某隧道塌方段施工处理

PAGEPAGE8某隧道塌方段施工处理1工程概况某隧道为分离式隧道，长1714m（左洞长1728m，右洞长1700m），是某高速公路的主要控制性工程之一。设计净空为12.52m×5m，曲墙复合式衬砌结构。按新奥法施工，进出口段采用大管棚、超前小导管、型钢支撑或超前锚杆、钢格栅拱架成洞。隧道特点：(1)、场区为丘陵地貌，山坡坡度约10～30°，植被较发育。中部山脊走向近南北向。未见崩塌、滑坡等地质灾害。(2)、隧道岩层走向与隧道轴线大角度相交，间有断裂及向斜构造分布，岩层层理、裂隙发育，易产生坍塌和掉块。(3)、隧道进出口段约ZK27+273～ZK27+687.5及ZK28+719～ZK29+014；YK27+265～YK27+644及YK28+752～YK28+970段见风化凹槽，地层岩性为砂土状及碎块状强风化熔结凝灰岩层，厚度大，地层渗透系数大，属强过水通道水量丰富估算涌水量约达2673m3。洞室埋深浅，大部分处于埋深小于40m的浅埋地段。侧壁易失稳，拱部无支护时易产生坍塌。(4)、隧道地下水主要风化层孔隙裂隙水和基岩裂隙水，受大气降水及地下水侧向补给，水量贫乏，但隧道中部的构造断裂带位于小山谷旁，富水性较好。勘察期间对钻孔进行稳定水位恢复观测，未见涌水等地下水发育迹象，但隧道大部分穿行于粉砂岩、泥岩区，层理裂隙发育，且本隧道发育有多条断裂带，为潜在的良好透水带。图一2隧道塌方情况图一某隧道平均长1714m(里程桩号为ZK27+277～ZK29+005，YK27+270～YK28+970)，进出口结合大管棚、超前小导管、型钢支撑或超前锚杆、钢格栅拱架成洞。Ⅴ级围岩采用机械配合人工进行挖掘，Ⅳ～Ⅲ级围岩施工均采用光面爆破技术。2007年11月26日，某隧道开挖到ZK28+810、YK28+831掌子面，隧道坍塌冒顶（见图1），塌方高达到36m，塌方范围为ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。2007年11月28日，参建四方代表在现场确定采取超前中管棚进行预支护处理方案：增加超前中管棚进行预支护，稳定围岩，加固塌方体，把空洞处理后再开挖掌子面。3隧道塌方原因分析经过对塌方现场进行了调查分析，认为导致隧道塌方原因为：3.1对新奥法理论认识不足新奥法理论要点：(1)、隧道的开挖尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用；(2)、根据围岩特征，严格按照设计图纸提供支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性支护如钢拱架，喷射混凝土和锚杆等，做好注浆工作，以控制围岩的变形和松弛；(3)、在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性；(4)、在软弱围岩中，二次衬砌紧跟掌子面，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高了支护体系的安全度；(5)、通过对围岩和支护结构进行动态观测，合理调整开挖步序和初支参数。某隧道实际施工中没有很好的以新奥法理论为指导,监控量测工作不到位。未按规定进行量测,信息反馈不及时,导致决策失误,措施不力而造成塌方的现象。3.2不良地质及地下水影响造成的塌方地层岩性为砂土状及碎块状强风化熔结凝灰岩层，厚度大，地层渗透系数大，属强过水通道水量丰富估算涌水量约达2673m3。水渗入围岩，使软化系数大的岩石强度降低，使结构面的抗剪强度减小，导致塌方。洞室埋深浅，大部分处于埋深小于40m的浅埋地段。塌方处地表个人工采土开挖遗留的坑槽，开挖范围较大，未采取防护措施。