散碎石土，無機械損失無人員傷 亡 （ 人員自導洞撤出 ） 。由于山體偏壓及出口段土體坡積松散， 2008年9月16日，YK52+64A 655段左側導洞受 Y K52+565-Y K52+585段坍方影響在偏壓山體應力調整過程中坍 塌。 2.4 坍方段支護結構說明 龍門隧道右線施工至 YK52+530處時，原設計為IV級圍巖， 采用3根 22鋼筋花拱架支護，間距1m無超前支護。實際開 挖圍巖與原設計出入較大， 為強風化砂巖， 節(jié)理發(fā)育，裂隙夾泥， 自穩(wěn)能力較差。 我部開始會同各方要求進行變更加強支護， 項目 要求變更為 118 工字鋼加強支護，未果后仍采用 4 根 22 鋼

6、筋 花拱架支護，間距75cm增加4.5m長超前小導管，間距40cm, 每2.25米施作一環(huán)。在施工YK52+576處掌子面拱頂發(fā)生大塊坍 落后，業(yè)主代表方同意拱架采用118工字鋼自YK52+575處開始 但仍按間距75cm支護。施工至YK52+580后，方按118工字鋼拱 架間距50cm進行支護，4.5m長超前小導管，每1米施作一環(huán)， 變更至出口。 2.5 坍方原因分析 2.5.1地質原因。圍巖在 Y K52+550處變化較大，由灰?guī)r變 為砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理將巖體縱橫向切割成塊狀，中間有 黃色泥質填充物，呈潮濕狀。在YK52+575處圍巖全部為碎石土， 降雨后圍巖由潮濕變?yōu)榈螡B水。 堆積

7、碎石土夾強風化砂巖， 結合 松散，整體性及自穩(wěn)能力極差。 2.5.2 支護結構與地質變化不匹配。隧道開挖后，圍巖應力 調整，松散壓力增大。支護結構屬柔性支護，存在徑向收斂，圍 巖壓力進一步加大， 表現為支護結構不收斂， 出現快速變形恒 速變形突變的曲線特征。 雖然在恒速變形階段采取了注漿加固 的措施，但加固范圍較小， 圍巖自身承載能力沒有， 結構較弱 （ 洽 位于鋼筋拱架與工字鋼拱架交接處 ） ，發(fā)生坍塌。 YK52+565-585 坍塌后， 拉動兩側結構變形， 至使偏壓側壓力最大處洞口側導洞 垮塌。 3 坍塌處治方案 3.1 坍方處治概況 隧道坍塌后， 業(yè)主方行動迅速， 及時組織相關專家在坍

8、方后 15 個工作日內即進行了處治方案討論會。簡單分析原因后，由 設計方重新進行處治設計。 3.1.1 坍方處治設計概況。坍方處治設計分三部分，首先對 地表坍穴進行回填及防排水處理， 防止地表水下滲造成進一步破 壞。然后分別自洞內及出口兩個方向處理兩個坍方段。 洞內采用 長短結合超前支護方式，利用兩環(huán)15m長R51N自進式管棚與5m 長 42小導管配合。拱架采用120b工字鋼加強支護，仰拱封閉 成環(huán)。進行系統(tǒng) 42小導管注漿加固。二襯采用鋼筋混凝土加 厚至80cm洞外采用35m長 108大管棚超前支護，洞口地表 進行注漿加固山體。 3.1.2 坍方處治施工總體順序。先地表處理，再雙向施工， 即

9、出口處理加固與洞內坍體加固與開挖相向同時進行。 3.1.3 坍體處理原則。先加固，后拆除換拱處理。 3.2 坍方處治具體措施 3.2.1 臨時處理措施 地表防水處理。坍穴四周及下口處先挖好排水溝 （30cm*30cm），覆蓋彩條布臨時覆蓋，防止雨水下滲造成坍塌繼 續(xù)擴大。地表坍穴回填。首先人工刷坡對洞外塌穴進行回填、 夯實，達到刷坡平順穩(wěn)定，坍穴回填平實不積水。坍體封閉。 YK52+580坍穴回填后表面進行人工裝土袋堆碼封閉。Y K52+640 處坍穴采用掛鋼筋網噴射 C20混凝土 20cm厚進行封閉，防止雨 水下滲。 3.2.2 地表加固 先在左、右洞出口隧道頂部山體及隧道出口處進行地表注漿

10、 加固。注漿管采用 42鋼花管（梅花型布孔 6mm間距15cm, 加長時兩根間進行焊接）。洞口處鉆孔深9m間距1.5m，梅花型 布置。左洞 ZK52+640-660 共 20m及右洞 YK52+640-670 共 30m, 洞頂山體鉆孔深度自地表至隧道開挖拱頂上2m孔間距2m梅花 型布置。漿液采用水泥漿，注漿壓力控制在 1.5-2MPa（ 每孔每米 暫按 0.6 方控制 ） 。 另對龍門左右線間山體（ZK52+640-660右側）共20m（布 4排） 及右線右側（YK52+640-670）共30m布3排），采用 108鋼管進 行注漿加固。間距2m梅花型布置，深度自地表至隧道仰拱底。 漿液采用水

