隧道塌方處理加固技術(shù)探析
2015-07-20
隧道塌方分析
對于隧道塌方來說，其原因是多種因素單一或者共同造成。其中與隧道本身所處地段的地質(zhì)條件等密切相關(guān)，尤其是對于埋深較淺屬于淺埋偏壓地段，常年受雨水侵蝕，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈全風(fēng)化狀。同時坍塌段粉質(zhì)黏土本身自穩(wěn)能力較差，坍塌及洞身開挖處理后產(chǎn)生卸荷裂隙，將土體切割成塊狀，塊體接觸面比較平整、光滑，黏結(jié)力較差，同時受兩個多月以來連續(xù)降雨影響，地下水的下滲作用使土體軟化，圍巖力學(xué)性質(zhì)降低，特別是裂隙間的摩擦力降低，致使隧道出現(xiàn)坍塌事故。另外，隧道坍塌出現(xiàn)原因是未對隧道采取合理的支護(hù)處理。
工程實例
某隧道對地表塌坑進(jìn)行分層回填夯實處理，同時在隧道左側(cè)邊墻外側(cè)施工4排φ108注漿鋼花管樁，隧道拱部施工φ89超前管棚進(jìn)行加固處理。準(zhǔn)備利用2榀HW175型鋼作為導(dǎo)向墻施做超前大管棚，之后由于受到暴雨影響，隧道再次出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，塌方量約為500m3，某段地表出現(xiàn)陷坑，面積約180m2，深度約5米。根據(jù)現(xiàn)場條件、施工現(xiàn)狀以及所處段落的地質(zhì)條件分析，擬采取地表處理與洞內(nèi)處理相結(jié)合的原則。
?。?）對隧道洞內(nèi)塌坑采取的處理技術(shù)。針對目前該隧道地表坍塌已回填，洞內(nèi)形成一個長約6m，高6.4 m，橫向弧長約5 m的塌坑，為了對地表高壓旋噴提供作業(yè)面，必須對洞內(nèi)塌坑進(jìn)行封閉處理。首先對塌坑進(jìn)行噴射砼多次封閉，封閉厚約30cm后采用Φ42mm的鋼管進(jìn)行密排支護(hù)，鋼管靠近支護(hù)側(cè)焊設(shè)于支護(hù)鋼架頂面，前方靠近土體，再噴射砼約30cm進(jìn)行封閉，在施作過程中預(yù)留Φ110mm回填注漿管，采用泵送砂漿回填密實。
?。?）通過對隧道洞內(nèi)的坍方體坡面采取加固處理，以有效地保證地表處理時的安全。在進(jìn)行地表處理之前先于坍體坡腳進(jìn)行簡單的處理，并噴15cm厚的混凝土封閉，在洞內(nèi)坍塌體采用長度不小于6米φ42小導(dǎo)管（管壁鉆孔，間距30cm，梅花型布置）打入坍塌體內(nèi)，間距按1.0＊1.0梅花形布置，采用水灰比1：0.6～1:1水泥漿每個孔按先稀后濃法進(jìn)行注漿處理，固結(jié)約24小時后襯砌臺車進(jìn)行退出至已襯二襯地段外約2版處。避免地表處理時發(fā)生新的溜坍，危及地表設(shè)備和人員安全。
?。?）對隧道坍塌體地表采取預(yù)加固處理。在處理坍塌體時鑒于該隧道再次發(fā)生坍塌，并在地表形成陷坑，地表坍穴邊緣為隧道中線左側(cè)約10，右側(cè)約8m，長約15m，受坍方的牽引，地表左側(cè)出現(xiàn)多處裂縫，根據(jù)地表開裂情況，土體均受到擾動同時均受到地下水的影響，土體變的更加松散、穩(wěn)定性差，受施工條件限制，從洞內(nèi)進(jìn)行加固，其施工安全性及可靠性相對較小，而通過地表對受擾動地段土體進(jìn)行加固，可改善土體力學(xué)性質(zhì)，地表加固后洞內(nèi)施工風(fēng)險相對較小，且安全可靠。對地表陷坑進(jìn)行分層夯填，為防止大量雨水由陷坑流入隧道內(nèi)，造成大面積坍塌現(xiàn)象，故立即對陷坑進(jìn)行分層夯填，并預(yù)留出不小于5%排水坡，在塌陷區(qū)外側(cè)設(shè)置截水溝。
?。?）對隧道左側(cè)邊墻外側(cè)設(shè)置4排φ89鋼管抗滑樁，間距1.0*1.0m，梅花型布置，并進(jìn)行注漿。對坍塌松散體采用高壓旋噴樁加固處理技術(shù)，考慮到本隧道坍塌體范圍大部分為粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)粘土夾塊石，整治范圍隧道拱頂埋深最小處18m，最大處達(dá)到22m。如仍采用鋼花管注漿在所處的地質(zhì)條件無法達(dá)到理想的加固效果。而采用高壓旋噴注漿，施工簡便，在粘性土及塊石土中加固效果好，可以增大土體摩擦力和粘聚力，改善其性質(zhì)，確保洞內(nèi)施工安全及結(jié)構(gòu)安全。
