注浆导管和模筑砼对畔上隧道塌方的处理

PAGEword文档可自由复制编辑注浆导管和模筑砼对畔上隧道塌方的处理[摘要]湖南邵怀高速公路畔上隧道围岩突变塌方地段，应用注浆导管、模筑砼，结合超前支护的施工方法，综合治理隧道的塌方冒顶。[关键词]畔上隧道塌方冒顶卸载喷射砼管棚超前小导管注浆模筑砼加固1工程概况畔上隧道是一座上、下行合建的四车道双联拱高速公路隧道，位于湖南省邵阳市江口镇东北400m处。隧道起点桩号K93+576，终点桩号K93+900，隧道全长324m。根据地质资料表明，隧道区地表大部分被第四系残坡基层所覆盖，基岩出露较少，下伏地岩属震旦系下统；隧道区域内未发现断层等大的地质构造，基本为单斜构造，产状310°∠75°，与隧道轴线斜交。隧道最大埋深75m，围岩主要为II、III、IV类。而在K93+581～K93+640是III类围岩（K93+609处是初期支护S2a与S2b的交界处），岩层为强风化砂（泥）质板岩，薄～中层状，岩性较软，偶夹硅化砂质板岩，节理裂隙发育，岩体破碎，碎块状结构，围岩稳定性较差，开挖后拱部无支护时可产生较大的塌方。2塌方过程左洞开挖方式采用上下台阶法开挖，从洞口一直开挖到K93+609处都是进行上半断面的开挖，下半断面暂未开挖。在2005年6月3日晚上21：30左右，左洞洞身上半断面开挖至K93+609（此处也正好是长管棚的尾端位置）时，首先在拱顶偏左的位置发生掉块，根据观察掌子面有被挤出的现象，为确保施工安全，随后立即组织人员迅速撤离，施工人员、设备刚刚撤离完毕，也就是在21：45左右掌子面被挤出，而出现大面积的塌方。在塌方趋于稳定后进洞观察，从塌方的最后一榀钢拱架往洞口方向5～6榀拱架，靠近左侧曲墙的位置钢拱架发生严重变形。从山顶观察在K93+609前后地表出现坑穴，其形状为6×12m椭圆形陷穴，深约1.2m；周围有不规则裂缝。3塌方后的临时处理塌方发生后，洞内立即拉运洞渣回填反压，以稳定掌子面；同时在洞内塌方体处喷射一层砼以加固稳定土体；在山顶塌方体处四周挖环型临时截水沟，防止地表水流入塌腔体，同时在塌腔体的上方搭设塑料布棚子，顶部略高，把水引到四周的截水沟内，并和原有截水沟接顺，排到山下。4塌方原因分析4.1畔上隧道进口位于冲沟地段，水系丰富，上覆盖土层较厚且为淤泥质稻田，下伏基岩为强风化层，中为小块石夹土，结构松散，稳定性较差，遇水易坍塌。4.2在施工过程中，开挖断面正好是长管棚的尾部，还没有进入山体，加上土体松散，岩石破碎，雨季施工，土体处于饱水状态，主动土压力较大，对主洞开挖不利。4.3在塌方体前后，左洞山体埋深4～10m不等，开挖时对山体可能产生不同的影响。4.4K93+609为S2a与S2b交界处，洞身穿越地质构造破碎带，围岩是岩石夹杂土，岩石破碎（这与设计上所给地质资料不太相符，有经验的承包商无法不能预见），可能引起地质塌方。5塌方体的处理措施由于塌方体影响范围较大，围岩扰动强烈，塌方体岩石风化较强，且塌方体已经冒顶，塌渣松散而无任何自稳能力，若再次扰动可能造成塌方体继续扩大；为了保证施工安全、迅速通过塌方体，于2005年6月9日召开了专家论证会，根据畔上隧道塌方冒顶的资料和专家们的分析论证，最后确定本次塌方的处理措施为卸载减轻土体对拱顶的压力、小导管注浆加强护壁、长管棚和模筑钢筋砼套拱相结合穿越塌方体，穿过塌方体10m后再回头开挖下半坑道。塌方体处治的施工流程为：卸载、塌腔体四周小导管注单液浆、挂网喷浆护壁、长管棚、立钢拱架、模注钢筋砼套拱、偷梁换柱（换掉变形钢拱架）、开挖下半坑道与支护、底板开挖与支护、仰拱回填、二次衬砌施作。6塌方体的处理6.1洞顶塌方体的四周挖截水沟在塌方体出现裂缝的最外面一条裂缝外侧2m处挖截水沟，然后用7.5#浆砌片石砌筑截水沟，以截断四周的地表水流向塌方体。环行截水沟与原有的截水沟接顺，引至山下。