浅埋偏压段（精选十篇）
浅埋偏压段 篇1
关键词：斜坡,抗滑桩,浅埋偏压隧道
1 工程背景
芭蕉特长隧道是包茂高速安康至陕川界 (毛坝) 段的控制性工程之一, 为分离式隧道。左、右洞起讫桩号分别为ZK271+624~ZK274+638, YK271+636~YK274+632。洞门采用端墙式, 出口段两洞室轴线间距约16 m, 其中左洞出口段ZK274+600~ZK274+638存在浅埋及偏压情况。
地层岩性覆盖层主要由上覆残坡积 (Qedl) 含碎石角砾粉质粘土、崩坡积 (Qedl) 碎块石、滚石夹粉质粘土构成, 下伏基岩地层由志留系下统陡山沟组 (S1ds) 绢云母板岩等构成。
2 初期施工情况
右幅出口YK274+500~YK274+550段于2009年6月衬砌施工完毕, 2009年11月份发现该段衬砌出现环向开裂, 左幅出口ZK274+540~ZK274+580段于2009年11月初支施工完毕, 当月下旬发现该段出现支护开裂, 拱架变形现象, 随即对左洞支护段落进行周壁小导管注浆加固, 右洞衬砌段落进行仰拱地表注浆加固。2010年3月, 左洞相应段落仰拱开始施工后不久, 右洞YK274+500~YK274+550段衬砌开裂加剧, 且YK274+550左侧附近段落开裂处出现衬砌混凝土剥落, 二衬钢筋已经外露, 横向出现2 cm以上的位移, 且山顶明显出现开裂, 并呈现加剧趋势。
3 原因分析
2010年3月25日~3月28日, 经过现场查看并对芭蕉隧道出口处治方案进行了专家评审会, 分析得出有以下原因:
1) 施工顺序不合理:应该采取CD法先施工左洞, 再施工右洞。但实际先施工右洞, 左洞也未采用CD法施工。
2) 偏压作用:隧道开挖后应力释放, 出现应力重分布, 右洞内侧出现最大正弯矩, 而发生张拉破坏, 左洞内侧压力通过型钢往外传递, 容易与喷射混凝土发生分离即出现喷射混凝土开裂, 同时型钢往外的移动受到约束而转向轴线方向往洞口外移动。
3) 台阶过长:隧道采取台阶法施工, 二衬离掌子面太远, 初期支护不能长时间地抵抗围岩的松弛压力, 在偏压状态下, 往往会产生这种没有滑动面、缓慢的坡面移动 (坡面蠕动) 。
4) 未做反压:在浅埋偏压地段未全部 (原设计仅在ZK274+618~ZK274+638段反压) 施作反压回填, 无法提供足够的弹性抗力, 结构两侧的水平不平衡力只有靠衬砌基底摩擦力来平衡。
5) 雨水作用:在雨季地表水下渗作用下, 围岩C, Φ值降低, 墙脚受水浸泡, 而引起墙脚下沉及水平位移, 甚至导致结构失稳, 同洞口段山体下滑趋势更加明显, 并产生较大的斜向力, 在斜向力作用下, 衬砌混凝土便出现剪切破坏。
4 处治方案
综上分析, 坡体在施工前是稳定的, 其开裂是由于隧道开挖地形、地质偏压引起较大变形产生的, 判断为坡体蠕动变形, 如不及时处治, 势必会导致隧道出口山体失稳。
为此对洞内采用周壁注浆加固, 同时对左洞ZK274+540~ZK274+580段仰拱未及时封闭成环的段落加快仰拱封闭成环。洞外桥台外侧、左洞边线外侧采用抗滑桩支挡, 浅埋偏压段地表采用回填M7.5浆砌片石处理。此外, 为加强抗滑桩下部土体的稳定, 对洞口施工便道挡墙段落延长以及挡墙上部边坡采用锚杆框防护。
下面对左洞出口段斜坡采用抗滑桩支挡进行详细设计。
5 斜坡加固设计
5.1 计算方法———剩余推力法
根据斜坡的工程地质条件及特征分析, 该边坡可采用适用于折线型滑面的剩余推力法进行稳定性计算。在应用此方法进行计算时, 视岩土体为刚体, 以平面二维课题来处理, 即沿潜在滑面 (视为滑面, 以下称为“滑面”) 走向取单位宽度的岩土体 (视为滑体, 以下称为“滑体”) 进行计算, 不考虑两侧岩土的摩擦力及其之间的挤压力。
在考虑重力、静 (动) 水压力和地震力作用的情况下, 稳定性系数为:
其中, Tk为滑体的抗滑力;Tx为滑体的下滑力。
对于单个滑块而言, 其剩余推力为:
其中, Tki为第i条滑块的抗滑力, k N;Txi为第i条滑块的下滑力, k N;Ei为第i条滑块的剩余下滑力, k N;ψi为第i条滑块的传递系数;Wi为第i条滑块的自重, k N;αi为第i条滑块的滑面与水平面的夹角 (取锐角) ;Li为第i条滑块的滑面长度, m;PWi为第i条滑块中静水压力产生的侧水压力, k N, 方向为渗流方向, 大小为:PWi-1=0.5×ρw×h21i, PWi=0.5×ρw×h22i (h1i, h2i分别为滑块两侧地下水位线到滑面的距离) ;Ui为第i条滑块中动力水头产生的浮托力, k N, 方向为垂直滑面向外, 大小为:Ui=0.5× (h1i+h2i) ×ρw×Li;Qi为第i条滑块所受到的水平地震力, k N。
静水压力受力图见图1。
5.2 潜在滑动面确定及计算剖面条块划分
根据勘察所提供的工程地质剖面资料, 将控制性剖面Ⅱ—Ⅱ的覆盖土层 (编号 (1) ) 层面和强风化层 (编号 (2) -1) 层面分别当作潜在滑动面进行稳定性分析, 条块划分图见图2, 图3[1]。
5.3 计算方案
本区地震基本烈度为6度。故其地震加速度取0.05g, 即0.49 m/s2。根据JTJ 004-89公路抗震设计规范的有关规定, 拟建工程属重要构造物, 故按地震基本烈度7度设防。
根据勘探钻孔揭露, 坡体覆盖层含大量碎石、块石, 其透水性较强。鉴于此, 认为静 (动) 水压力对坡体的作用力可忽略不计, 地下水的影响应主要考虑其使计算对象饱水引起的重度、强度变化。
5.4 计算工况与安全等级
按照该处的工程水文地质条件、斜坡变形破坏的主要诱发因素和工程重要性等级, 考虑地震及暴雨作用, 拟定以下三种工况进行稳定性计算:
工况一:天然状态;
工况二:饱水状态;
工况三:饱水+地震状态。
根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范, 当采用折线滑动法进行边坡稳定性计算时, 对于一级边坡安全系数应取1.35。
5.5 计算参数的选取