根據(jù)現(xiàn)場形成坍塌體以及地表裂縫情況，綜合洞內(nèi)情況所采用的處理措施具體考慮如下：對于隧道縱向長度段20m，其坍塌物松散，該范圍地表處理需及時實施。而DK141+240～DK141+265段30m，考慮到原該已鋼花管進(jìn)行地表注漿加固，靠近右側(cè)增加3排φ89注漿鋼花管，縱向間距1.0，橫向間距1.0。為坍塌體確保洞內(nèi)清方形成作業(yè)空間的安全，加固深度控制在初支頂面，在坍塌坑范圍隧道開挖輪廓線深入仰拱底部。旋噴樁高壓水泥漿的壓力應(yīng)大于20Mpa。水泥漿水灰比宜為1.0～1.1。在制作水泥漿時，可適當(dāng)摻入外加劑。高壓旋噴樁施工步驟包括鉆機(jī)就位、鉆孔、插管、高壓噴射注漿、拔管、清洗。噴射管與高壓注漿泵的距離不宜大于50m，鉆孔位置與涉及的偏差不得大于50mm。分段噴射注漿的搭接長度不得小于300mm。在卵石土、碎石土和角礫土等較硬的土層中，應(yīng)先采用Φ110mm鉆機(jī)引孔后旋噴注漿。地表預(yù)加固結(jié)束后，應(yīng)及時在地表建立完善的地表觀測網(wǎng)，觀測網(wǎng)格尺寸10m×10m。應(yīng)對各監(jiān)測點進(jìn)行閉合測量。
?。?）對隧道地表處理完成后，清理坍塌體同時在DK141+225.1-DK141+226.1立3榀HW175型鋼鋼拱架，在拱架外側(cè)焊接φ120導(dǎo)向管（間距40cm），并在每榀拱架上增加鎖腳錨管進(jìn)行加固（每榀拱架鎖腳錨管不得小于4根，長度不小于5米，鎖腳錨管必須采用L型鋼筋與鋼拱架焊接牢固），最后噴射C30混凝土作為導(dǎo)向墻使用。超前大管棚采用φ108鋼管，設(shè)置范圍為拱部180°范圍內(nèi)?？紤]到鉆機(jī)工作臂長5m,二襯已施作至DK141＋223.1，空間較小，大管棚外插角較大，達(dá)22°左右，但此環(huán)大管棚必須穿過坍塌體，故管棚長度取20m，且換拱過程中防止因管棚下方土體掉落，根據(jù)旋噴樁施做固結(jié)效果，配合單或雙層φ42小導(dǎo)管支護(hù)。第二次管棚施作，必須確保大管棚搭接不小于5 m，在DK141+234開始施作一環(huán)20 m長的φ108大管棚。環(huán)向間距40cm，設(shè)置范圍為拱部140°，外插角5°左右。
?。?）對隧道采取三臺階法開挖坍方段，每級臺階長度不超過3m，其拱腳處須擴(kuò)大至60cm，拱部根據(jù)大管棚及高壓旋噴樁成樁加固效果，根據(jù)開挖揭示是否采用單或雙層超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管采用Φ42鋼花管并壓注水泥漿超前支護(hù)；型鋼在坍塌體范圍段（即DK141＋224.6～DK141＋232.6段）采用HW175型鋼，鋼架間距0.5m；DK141＋232.6～DK141＋236段）采用HW175型鋼，鋼架間距0.6m，段；DK141＋236～DK141＋246鋼架采用I22a型鋼，間距0.6m，DK141＋246之后根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及地表加固效果再定采用I18 a 或I20a及其間距。每處拱腳設(shè)不少于4根鎖腳錨管，二襯在第二環(huán)大管棚施作后應(yīng)及時施作DK141＋223.1～DK141＋229.1段二襯，確保施工時坍塌體安全。
隧道塌方處理效過程的安全措施
對于隧道塌方處理來說，隧道本身的安全性不滿足才導(dǎo)致塌方的出現(xiàn)，因此在處理隧道塌方過程中，采取有效的安全質(zhì)量保證措施是隧道塌方處理的重要保障。對參加處理施工的施工人員，進(jìn)行安全質(zhì)量教育，增加安全質(zhì)量意識，提高施工人員的技術(shù)水平；同時對隧道塌方處理的每道工序應(yīng)當(dāng)對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，使施工人員知道所施工的工程規(guī)范要求和標(biāo)準(zhǔn)，并把要求和標(biāo)準(zhǔn)落實到位，控制在誤差范圍內(nèi)；對于塌方處理所采用的各項材料，必須是經(jīng)過檢測合格材料，否則一律不得使用；同時應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行檢查報驗程序，在處理塌方的每道工序施工完后，經(jīng)自檢、互檢、專檢合格再報監(jiān)理復(fù)檢合格后同意進(jìn)行下道工序施工，方可進(jìn)行下道工序施工；在整個隧道塌方處理過程中應(yīng)當(dāng)必須有一名安全員全程跟班作業(yè)，觀察掌子面如發(fā)現(xiàn)異常情況立即組織施工人員撤離，防止發(fā)生安全事故。同時在處理塌方過程中，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)塌方段圍巖監(jiān)控量測，塌方段每3米設(shè)一個監(jiān)測點，處理完成后立即布設(shè)。一開始每4小時量測一次，并做好記錄，及時反饋數(shù)據(jù)，隨時掌握圍巖變化情況，采取措施，確保施工安全。
結(jié)語
通過對本隧道塌方處理，加強(qiáng)了施工措施，從工程實踐上取得了較好的效果，隧道已經(jīng)順利施工，有效地滿足設(shè)計要求。結(jié)合實踐經(jīng)驗，筆者建議對于隧道塌方處理應(yīng)當(dāng)重點是穩(wěn)定圍巖、固結(jié)塌體、同時采取穩(wěn)步推進(jìn)方式。而且在對隧道塌方采取處理時應(yīng)當(dāng)采取安全可靠措施，確保人員機(jī)械設(shè)備的安全。