6.2卸载本次塌方冒顶之后，塌方体上面的土体全部松散，围岩失去原有的稳定性，不能在其上注浆对土体加载，只能卸载减轻土体对已经成型的初支（K93+609以前）的压力，卸载的方法是：从洞内塌方体的掌子面K93+609处掏渣，上面的土体往下漏，这样就形成了一个漏斗；每漏下1.5m～2.0m停止卸载（如图1、2），使土体趋于稳定后，返回到塌方体的上面，到陷穴内排除四周的坡面浮土、危石，接着打注浆小导管、挂网喷浆。6.3小导管注浆和挂网喷浆稳固土体在修整好的塌腔体内，首先向四周打小导管，小导管环向间距1m，竖向间距1m，小导管长3.5m，且除小导管外露端1m范围内不打孔外，其余部分都打孔，小孔洞按梅花型布置，间距15cm（如图3），小导管注浆完成且具有一定的强度后，开始挂钢筋网，钢筋直径用Φ8、钢筋网片为20×20cm的方格网，方格网的节点与外露的小导管尾端焊接或绑扎，紧接着进行喷射砼的施工，喷射砼的厚度5cm，且均匀喷射，为了提高喷射砼的早期强度，在喷射砼加入适量的速凝剂，加入速凝剂的比例为4%。等喷射砼的强度达到设计强度的80%时，可以再次卸载，重复6.2的步骤掏渣，然后重复6.3的步骤打小导管注浆，挂钢筋网喷射砼，如此循环往复，直至把塌腔体内的土全部漏下，完成卸载和塌腔体的护壁，以稳定土体，保证施工安全。6.4立钢拱架，浇注钢筋砼套拱此施工段为S2a的支护形式，首先对清空的掌子面喷射砼，防止掌子面掉块，小的塌方，起到稳定掌子面的作用，然后按照50cm的间距立钢拱架，拱架采用20b的工字钢，根据塌方体的纵向长度为3m左右，所以立6榀钢拱架，每完成一榀就用Φ22的钢筋两两连接，环间距为1m。6榀拱架全部完成后，在钢拱架的上面和下面布设双层钢筋网，紧接着在拱架的上面布置半环行钢筋骨架，骨架的高度为100cm（如图4），其次在再下层钢筋网的下面立拱形模板，使其拆模后的模筑砼的内边缘线与初期支护的内边缘线基本一致，以保证二次衬砌的厚度和行车道净空；同时自塌方体K93+609处后退两榀拱架开始增设一层Φ70mm超前钢管，长度6m，间距40cm，直至通过塌方段，进入岩体2.5m以上。拱架、钢筋网模板检查合格后，立即进行砼浇注，砼标号采用C25，浇注砼时，利用砼输送泵从塌方体的上方接下来浇注，浇注的顺序是，先从两个拱脚对称浇注，然后在中间合龙拢；在浇注砼的同时，在靠近内侧拱脚处预埋一D110mm的钢管，管的下端通向中导洞的水沟，上端与砼的顶面平齐，用于排除塌腔体内的水。在浇注砼时，使拱脚的左侧的砼略高于右侧，形成一个坡面，便于塌方体内的水流向PVC管内，再通过中导洞的水沟排出洞外。砼浇注完成后，从Φ70mm的长管尾端向管内注浆，使浆液进入岩体，形成一个环向的稳定体。这样就形成了钢筋砼套拱和长管棚结构，有利于岩体稳定和洞内再次掘进。（图5）6.5偷梁换柱（换掉变形钢拱架）钢筋砼套拱的强度达到设计强度、塌方体稳定后，把塌方时已经成型且变形了的钢拱架换掉，从K93+609处向洞口方向第六榀拱架开始，凿出喷射砼，露出钢拱架，割断与钢拱架连接的钢筋网片和纵向连接筋，拆除变形的钢拱架，刻出沟槽，使其到钢拱架的设计位置；然后把新加工好的钢拱架放进刻好的沟槽内，把钢筋网片和纵向连接筋分别焊到钢拱架上面，最后用喷射砼喷平符合规范要求。等到喷射砼达到设计强度后，再用同样的方法换掉第四、二榀，等砼强度达到设计强度后，在依次换第五、三、一榀，直至全部更换完毕。至此塌方体全部处理完毕。6.6继续掘进塌方体处理完成后，在每榀拱架位置增设4.5m长Φ42mm注浆小导管，环向间距40cm，搭接长度1m，注单液浆对岩体注浆固结。超前支护完成后，采用环形掏槽法以50cm循环进尺掘进，上半坑道向前掘进10m以后，再按照正常的施工顺序，开挖下半坑道与支护、底板开挖与支护、仰拱回填、二次衬砌施作。7作用机