根据土工试验结果和相似工程类比, 综合确定边坡岩土体的计算参数[1] (见表1) 。
5.6 剖面稳定性计算及评价
将剖面各层不同工况下的稳定性系数计算结果汇总见表2。
根据稳定性计算结果, 可以作出以下基本评价:
1) 整体土层, 在天然工况下稳定性系数大于1.2, 处于稳定状态;在饱水工况下稳定性系数略小于1.1, 处于基本稳定状态;在饱水+地震工况下稳定性系数略小于1.0, 处于极限稳定~欠稳定状态。
2) 强风化层, 在天然状态及饱水状态下稳定系数大于1.1, 处于稳定状态;在饱水+地震状态下稳定系数略大于1.0, 处于基本稳定~极限稳定状态。因此, 强风化层总体是稳定的。
5.7 边坡剩余下滑力计算
根据前述折线滑动模型, 采用剩余推力法对各剖面各土层进行下滑推力计算。各剖面分层土条划分与剖面稳定性计算的划分一致。
根据工程设计资料, 确定在邻近隧道左洞工程位土条块 (编号18) 后进行加固支挡较为合理。经过计算, 在饱水+地震工况、不同安全系数下18号条块处的剩余推力值归纳如表3所示。
5.8 抗滑桩设计
1) 隧道浅埋、偏压段处理。根据实测隧道横断面揭示, 浅埋偏压段未经反压处理的桩号为ZK274+600~ZK274+618, 在ZK274+613断面左洞外侧距离地表厚度不到3 m, 浅埋、偏压情况比较严重。通过借鉴对隧道浅埋、偏压段处理的成功经验, 拟定对本隧道偏压段经过反压后地表面距离洞壁不大于5 m[2]以及反压坡度采用较合理值20%[3]的原则控制。
2) 抗滑桩位置布设。根据洞内支护与衬砌的开裂桩号以及地表实测裂缝位置确定左洞外边线抗滑桩纵向布置桩号为ZK274+560~ZK274+618, 编号为No.1~No.11。抗滑桩背侧朝向为计算剖面方向, 为减少施工对隧道的影响, 布置在左洞外侧边线约3 m以外。经分析, 抗滑桩No.1~No.4需悬挑出来, 控制高程为383.5 m, 其他抗滑桩则埋入地表内, 其中No.1号抗滑桩悬挑高度最高, 达到8 m。悬挑的抗滑桩间设置斜向现浇混凝土肋板以便稳固回填浆砌片石。桥台外侧抗滑桩沿路线横向布置在桥台位置往大桩号方向偏移1.5 m处, 抗滑桩编号为No.12~No.20。桩顶位置以不碰到桥梁帽梁底部为原则, 控制高程为370.5 m。
3) 抗滑桩内力计算。根据前面剩余下滑力计算可知, 埋入地表的抗滑桩 (No.5~No.11) 最大受力为389.4 k N, 悬挑部分的抗滑桩 (No.1~No.4) 不仅受到地表覆盖层土体的下滑力, 还受到上部回填浆砌片石的下滑力。经计算, 悬挑最长的No.1号抗滑桩所受下滑力约810 k N, 计算剖面见图4。通过理正岩土计算软件6.0版, 对抗滑桩、肋板进行了内力及配筋计算, 确定了抗滑桩截面尺寸为2 m×3 m, 悬挑部分的No.1号~No.4号抗滑桩桩长为35 m, No.5号~No.11号抗滑桩桩长为20 m, No.12号~No.20号抗滑桩桩长为25 m, 肋板厚度为35 cm。悬挑部分抗滑桩内力计算剖面图见图4。
4) 施工要求及注意事项。a.抗滑桩需采用跳桩法, 隔一桩施工一桩, 分两批施工, 桩孔孔底沉渣不得大于5 cm。b.抗滑桩主受力筋一侧迎向下滑土体, 抵抗下滑力, 所有抗滑桩桩身受力主筋焊接接长时, 必须严格按照施工规范办理。c.所有抗滑桩均需穿过孤石, 若施工中发现与地质资料出入较大时, 应及时通知设计单位。d.施工工程中, 应密切注意施工安全, 做好地表水, 地下水的排放。e.抗滑桩施工完需达到28 d养护期后才可进行路基边坡的开挖, 同时边开挖边进行支护。
6 结语
1) 包茂高速安康至陕川界 (毛坝) 段现已通车三年, 运营情况良好, 表明芭蕉特长隧道出口段斜坡加固设计取得了良好的效果。2) 不稳定斜坡位于隧道出口偏压路段, 采用抗滑桩支挡加固设计中充分考虑了这一因素, 本工点成功的加固治理经验对其他类似项目具有重要的借鉴意义。
参考文献
[1]湖北省神龙地质工程勘察院.芭蕉隧道出口斜坡工程施工补充勘察研究报告[R].2008.
[2]刘建洪, 卢磊, 申景宇, 等.偏压隧道明洞段初步设计浅析[J].四川建筑, 2008, 28 (2) :108.
[3]张艳做.公路隧道超浅埋偏压段技术探讨[J].山西建筑, 2012, 38 (1) :220-221.
浅埋偏压段 篇2
蝴蝶谷隧道浅埋偏压段长大管棚施工技术
介绍了张石公路化稍营-蔚县段高速公路蝴蝶谷隧道采用30 m长大管棚超前支护的施工技术,在工艺参数、施工要点、质量控制方面作了重点介绍,以期为隧道浅埋偏压地段辅助施工提供一些指导.
作 者：程建军 CHENG Jian-jun 作者单位：山西省公路工程监理技术咨询公司,山西,太原,030006 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2010 36(12) 分类号：U455.49 关键词：长管棚 工艺原理 施工要点 质量控制浅埋偏压段 篇3
关键词 ： 隧道；洞口；施工 地质灾害
一、地质灾害主要类型
本文大量收集了隧道洞口段施工主要地质灾害并进行归纳总结，将其分为两大类：洞口边仰坡破坏、洞口浅埋段洞内破坏。
（一）边仰坡破坏
洞口边仰坡长期受地表水侵蚀，风化裂隙比较发育，加上在洞口段隧道埋深往往较浅，结构上部岩土体难以形成承载拱，所以洞口边仰坡地表坡面容易破坏，再加上地表水的冲刷，其稳定性就很难得到保证。因此，隧道挂口进洞时常引起边仰坡破坏。
（二）洞口浅埋段洞内破坏
洞口段属于浅埋地层，地质条件较差，围岩破碎， 风化严重， 地表水及地下水较为丰富，在挂口进洞施工时引隧道洞内的地质灾害相当多，为我们隧道施工带来相当大的麻烦，时刻都威胁我们施工人员的生命安全。
二、发生原因分析
隧道挂口进洞施工引起的地质灾害是多种多样的，但其发生原因大致是：由于洞口段的开挖破坏了原有山体或周围围岩的稳定，引起上端围岩内部应力的重新分布，甚至出现应力集中，在岩体重力作用下，就会带来各种地质灾害。
隧道洞口段施工时引起地质灾害的原因可以分为两大类：主观原因、客观原因，下面进行详细说明：