11、泥漿，注漿壓力控制在1.5-2MPa（每孔每米暫按1.8 方控制 ） 。以加強注漿起到鋼管樁作用，利于左洞二襯結構穩(wěn)定 及右線施工安全。 3.2.3 洞內坍體處理 初支加固。先對洞內塌方體進行噴射10cm混凝土封閉， 以保證注漿時不漏漿。 然后自坍體坡腳或初支開裂處安設臨時支 撐。支撐采用 118 工字鋼拱，與原拱架間距 0.75m 相同交錯，支 撐拱縱向排距縱向采用 22 連接筋相連。每節(jié)支撐拱拱腳加設 5m長 42鎖腳導管，底部拱腳木板墊實，以加強穩(wěn)定。每榀臨 時支撐拱橫向間距2m加設豎向 80鋼管支撐，及剪刀撐。豎向 支撐拱腳全部人工平整墊實， 相接處焊牢， 以形成整體結構受力。 臨時支

12、撐安好后，采用 42鋼管搭設腳手架作業(yè)平臺，對拱架 變形部施作徑向 42小導管，導管長5m,排距0.75m，環(huán)向間 距 0.8m 梅花型布設。然后進行注漿加固，漿液采用水泥漿，注 漿壓力控制在1.0-1.5MPa。換拱應在臨時支撐完成及注漿加固 穩(wěn)定后施工。 即將變形破壞的拱架移除一榀， 立即補立鋼拱一榀。 每節(jié)拱架拱腳加設2根5m長鎖腳導管，自工字鋼中間穿過并與 拱架焊牢。超前支護。Y K52+565-590段采用長短結合超前支 護。長管棚采用15m長R51N自進式錨桿，分別自 YK52+570 YK52+580打入，搭接長度5m管棚環(huán)向間距35cm,外插角為1 度，范圍124度（即每環(huán)41

13、根）。注水泥漿，壓力按2-3Mpa控制。 短管棚采用 42小導管，長5m環(huán)向間距35cm,與R51N自進 式錨桿間隔布設，外插角 45 度，范圍 180度（即每環(huán) 58根），每 1.5m施作一排。漿液采用1：水泥漿，注漿壓力控制在0.5-1Mpa。 開挖。坍體采用人工開挖，三臺階法施工，上臺階開挖留核心 土。開挖預留變形量為12cm仰拱工字鋼封閉成環(huán)。開挖順序 為：拱部開挖初支 （留核心土噴混凝土 ） 豎向加設臨時支撐中 臺階立拱初支 （ 左右錯進 ） 一下臺階開挖支護 （ 左右錯進 ） 仰拱 開挖拱架成環(huán)（逐榀）。支護。拱架支護采用120b工字鋼拱架， 每榀間距 0.5m。 22 連接筋、

14、6.5 鋼筋網加強布設為雙層； 按設計施作25cm厚C20噴射混凝土。鎖腳導管。每節(jié)拱架相 接處增設2根 42mm鎖腳小導管，長度5米。鎖腳導管施工時， 自工字鋼拱架中部開孔穿過，并與拱架焊牢，嚴格注漿。徑向 導管注漿加固。 在每步初支完成后， 立即按處治設計施作徑向小 導管注漿加固，從而抑制圍巖變形。襯砌。在開挖仰拱及填充 完成后及時澆筑二襯混凝土，然后再向前開挖。 3.2.4 出口處舡 管棚超前支護。出口 YK52+640-670段，先自洞口處施作 4榀間距60cm的120b工字鋼并澆筑混凝土作為套拱。并按設計 布設導向管，然后施作長35m的 108超前大管棚。為增加管棚 剛度，在管棚內中

15、穿鋼筋籠。鋼筋籠采用外徑 38 鋼管，四周 均布焊接 4 根 20鋼筋。大管棚 （含中間鋼筋籠 ）安裝完成后及 時進行注漿。開挖前再按設計施作 42超前小導管。CD法開 挖。由于YK52+640- 670段按偏壓設計，仍按 CD法施工。由于 原先施工的左側導洞已經完成， 故自出口開挖時， 先行施工右側 （ 襯砌加厚側 ） 導洞。 側導洞施工時分上下臺階開挖， 每節(jié)拱架拱 腳加設5m長 42鎖腳導管，自拱架穿過并焊牢。同步逐榀換除 左側變形側導拱架，下臺階錯進開挖。其它。系統(tǒng)注漿加固， 襯砌等施工同前。 3.2.5 兩坍體間施工 YK52+590-640段，加設系統(tǒng) 42注漿小導管加固，注漿導 管長度為3.5m，縱、環(huán)間距為1m*1m漿液采用水泥漿，注漿壓 力1.02.0Mpa（每孔暫控按0.81方），從而抑制圍巖變形。對 原工字鋼拱架局部變形處進行局部逐榀換除， 然后左右錯進開挖 下臺階，仰拱及時跟進；按原二襯厚度35cm變更增加鋼筋進 行二襯鋼筋混凝土緊跟。 3.3 關鍵機械 處治坍方過程中特別值得一提的是， 由于處理坍方嚴禁爆破