3.3采用施工方法和措施不当(1)、虽然采用双侧壁施工，但侧壁位置不当，致使左右导洞过与“狭窄”；施工支护不及时；围岩暴露过久，产生过度位移引起围岩松动、破坏；侵限地段钢支撑抽换操作不当且进展缓慢，致使二衬施工滞后，忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征。当开挖距离小于隧道开挖宽度时,围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形,而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的"空间效应"的影响，即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳，当这个距离为1.5～3倍开挖宽度时，“空间效应”的影响完全消失，初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来，围岩急剧变形，极易引起塌方。(2)、施工过程中存在的工艺操作不符合施工技术规范要求，施工管理不到位，质量意识，安全意识不强也是造成塌方的重要原因，施工中存在较多质量问题：锚杆长度不足；锚杆砂浆不饱满，强度尤其早期强度不足；喷砼强度、厚度达不到设计要求；钢支撑未完全由喷射砼包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙；钢支撑未置于稳定坚固的基础上，未按照施工要求进行2根3.5m长注浆小导管锁脚。以上问题直接造成支护抗力未达到设计要求或围岩未粘结紧密使无弯矩结构产生弯矩而导致塌方。4隧道塌方处理2007年11月26日，塌方事故发生后，及时对塌方体进行处理，对塌方体表面喷一层20cm厚的C25早强混凝土并挂网将塌方体封闭，然后进行超前小导管注浆预支护加固，稳定围岩。塌方范围从ZK28+810～ZK28+818，YK28+831～YK28+848。针对现场塌方的实际情况，对受塌方影响的初期衬砌裂缝地段进行加固，并及时施作二次衬砌。对塌方体进行加固处理，对地表进行封闭。4.1开裂、侵限段落的加固处理塌方事故直接影响初期支护拱体长达7～19m，拱顶初期支护下沉变形较大，出现多条较大裂缝。为了防止塌方范围继续扩大，以及防止前端的初期衬砌支护下沉变形加大，对初期衬砌裂缝地段采取了如下加固措施：(1)、对桩号ZK28+818～ZK28+837，YK28+848～YK28+855的初期支护，拱部增设径向∮50×5mm小导管，呈梅花型布置，间距为100㎝×100㎝。施工后及时注浆以加固围岩，防止洞室周围围岩塑性区进一步扩展。通过监控量测结果可以看出小导管注浆后围岩变形减少，达到了预期的效果。(2)、先对每榀型钢拱脚底部每侧各施打向下45°的2根3.5m长注浆小导管锁脚，然后用工字钢做临时支撑，工字钢(或槽钢)做底梁。待钢支撑施工完毕后，设水平横向支撑形成环，工字钢用∮25钢筋纵向连接，环向间距为1.0m。工字钢按70cm间距安装，加设楔形木垫于喷射混凝土与型钢之间塞缝。(3)、未塌方段由于受到塌方体的影响，紧邻塌方体10m范围的周壁围岩发生较大变形，严重侵占了二次衬砌5～10cm的空间，最薄处只有40cm厚。为了确保二衬尺寸，对侵限地段已经施工完毕的工字钢支撑进行了抽换。抽换采取间隔抽换，型钢更换后，对侵入二衬范围的喷射砼进行凿除；满足设计初支厚度后进行重新补喷。然后再进行二衬的正常施工。4.2塌方整治总体方案塌方体围岩结构属于V级围岩，塌方体厚度为8～17m，高度为36m（不含隧道高度，见图1），塌方空腔较大。在处理、加固好未塌方段后，在做好隧道地表排水和保证安全的前提条件下，按照下列方案和工艺过程进行塌方体处理。