（一）主观原因
（1） 勘察设计不准确，如表3，在一百座隧道中有7座隧道就是由于勘察设计不准确而造成了地质灾害。在隧道勘察设计过程中，若对地质调查不够详细，则在设计时候就无法准确的进行设计，当隧道开挖至这些不良地质地段时，就容易引发地质灾害。
（2）隧道开挖宽度
隧道开挖宽度直接影响围岩应力的分布，而围岩的破坏又是由于应力重分布超过围岩强度引起的，因此隧道开挖宽度是影响围岩破坏的重要因素，若开挖宽度计不合理，容易引发地质灾害。
（3）施 工不合理
施工不合理是引起塌方的直接原因。体现在四个方面：①所选开挖工法与地质条件不相适应，地质条件化时，未及时调整施工方案。②施工过程中支护不及时，隧道开挖后，未及时进行锚喷支护，围岩裸露时间过久引岩松动致塌方。③施工工序安排不当。例如哨顶1号隧道洞口段塌方主要原因是盲目更改施工方法，导致塌方。
（二）客观因素
（1）岩性及风化程度。如表1，一百座隧道洞口地质灾害方资料中，因围岩破碎、风化程度高导致塌方的占44座。一般情况下，围岩级别越高，自稳能力越差，发生塌方的可能性就越大。
（2）断层破碎带和滑坡。如表3，在100座隧道地质灾害中有21次是发生在断层破碎带和滑坡不良地段上，断层破碎带和滑坡带所引发的地质灾害往往使具有突发性，一旦勘察设计部准确，将会带来巨大的损失，更严重造成人员伤亡。
（3） 水的影响。洞口段围岩严重风化，岩体破碎，稳定性差， 是地表水和地下水较好的通道。降水量过大和持续降水，不仅对隧道边仰坡稳定性有一定的影响，同时会加大地下水对围岩稳定性的影响。根据统计，100座隧道洞口段施工时地质灾害其中有42次是降雨引发的。
（4）偏压。从收集的一百座隧道资料统计其中有30座隧道处于偏压的情况下。偏压是指作用在隧道横断面的荷载不平衡，由于这种不平衡就会使隧道洞口浅埋段施工时会引发地质灾害。不管在设计还是施工过程中我们都应该重视隧道偏压这一情况。
（5）外界荷载。在隧道挂口进洞施工时外界荷载的影响也会造成隧道发生地质灾害，比如说在隧道边仰坡上修建临时用房，或者在隧道上方有公路时载重货车移动荷载等一切外界荷载的干扰。例如：九嶷山隧道发生拱顶坍塌，其中一个主要原因就是拱顶左侧山体因施工需要， 修建临时用房， 临时开挖坡面人为造成了隧道左洞偏压程度加大。
三、总结
本文大量收集了挂口进洞施工引起地质灾害并进行归纳分类，列举了一些典型的地质灾害类型以及对应的工程实例，而且还对这些地质灾害进行了原因分析，得出了引起地质灾害的主要原因。希望在今后的隧道挂口进洞施工时提供实质性的参考。在今后的隧道洞口段施工过程中应该全方位的把握好施工质量，对地质灾害隐患及时处理，将其扼杀在萌芽中，从基础上阻止次生地质灾害的发生。
参考文献
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浅埋偏压软弱围岩段隧道修筑技术 篇4
在浅埋偏压软弱围岩隧道的设计施工中, 由于设计方案不合理、施工技术运用或处理不当, 经常会造成较大面积的塌方, 由此带来人身伤害、财产损失及工期延误等是无法估量的。由我单位设计的阜朝高速公路大窑沟一号隧道部分段落处于严重浅埋偏压段, 如何通过该特殊地形地质段落成为整个隧道工程成败的关键。
1.1 工程概况
铁岭 (毛家店) 至朝阳 (三十家子) 高速公路大窑沟一号隧道设计车速100km/h, 采用分离式隧道结构型式, 隧道净空:10.75m×5.5m。左线起迄桩号ZK438+385～ZK439+820, 长1435m, 右线起迄桩号YK438+420～YK439+842.5, 长1422.5m;属于长隧道。左线出口段地形地质情况复杂, 地表植被极不发育, 洞口地段基本没有灌木和草皮覆盖, 导致隧道洞口段自然冲沟极为发育;且属陡坡地貌, 地形坡角35°, 隧道中心线与地形等高线斜交;隧道围岩主要为F1断裂破碎带:宽8.0～10.0m, 破碎物为安山质角砾岩, 多呈角砾状、碎石状松散结构, 蚀变普遍强烈, 主要为高岭土化、绿泥石化。受其影响, 上下盘弱风化安山质角砾岩节理裂隙很发育, 破碎强烈, 呈角砾状、碎石状散体结构, 并伴有强烈的高岭土化、绿泥石化, 含膨润土;局部夹凝灰质砂岩。
1.2 施工安全隐患
综上所述, 该隧道左线出口段集不良地质、浅埋、偏压于一体, 有塌方冒顶、侧向山体滑移等危险, 施工难度较大, 进洞施工前必须制定好切实可行安全可靠的施工方案, 才能保证施工安全和运营期安全。
2 设计方案
地表注浆加固可提高围岩的自稳时间和自身承载能力, 改善岩土体的物理力学性能, 缩小开挖变形产生的松弛区范围, 减小围岩对初期支护和二次衬砌的压力, 注浆管可起到地表锚杆悬挂岩土体作用, 可防止塌方冒顶, 使围岩整体性得到进一步加强。封堵地表水下渗通道, 可防止地表水下渗软化围岩, 能保证隧道的长期稳定, 不留隐患。因此决定增设地表注浆加固施工辅助措施, 先对软弱围岩浅埋偏压段及山体扰动破坏严重对隧道施工影响较大的区域进行地表注浆固结, 然后进行暗洞施工。
2.1 注浆范围
对隧道左洞右半侧进行地表注浆, 注浆段纵向长度15m (桩号ZK438+435～ZK438+450) 。
2.2 注浆方式
采用预埋注浆花管法:在注浆孔内, 预先下入注浆花管, 然后在注浆花管内注入浆液, 通过孔眼把浆液压入周围围岩内。
2.3 注浆孔布置
注浆孔按梅花型布置, 孔间距为1.5m。如图1所示。
2.4 孔径和孔深
注浆孔直径为89mm。
钻孔深度为地面至隧道开挖轮廓线外0.8m的距离, 开挖轮廓线外侧部分应打至侧墙基础附近。如图2所示。
(尺寸单位除标高为m外均为mm)
2.5 注浆管
注浆管为直径50mm的钢管, 壁厚5mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为8mm, 间距为100mm, 梅花形布置, 尾部500mm不设花孔。如图3所示。
2.6 止浆措施
由于隧道覆盖层厚度比较薄, 注浆厚度比较浅, 在注浆过程中容易从地表冒浆, 为防止地表冒浆, 造成浆液损耗和影响注浆效果, 在地表设止浆盘, 止浆盘采用200mm厚的双层Φ6钢筋网喷C20混凝土, 网格间距为300×300mm, 止浆盘设置范围为注浆区域以及周边孔外2m。为防止管孔缝隙往上返浆对止浆盘造成隆起破坏而影响注浆效果, 对管孔缝隙进行糊缝处理, 糊缝材料为CS胶泥和速凝砂浆。
2.7 注浆材料
注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆:
水泥:强度等级为425级的普通硅酸盐水泥;
水玻璃:浓度为35°Be, 模数为2.4。
缓凝剂:NO2HPO4 。
2.8 浆液配比
水泥浆水灰比为1:1;
水泥浆水玻璃体积比为1:0.5;
缓凝剂掺量为2%～3%。
2.9 注浆压力
注浆初始压力:0.5～1MPa;
注浆终压:2.0～2.5MPa。
2.10 注浆顺序
注浆顺序应先注沟侧 (低侧) 周边孔, 后注山侧 (高处) 周边孔, 先外围后内部;为防止串浆, 应对注浆孔进行间隔注浆, 适当延长两相邻两注浆孔先后施工的间隔时间, 待前一孔注浆的浆液基本凝固后, 再开始后一孔的注浆。
3 施工方案及注意事项
3.1 施做洞顶排水沟、截水沟
及时形成洞顶排水沟、截水沟系统, 确保系统的有效性, 确保地表水不流到洞口区段的隧道开挖区之内。
3.2 地表注浆加固
3.2.1 测量放点
按照设计图布孔要求测量确定注浆孔位置。
3.2.2 钻孔
采用潜风钻机钻孔, 钻机按现场测放点准确就位, 并校正钻杆的垂直度, 按设计要求成孔到设计深度。
3.2.3 埋管
将注浆花管插入已成的孔内, 成孔深度较大时, 先将逐根钢管焊连后, 再插入孔内, 第一节钢筋底端稍收敛, 每节钢筋5～6m。
3.2.4 糊缝
在往孔内插入钢管前, 在未开设花孔段与开设花孔段之间焊接两根Φ8钢筋圆环, 间距2cm, 两根圆环之间缠麻丝, 以作为止浆环, 防止糊缝砂浆和CS浆液落入下部花管部位, 钢管插入孔内后, 糊缝深度较大时, 将CS浆液倒入孔管缝隙进行糊缝处理, 糊缝深度较浅时, 用Φ8钢筋将速凝砂浆捣入孔管缝隙糊缝。
3.2.5 施作止浆盘
铺设Φ6钢筋网, 将钢筋网与注浆管焊接, 用混凝土喷射机喷混凝土至200mm。
3.2.6注浆
紧密连接注浆管线, 用KBY-50/70双液注浆泵压注双液浆。
(1) 水泥浆的配制
浆液配制时, 按浆液配比所需数量加料, 力求加料严格准确, 由于是双液浆, 需在水泥浆中掺NO 2HPO 4缓凝剂, 掺量为水泥用量的2%～3%, 加料顺序为:水※缓凝剂※水泥, 浆体搅拌均匀后, 倒入贮浆筒时, 经过筛网过滤, 严禁包装纸及块状水泥进入贮浆筒。搅拌时间应≥5min, 放置时间≤30min。
(2) 水玻璃的配制
当购进的水玻璃>35°Be时, 加水稀释至35°Be, 稀释时, 边加水边搅拌, 边用玻美计测量。
(3) 注浆结束标准
注浆结束标准以注浆终压和注浆量进行综合判定, 以保证注浆效果, 当单孔注浆量达到设计注浆量或达到设计注浆终压后, 稳定20～30min即可停止注浆。
(4) 注浆工艺要点
(1) 注浆开始前做好准备工作, 包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水、电等的检查及必要试验。
(2) 注浆过程中, 经常观测和记录注浆压力的变化情况, 掌握注浆量, 特别要注意止浆盘的变形和跑浆情况, 如果止浆盘发生变形, 应停止注浆, 及时处理。发生跑浆时, 用填塞棉砂、打木楔和糊塑胶泥或速凝砂浆的方法堵漏, 必要时采用间歇式注浆来解决。
(3) 为使浆液在本孔一定范围内扩散, 而不致串浆或冒浆, 影响注浆效果, 在进浆量很大而压力不上升的情况下, 以注浆量控制注浆结束标准, 当进浆量很小时, 以注浆压力来控制。
3.2.7冲洗移位
单孔注浆完毕后, 关闭返浆阀, 拆卸混合器, 注水冲洗注浆胶管和注浆泵, 以防胶管堵塞和注浆活塞缸内胶体凝固, 同时移位至另一注浆孔。
3.2.8注浆效果检查与评定
注浆结束后应进行注浆效果检查与评定, 不合格者应补钻孔注浆, 检查方法如下:
对注浆过程中的各种记录资料综合分析, 注浆压力和注浆量变化是否合理, 是否达到设计要求;设检查孔, 每段设2～3个检查孔, 检查孔应取岩芯, 观察浆液充填和凝固硬化情况, 注浆检查合格后方可进行下方隧道底开挖。
3.3地表沟回填
左线右侧地表沟谷回填土石并夯实, 以稳定坡脚、改善左洞的偏压现象。
3.4大管棚施工
应控制管的角度, 避免大管棚进入开挖线以内或偏离太远。
3.5开挖支护
须将大管棚、地表注浆加固, 地表沟回填完成, 地表形成有效的洞顶排水沟、截水沟后, 才能进行隧道暗挖;暗挖时应严格按照设计提供的开挖方案进行施工, 先开挖左洞右侧上台阶, 及时进行锚喷网支护, 再开挖左侧上台阶, 进行锚喷网支护后再及时形成临时仰拱, 加强支护参数, 确保结构安全。坚持短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测的施工原则。
4结语
对于浅埋偏压隧道采用地表注浆的方式加固岩体, 提高和利用岩体承载力比仅靠加强支护衬砌参数的方案更有效, 但洞内施工时仍应短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测。支护系统与围岩密贴接触、支护系统及时封闭成环是防止围岩变形和确保初期支护稳定的关键。实践证明, 浅埋偏压公路隧道采用地表注浆加固暗挖方法成功可行, 安全可靠。
摘要：结合铁岭 (毛家店) 至朝阳 (三十家子) 高速公路大窑沟一号隧道的设计施工, 介绍了浅埋偏压软弱围岩段隧道修筑技术, 详细阐述了地表注浆加固技术。
关键词：浅埋,偏压,注浆,加固技术
参考文献
[1]JTG D70-2004, 公路隧道设计规范[S].
[2]铁道部第二勘查设计院.铁路工程技术手册-隧道[M].北京:中国铁道出版社.
[3]陈金山, 王智学, 戴前锋.灵岩寺隧道软弱围岩浅埋偏压段地表注浆加固技术[J].铁道标准设计, 2003 (1) .