4.2.1加强对塌方体的监控量测对洞周、塌方范围进行定时、定位的观测，随时掌握塌方体动向，并将现场数据进行回归分析，以便对围岩稳定进行分析，修正和完善抢险方案。4.2.2洞内塌方影响段处理(1)、对塌方体表面喷一层20cm厚的C25早强混凝土并挂网将塌方体封闭，保持塌方体稳定。在塌方体下部打入∮50×5mm钢花管，以利塌方体内排水工作。(2)、在塌方影响段内施做∮89×6mm超前注浆钢花管，环向、纵向间距分别为50cm和100cm，扇形布置，外插角为15°、30°、45°，长度为18m。(3)、待塌方体注浆固结强度及超前支护强度达到设计要求后，方可对塌方段进行开挖。严格采用双侧壁导坑，必要时加上下台阶法进行掘进，逐段清理塌方体并开挖到设计轮廓线后，随即喷射5cm混凝土，架设22a工字钢支撑（间距为50cm）。并用注浆小导管锁脚（每处施做两根3.5m长∮50×5mm小导管），必要时可施工临时仰拱（现浇20cm厚C20砼）。钢支撑架设后应立即复喷到位。(4)、初期支护采用∮50×5mm小导管（长为5m，外插角为60°），小导管纵、环向间距皆为1m和挂网喷C25砼（厚30㎝），22a工字钢支撑（间距为50cm）。(5)、二次衬砌比原设计有较大加强，厚度按60㎝施做，混凝土标号采用C30钢筋混凝土，钢筋直径采用∮25mm，间距为10㎝。(6)、注浆：为了保证水泥浆液在土体中一定范围内扩散，注浆材料采用C30细粒水泥浆，注浆压力为3.0MPa。施工时注浆量根据现场试验进行确定。注浆时先拱墙，后拱部，并采用隔孔注浆方式。注浆结束标准，注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆15min以上；注浆量一般为20～30L/min以下。(7)、初期支护完成后，仰拱紧跟施作，尽快形成初支闭合环，并要求二衬衬砌紧跟，使塌方体变形小并保证塌方体稳定。侧壁临时支护拆卸前必须对注浆过的围岩钻孔取芯，通过检测注浆效果，若注浆效果达不到要求，须重新补注加固。4.2.3洞顶地表处理前期已经对地表进行过注浆处理，故本次处理较为简单。(1)、修筑洞顶塌陷坑周边的截排水沟，以阻止地表水继续向塌方区汇集。(2)、在山体周边表面裂缝填灌C20水泥浆（上边大裂缝可用粘土填筑，表面再用水泥砂浆隔水），回填地表凹陷并夯实清楚，在其上喷一层厚20㎝的C20早强混凝土将塌方体封闭，保持地表塌方体的稳定。4.3塌方处理的施工要求(1)、监控量测要求，先期监控频率每班监控1次，待变形基本控制住后可1次/天，及时向业代处和总监办汇报监控结果。(2)、遇到突发事件，立即采取应急处理措施。在施工过程中，应确保施工安全，采用3班工作制，安全员应随时注意观察围岩变化。若有突变，所有人员必须立即撤离。应加快处理速度，以尽量减少裂缝发展。5结论通过某隧道塌方的处理得到以下体会：(1)、加强在隧道施工中实践中对新奥法原理的理解和实施。“设计―施工―量测―设计”是新奥法的根本所在，属动态信息管理。加强监控量测工作，按规定进行量测，科学分析，信息及时反馈，指导工程施工。尤其在Ⅴ、Ⅳ级的围岩施工中，该项工作显得更为重要。(2)、在Ⅴ、Ⅳ级软弱围岩含水地段开挖施工中，应严格遵循“短进尺,弱爆破,紧支护,勤量测”的指导方针。实践证明，及时支护并初喷4cm厚砼封闭的施工工序至关重要，可避免隧道开挖后围岩暴露过久极易产生风化作用而降低其强度和稳定性，使支护和围岩作为一个统一的整体共同工作，降低塌方事故发生的可能性。(3)、公路软弱围岩段隧道施工必须早封闭成环及紧跟二次衬砌，使其与初期衬砌共同参与受力。避免初期支护被压垮，导致隧道塌方。(4)、隧道塌方后，必须迅速、及时的处理现场塌方，科