论隧道偏压段的稳定控制论文 篇5
关键词：隧道偏压段；稳定；病害；方案オ
1 目标隧道病害原因分析
1.1 目标隧道开挖揭示地质情况
（1）页岩、粉砂质页岩：深灰色、灰色，层理发育，薄一中厚层状，泥质结构。页岩微节理发育，隧道开挖弃渣暴露后，较短时间内发生碎裂，裂隙面一般平直、光滑。属IV级围岩。（2）隧道通过区域构造简单，褶曲不发育，地层单斜，岩层走向与路线走向交角为5°～20°，主要节理有：110°～160°∠57°～72°， 90°∠90°，节理间距1～2m，多呈密闭或微张，延伸性一般。（3）地表横坡大，地表径流条件较好，下伏基岩以页岩为主，透水性较差，故大气降雨主要以地表径流的形式向外排泄。地下水不发育，从隧道开挖情况来看，除在隧道进出口浅埋段基岩裂隙水相对较大外，仅局部见基岩裂隙水且水量较小。隧道设计为双向六车道的分离式隧道，左、右洞之间净距20m。
1.2 目标隧道开挖后病害特点
（1）隧道开挖时成形好，围岩完整性较好，施工炮眼痕迹一般残留70％以上；（2）隧道支护变形量较大，沿隧道右侧拱部范围内出现纵向开裂；（3）施工面不封闭时，几小时后围岩会沿微节理面及层理面产生松弛破裂，在拱顶、洞壁及掌子面会出现响声，且有围岩剥落掉块，开挖轮廓逐渐呈不规则状等现象，之后暴露面呈显出破碎/较破碎状态；（4）围岩应力释放缓慢，时间长，且具有突然大量释放的特点。使得锚喷支护变形开始不明显，继而突然开裂，变形发展较快；（5）地应力在左、右洞之间，隧道进口段与出口段的表现不尽相同，具有不对称性、非均匀性，使左右洞、进出口段处理措施效果差异明显；（6）经松动圈测试结果表明，在隧道A侧起拱线部位松动范围相对较大。
1.3 目标隧道病害致因分析
（1）隧道开挖后隧道周边形成的二次应力场使岩体发生局部破坏：隧道埋深较大时自重应力也较大，隧道开挖后在洞壁四周出现切向应力集中。隧道通过的岩性以致密块状的砂质页岩为主，其强度介于硬质岩与软质岩之间，因此其破坏现象表现为岩体的局部破坏，具有一定的松动性岩爆特征。岩体的局部破坏造成了锚喷支护的开裂、变形，洞壁和拱顶掉块，以及小规模的坍塌。当岩体的局部破坏进一步积累，松动范围扩大，必将造成大面积的坍方冒顶。（2）顺层地层偏压：由于岩层走向与倾角不利，加之层理发育，形成顺层偏压。隧道开挖后在A侧起拱线部位形成应力集中，造成岩体局部破坏，A侧边墙部位切层掉块，B侧边墙部位顺层坍滑，拱顶沿层面跨塌。从地应力测试成果也可以说明这一点，岩体中的最大主应力方向与岩层的倾向基本一致。围岩接触压力测试亦显示隧道两侧存在压力差，有偏压存在。（3）岩体微裂隙发育：单纯从掌子面的岩体情况看，岩体完整性较好，但从坍下的岩块看，岩块较为规则，说明岩体内部的微裂隙较为发育，这就为岩体的破坏创造了必要的边界条件，使上述两种作用的效果更加明显，病害的程度也更加严重。（4）隧道通过地层形成时代较早，受历次地质构造影响，初始应力具有多期性，加之随隧道埋深的逐渐变大，隧道的.初始应力三维状态会相应发生改变。（5）由于地应力的多变性，增加幅度过快，使得实验段制定的支护措施很快就不能适应地应力的增长，施工表现为实验段措施在开始段有效可行，但后续段却发生病害；不得不一次次地增加锚喷支护的刚度。（6）根据监测资料，锚杆轴力且B侧受压，A侧受拉，说明隧道B侧受到挤压，锚杆在围岩松动圈以外的锚固长度不足，不能有效地抑制围岩变形。根据围岩松动范围测试结果也可以得以映证。（7）锚杆轴力普遍偏小，最小轴力处的围岩接触压力、钢架应力偏大，说明锚杆发挥的作用较小，使得围岩压力基本由钢架承担，在钢架达到极限强度时，引起喷混凝土开裂、钢架变形。
2 目标隧道偏压段的稳定支护方案设计
2.1 锚杆的设置
（1）按测试的地应力实测资料，采用2D-Sigma数值分析软件进行数值模拟分析。（2）根据监测数据，在实验段设置的4个围岩接触压力测试断面，根据监测断面数据分析，大致可以看出一般拱腰位置的围岩压力较其它位置大。（3）根据监控量测结果和现场实际情况，由于施工台车的结构限制，无法按设计方向设置长锚杆，部分锚杆特别是拱顶附近以倾斜的角度打入地层，监测的锚杆轴力出现压应力或受力很小，故设计无法根据监测资料准确了解锚杆的受力情况，仅能按监测资料定性分析，并结合计算机数值分析了解锚杆的受力规律。
2.2 钢架形式确定
由实验段格栅钢架支护效果可以看出，格栅可以较好的与初喷面密贴，整体受力均匀，但在隧道埋深达600m时，由于地应力较大，格栅的正截面刚度不足，使得格栅外侧钢筋外鼓变形。笔者设计选择了正截面刚度较大的20号工字钢，以解决正截面的承载力问题，但由于工字钢纵向刚度不足，在地应力进一步增大的情况下，正截面还未达到承载极限时，以纵向失稳，使得工字钢扭曲变形。
2.3 钢架间距确定
采用20号工字钢钢架纵向间距0.8m有一定的适应性，但纵向刚度不足，正截面的承载力略有不足，故选择18型钢，提高正截面刚度0.8倍，提高纵向刚度为3.3倍，纵向间距0.5～0.8m，环向成环，从实验段的效果看，隧道的初支变形得到了很好的抑制，后续段施工可根据量测资料，对钢架的间距进行优化。
2.4 预留变形量的确定
根据监测资料统计，目标实验段中最大水平收敛为64.57mm，最大拱顶下沉值为48.7mm，根据监测数据的分析，后续施工段预留变形量取值10cm是合理可行的。
2.5 喷射混凝土
混凝土采用湿喷工艺施工，提高喷射混凝土质量；混凝土强度等级不低于C20，掺入钢纤维，钢纤维拉拉强度不低于308MPa，掺量为混合料质量的3%~6%。钢筋网宜采用φ8钢筋制作，钢筋网随受喷面起伏铺设，并与钢架、锚杆连接牢固。
混凝土原材料质量主要控制：砂采用洁净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5；碎石粒径不大于15mm；水泥强度等级不小于42.5；速凝剂使用前做速效果试验，初凝时间不超过5min，终凝时间不超过10min。
2.6 二次衬砌
二次衬砌的施作时间应控制在围岩和锚杆支护变形基本稳定后进行，应满足以下要求：①各测试项目的位移速率收敛，围岩基本稳定；②已产生的各项位移预计总位移量80%~90%；③周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱项下沉速率小于0.07~0.15mm/d。围岩变形大或流变性明显时，应采取加强喷锚支护并及时施作仰拱和二次衬砌。
2.7 监测方案
（1）为了及时了解施工过程中围岩及支护结构的受力状态，确保施工的安全，为实验段设计和调整支护参数提供参考依据，并与理论计算结果相比较，完善计算理论，为以后类似工程积累数据，结合前阶段监测成果，后续段采用以下监测方案。（2）为查明隧道松动圈动态变化情况，应选取典型断面设置多点位移计，测试从开挖开始至二衬完成时为止的围岩松动圈变化情况，用以核实地质雷达的测试数据，相互映证。（3）为查明隧道锚杆轴力的动态变化情况，应选与多点位移计同一断面，于拱顶、拱腰、边墙中部及下部设置压力盒，测试从初支设置开始至二衬完成时为止的围岩压力变化情况。 2.8 应急预案
龙门岭隧道左洞进口浅埋偏压段施工 篇6
龙门岭隧道位于福建省南安 (金淘) 至厦门高速公路 (厦门段) , 左洞长度2633m、右洞长度2647m, 按双向四车道高速公路技术标准设计, 计算行车速度80km/小时。龙门岭隧道左洞进口桩号ZK8+147, 隧道进口位于直线段, 纵坡-2.428%。
2 地质条件
隧道地貌上属低山丘陵区, 地势陡峻, 进口坡度为35~40°, 植被发育, 多为树木或低矮灌木, 覆盖层变化较大, 基岩岩性为侏罗系南园组晶屑凝灰熔岩, 隧道进口段处于残坡积土-强风化岩体中, 风化剧烈, 岩体完整性差, 呈砂土状、角砾碎石状松散结构-碎石状镶嵌结构。该路段地表水以溪水及沟谷水为主, 水量受季节控制, 水位受降水影响, 暴涨暴落;地下水主要为弱基岩裂隙水, 接受大气降水补给, 水量变化较大。龙门岭隧道左洞进口段沿沟谷岸陡坡穿行, 埋深13.1~35.9m (洞轴线) , 洞口ZK8+157-+320段 (163m) 地形偏压严重。
3 设计通过浅埋偏压段的技术参数
原设计仅考虑ZK8+157-+320段 (163m) 浅埋偏压段处理, ZK8+320-+372段按Ⅲ级围岩处理, 具体开挖方法、支护参数如下:
3.1 开挖支护顺序 (见表1)
3.2 设计通过浅埋偏压段所采用的支护参数 (见表2)
3.3 设计采用的施工辅助措施 (见表3)
4 进洞施工
浅埋偏压段进洞施工是关键, 本隧道采用管棚法进洞, 实际施工证明方案是合理、可行的。
浅埋偏压段进洞采用管棚法, 工艺流程图如图4。
进洞施工中坚持“短进尺、弱爆破、强支护”的施工原则顺利通过ZK8+157-+184段, 重点是控制好ZK8+149.6-+175.6 (26m) 大管棚辅助施工措施 (F1C-1型) 的施工质量。管棚布设图如图5。
管棚采用外径108mm、壁厚6mm热轧无缝钢管, 每节长4m、6m, 环向间距中至中为50cm (环向布设34根) , 钢管轴线与衬砌外缘夹角1~3度, 注0.5:1水泥浆液, 注浆压力0.5~1MPa, 偶数号孔采用无缝钢管, 奇数号孔采用钢花管 (由无缝钢管加工而成) 。
管棚采用浅孔钻钻眼, 施工要点如下:
(1) 管棚施工顺序自下而上, 先钻设钢花管, 注浆凝固后再钻设无孔钢管;
(2) 管棚每钻完一孔便顶进一根长钢管, 钢管接头采用丝扣连接, 丝扣长15cm, 纵向同一断面接头数不大于50%, 相邻钢管的接头至少错开1m;
(3) 运用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 当偏斜度较大时及时纠正, 各钻孔均做好施工记录;
(4) 注0.5:1水泥浆液, 注浆压力0.5~1MPa。
5 二次坍方处理
浅埋偏压段由于原设计支护参数不足, 且施工过程中遭遇台风暴雨, 于ZK8+201.5、ZK8+227发生二次坍方。
5.1 ZK8+201.5左侧塌方
隧道掘进至ZK8+200.5时, 该掌子面左右侧存在两种不同的岩质, 左侧断面岩体风化极为严重, 呈沙土状、角砾碎石状松散镶嵌结构, 自稳性非常差, 且遇水即软化坍落;右侧掌子面为中风化灰色晶屑凝灰熔岩, 呈节理发育, 较为破碎。采用上下台阶开挖的施工方案 (见图2) :首先按设计和施工规范施作超前注浆小导管, 其次采取控制爆破开炸上台阶右侧围岩, 然后采用挖掘机开挖左侧风化软岩, 最后完成上台阶支护及开挖下台阶。
施工中工地范围内突降暴雨, 持续时间约两个小时, 致使山洪爆发。ZK8+200.5右侧断面爆炮进尺约1.0m, 排完险后开始出碴, 同时掌子面左侧断面用挖掘机开挖到位, 随后组织支护班进行初喷, 此时ZK8+201.5左侧拱腰至拱顶部位出现掉块现象, 施工班组加速初喷施工, 但坍方加剧且坍方数量不断增加, 前期施作的超前小导管也被塌落的土体压下, 且塌方位置不断扩大, 呈倒喇叭形腔体已发展至约5.0m×4.5m×4.0m大小, 观察到喷射砼暂时已无法稳固塌方部位, 便立即撤离施工的所有机械设备, 组织挖掘机、自卸车向洞内塌方处拉石碴回填封闭大部分掌子面, 以免塌方范围扩大, 同时采取如下处置方案:
(1) 抓住塌方位置短暂的围岩自稳期喷射C25混凝土封闭塌方周围区域, 然后再向腔体内逐渐推进, 喷射厚度6cm, 待混凝土有一定的强度后, 再挂Φ6钢筋补喷6cm厚C25混凝土;
(2) 由于腔体较大, 为下一步施工安全, 先施工安全隔板, 具体是:在腔体内沿四壁施打Φ50无缝注浆小导管一环, 钢管进入岩体5m, 钢管间距30cm;
(3) Φ89钢管网平铺在Φ50钢管上, 交叉部位点焊连接, 间距为30cm;
(4) Φ89钢管网焊接完成后, 喷射C25混凝土形成安全隔板, 安全隔板厚80cm, 喷射安全隔板时预留60cm×60cm预留洞一处, 预埋泵送管孔三处;
(5) 及时支护塌方段, 加密拱架间距, 每榀间距30cm, 拱架与安全隔板间的空隙采用同标号混凝土喷满;
(6) 塌方段通过后, 继续向前施工3米, 然后再采取泵送混凝土将塌腔体回填密实;
5.2 ZK8+227坍方冒顶处理
龙门岭隧道左洞ZK8+227处于浅埋偏压段, 设计为Z5-1 (b) 复合式衬砌支护形式和F2-3的施工辅助措施。施工严格按照设计图纸在ZK8+226.5施作F2-3型超前小导管一环并弱爆破掘进50cm (右侧) , 并保留了核心土3~5m (施工方案为上下台阶开挖, 为利于掌子面稳定保留了核心土) 。受台风影响近期连降暴雨, ZK8+227掌子面开挖后开始是出现掉块现象, 并逐渐出现涌水、涌浆, 最后冒顶坍塌, 洞顶覆盖层出现一个7.4m×9.3m椭圆形深4m的冒顶深坑。ZK8+227坍方冒顶产生后, 技术人员沿着地表茂密的林区中挖出一条便捷的小路直达山顶, 经现场实测洞轴线地表覆盖层仅5m, 与设计纵断面图纸中标注12m存在较大出入, 且经过实地复测ZK8+230断面局部覆盖层厚度只有约3m。经现场实地察看后制订如下处理方案:
(1) 该冒顶处位于浅埋偏压地段, 受近期第8号台风“圣帕”影响, 连降暴雨, 使洞顶覆盖层饱水变软, 是导致本次坍塌的主要原因;
(2) 该处冒顶形成的塌坑面积较大, 为防止塌方进一步扩大, 在后续第9号台风“帕布”登陆之前及时清除塌坑内的杂草及树木, 并将塌坑进行回填夯实, 塌坑回填以不积水为原则, 然后对塌坑用彩条面覆盖, 同时在塌坑周边设置40×40cm的截水沟, 截水沟采用水泥砂浆抹面, 防止往下渗水;
(3) 洞内ZK8+227处首先对冒顶后掌子面的积水进行抽排, 及时喷射20cm厚C20砼封闭掌子面, 并根据实际情况设置了泄水孔, 塌落体的坡脚处使用砂袋围护;
(4) ZK8+220-ZK8+226.5段支撑紧临坍方掌子面, 为防止已完成的初期支护遭受破坏, 对已完成的钢支撑加设了临时支撑, 同时加强监控量测, 根据量测数据及时调整支护参数, 并对本段围岩径向施作长5m注浆小导管进行加固, 间距80×80cm;
(5) 根据本次塌方的规模, 在ZK8+220-ZK8+226.5段围岩加固达到强度后, 采用Φ50×5mm注浆小导管穿越塌方段, 小导管长度6m, 环向间距15cm, 外插角采用10°与30°交错布置, 另对塌方体采用小导管注浆进行加固, 达到强度后方继续掘进施工。
6 实际通过浅埋偏压段的技术参数
根据现场的监控量测数据, 对原设计技术参数强度不足的段落进行调整、加强, ZK8+157-+372段围岩现场判定均为Ⅴ级, 实际顺利通过浅埋偏压段的开挖、支护、施工辅助措施的参数分别如下:
6.1 实际通过浅埋偏压段所采用的支护参数、开挖方法 (见表4)
6.2 实际采用的施工辅助措施 (见表5)
结束语
通过龙门岭隧道左洞浅埋偏压段的施工, 笔者认为浅埋偏压段施工时需注意以下事项:
(1) 处于植被茂密地段, 勘察设计阶段原地表地面线标高测设精度不高, 故施工单位进场后应对浅埋偏压段地表重新进行测量, 取得全面、准确的浅埋段覆盖层厚度数据, 为指导施工提供准确的依据;
(2) 浅埋偏压段的施工组织应尽量避开恶劣的自然条件如台风、暴雨等, 安排在天气较为有利的季节施工, 重视对水的处理, 防坍必须治水, 治水才能防坍, 采取设置地表截水沟、地表覆盖等方法避免雨水浸泡浅埋偏压段覆盖层给施工造成困难;
(3) 浅埋偏压段施工时监控量测工作显的尤为重要, 是确保施工及结构安全、指导施工顺序、便利施工管理的重要手段, 量测数据应及时、准确, 量测结果及时报告, 以便掌握动态信息, 为开挖方法、初期支护和二次衬砌技术参数的调整提供依据;
浅埋偏压段 篇7
1 浅埋偏压隧道概述
1. 1 浅埋暗挖法的原理
浅埋暗挖法是根据国外隧道施工的技术总结结合国内早期施工中遇到的复杂问题, 逐渐形成的一套隧道施工技术方法, 是在较软弱围岩、距离地表较近的地下施用暗挖施工的方法进行地下洞室开挖的隧道施工方法[4]。在浅埋地层中修建隧道比如山岭隧道洞口段、浅埋段, 城市地下铁道等浅埋结构物, 遇到不宜明挖施工的土质、岩层, 或者是第四纪地层出现软弱无胶结的砂、卵石层等情况 ( 一般覆跨比大于0. 2) 时常用的施工方法, 由此达到安全、快速、经济施工的建设目的。
浅埋暗挖法理论可以说是源于“新奥法”[5], 如浅埋暗挖技术中初期支护手段之一的锚喷; 尽量减少对围岩的扰动; 初支与围岩的紧密贴合; 以监控量测信息反馈、指导施工等等。然而, 与新奥法相比, 浅埋暗挖法更加强调了对地层的预支护和预加固, 或者叫辅助工法。常用的辅助工法有: 开挖面深孔注浆、超前注浆小导管及管棚超前支护。
1. 2 浅埋暗挖法的特点
浅埋暗挖法施工的地下洞室具有埋深浅 ( 但覆跨比一般大于0. 2) 、地层岩性差 ( 通常为第四纪软弱地层) 、周围环境复杂 ( 邻近既有建、构筑物) 、存在地下水 ( 需降低地下水位) 等特点[6]。正是由于浅埋暗挖法是在外界环境如此复杂不稳定的状态下进行的, 该法的核心是在利用围岩支护隧道, 使围岩本身形成支承环, 发挥围岩支撑能力的重要作用下, 同时采用多种辅助施工工法, 施行超前支护, 对拟开挖地段进行预加固处理; 从而在充分调动围岩的自承能力的同时, 保证施工安全、稳定可持续地进行, 确保在施工过程中以及建成运营后, 地表和地下的沉降量满足规定的限值。
1. 3 隧道偏压形成机理
为美观和结构受力均匀, 隧道结构断面一般设计成马蹄形;而在不对称地形, 地质构造发育、地层岩性的不对称或者是施工引起应力不对称等因素影响下, 可能造成隧道结构横向两侧荷载出现不对称, 这就形成了所谓的偏压隧道, 常见的情况是隧道某段出现偏压, 称为“偏压段”[7]。
总体上讲, 常见的产生“偏压”现象主要分两种情况[8,9,10]:
1) 由于异常非对称地形 ( 主要是隧道结构横向两边覆盖层厚度、围岩情况、结构附近临近构筑物或者是地质构造等方面的不对称) 产生的“地形偏压”;
2) 由于施工顺序或施工工法不同产生的“施工偏压”。
根据对偏压隧道的调查, 大多数偏压隧道处于洞口段, 属于地形浅埋偏压; 在隧道洞身段, 除了存在地形偏压的情况外, 还有地质构造作用引起的偏压。
2 工程概况
某高速铁路隧道起始里程D3K384 + 422 ~ D3K396 + 860, 全长12 438 m, 最大埋深568 m, 也是全线高风险、重点控制性工程。隧道赋存地质条件极为复杂, 洞身穿越区田逆断层 ( F5) 、葫芦田正断层 ( F10) 、大湘口向斜等不良地质带。地层为强风化 ~ 弱风化泥岩和泥质砂岩, 节理发育, 岩体破碎, 易掉块、坍塌。隧道在出口端D3K396 + 840附近偏压严重, 岩体整体破碎、质软, 单轴抗压强度小于15 MPa, 层间结合较差, 在外力作用下易沿层理面滑移、脱裂, 层间富水, 在水的作用下, 岩体易膨胀、泥化、崩解, 加剧岩体的破坏。
由于出口端偏压且隧道地质条件复杂, 隧道施工过程反复出现围岩大变形、塌方、初期支护鼓出等灾害 ( 见图1) , 严重影响了隧道施工安全和阻碍了施工进度。经过分析论证, 依据现场的实际情况, 现提出采用三台阶预留核心土法开挖并结合管棚超前支护的方法, 应对隧道所遇到的施工困难, 对于隧顶浅埋偏压段地层, 辅助采用预加固和反压平衡处理措施, 重点防止地表水对施工产生影响。
3 偏压段施工措施及控制技术
3. 1 洞外地层辅助措施
3. 1. 1 修筑截水沟
隧道偏压段自然山体形成陡坡, 且在隧顶处有低洼地带, 地表覆盖膨胀性粉质粘土。下雨季节周边山地雨水依山势顺流至隧顶偏压段区域, 对施工期隧道安全稳定形成威胁。因此考虑在偏压侧隧顶设置天沟, 结构可施作浆砌片石。以此来防止地层因被地表水冲刷而软化, 形成渗透, 降低地层土物理力学性质而造成隧道结构失稳、坍塌。
3. 1. 2 地层局部加固
为更好的做好隧道浅埋偏压段施工准备, 确保施工安全, 同时做到更好的控制成本, 结合现场实际情况, 采取地表注浆和铺筑反压层的施工方案。
注浆为较常用的预加固处理方法。该隧道浅埋段地表覆盖膨胀性粉质粘土, 地层土体物理力学性质较差, 极易因自然水的侵入冲刷而软化, 会造成隧道结构失稳、坍塌。因此考虑采用地表注浆加固。注浆宽度最终确定为隧道洞径两侧各4 m ~ 5 m, 长度应超过偏压段5 m ~ 10 m; 注浆孔按矩形或梅花形排列, 间距设为注射浆液扩散半径的1. 5倍 ~ 1. 8倍, 垂直地面钻孔, 孔深由地表至洞身轮廓线外, 必要时可以穿越洞身。
反压回填, 是解决隧道偏压的重要方式之一, 它的施作中施工进度基本不受影响, 也不增加高额的工程造价。反压回填能缓解地形的不对称性, 增加隧道和边坡的稳定性, 在对浅埋暗挖隧道施工中出现的偏压地形地貌效果显著, 尤其是在偏压不太严重的洞身段应该首先考虑采用。对于反压层的厚度可按表1来分析取值。
3. 2 洞内超前支护措施
在隧道掌子面距浅埋偏压地段D3K396 + 840仅有20 m左右距离时, 开挖工法逐渐由台阶法调整为三台阶七步预留核心土开挖方法。工法转换期间严格做到短进尺 ( 每循环开挖不得大于0. 6 m) 、弱爆破 ( 尽量不爆破, 采取人工、机械开挖) 、强支护。
3. 2. 1 锚索、超前小导管加固
在洞内加强超前支护措施, 主要通过加超前注浆小导管的使用来实现。超前小导管施工中严格确保小导管数量、注浆质量以及搭接长度。对于径向锚杆也进行加密、加长操作 ( 偏压侧适当多加密) , 偏压侧可视情况施作径向注浆小导管, 喷混凝土时也可适当增加偏压一侧的喷射厚度, 以此来增强整体稳定性, 小导管采用直径为42 mm的注浆花管, 基本要求为: 小导管布置在开挖轮廓线以外10 cm的位置, 环向间距40 cm, 42小导管长度4. 5 m, 每环40根, 小导管采用42热轧无缝钢管, 壁厚3. 5 mm, 每环打入长度3. 5 m, 纵向水平搭接大于1 m。沿拱部开挖轮廓线外缘布置, 钢管外插角均为10° ~ 15°。小导管示意图如图2所示。
3. 2. 2 临时封闭掌子面
当施工将至D3K396 + 840时, 掌子面进至浅埋偏压段, 施工关键时刻, 由于接连几天降雨, 使得掌子面显露不稳定征兆。掌子面掉块严重, 经过监控量测数据显示, 拱顶下沉值显著增大, 下沉速率连续接近5 mm/d, 且有持续增长的趋势。此时施工方项目部研究决定, 采取立即用喷射混凝土临时封闭掌子面的措施, 防止掌子面出现大量塌方状况。并采用双排小导管加强支护, 保持对离掌子面最近的拱顶下沉监测和周边收敛点的监测, 按要求的频率施行监控量测, 实时把握变形动态。之后在以上辅助措施条件下, 拱顶沉降速率逐渐趋缓, 监控量测数据显示变形恢复正常范围之后才开始再次施工, 并且继续实施采用双排小导管加强支护以保安全。
由本次浅埋偏压段遭遇拱顶下沉过快并实施了临时封闭掌子面这个案例也可以看出洞外地层辅助措施和洞内超前支护措施的必要性。在对地层实施预加固操作时须严格按照要求规范操作, 不减不漏, 地层和掌子面预加固的效果直接影响着后续施工能否安全顺利进行。尽管如此, 各种预加固措施对于后续施工都只是辅助措施, 对于地质条件复杂的长大隧道的施工, 辅助措施的实施都只是一种保险措施。若不进行后续施工遇事故的可能性将增大, 即使实施了相应辅助措施, 也不可能完全保证施工万无一失。在隧道施工阶段更要通过综合考虑各种风险因素对上覆层的扰动和对施工的影响, 将隧道施工中可能出现事故风险降到最低。
3. 3 三台阶七步预留核心土开挖
隧道浅埋偏压段采用三台阶七步开挖法开挖, 此工法是基于弧形导坑留核心土法的原理, 在台阶法的基础上, 创新式的分上、中、下三个台阶并形成7个作业面进行开挖, 各作业面的开挖与支护沿隧道纵向方向上错开, 可实现平行推进。
隧道D3K396 + 840 ~ D3K396 + 860段采用三台阶七步开挖法进行掘进 ( 流程见图3) , 该工法可以实现将掘进工作面从上到下竖直方向分为三层进行开挖, 且三层施工可同步进行。上台阶 ( 1部) 可留核心土暂不开挖, 中下侧掘进时左、右可先后提前开挖2 m ~ 3 m。采用三台阶开挖时严格控制开挖进尺, 每个循环开挖1 m ~ 2 m为宜。隧洞内部支护衬砌采用初支加二衬复合式衬砌, 初期支护采用42小导管超前支护, Ⅰ20a钢支撑、25锚杆及C30喷射混凝土进行。二衬采用C35混凝土由二衬台车进行施作。
4 结语
本文主要对某高速铁路隧道出口端偏压段的施工综合技术进行了研究。该隧道在D3K396 + 840 ~ D3K396 + 860里程段出现浅埋偏压工况, 此段也是整个隧道施工中的重难点。对于该段的施工严格按照设计要求, 采取三台阶七步开挖且预留核心土, 避免超挖。开挖前按照浅埋暗挖施工技术采取一系列预加固措施, 包括洞顶的地表水处理, 地表注浆、回填和洞内以超前小导管为主的辅助措施。在上述整套施工措施的处置下, 隧道出口端浅埋偏压段顺利贯通, 能够为同类工程提供实际借鉴意义。
摘要：以某高速铁路隧道在出口端附近发生浅埋偏压为工程研究背景, 对浅埋暗挖法的原理、特点进行了分析, 初步探究了隧道偏压形成的机理, 在此基础上, 提出了采用三台阶预留核心土法开挖, 同时运用洞外地层辅助、洞内超前支护的辅助施工方法, 为同类工程提供了参考借鉴。
关键词：铁路隧道,浅埋,偏压,施工方法
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浅埋偏压段 篇8
关键词：偏压,变形,开裂,补强,施工技术
0 引言
点峰隧道是中铁十四局管段60 多公里施工线路上贯通的第一条大隧道, 并且也是地质条件最复杂、开挖难度较大的隧道。隧道主要是以构造剥蚀低山为主, 地形陡峭, 沟谷切割深, 多呈“ V”字型分布, 山上植被极为发育, 山坡及谷地大部分的地段都被残坡积物覆盖。
在各种不利条件的影响中, 其中偏压对于隧道施工潜在的威胁是最大的。 偏压会导致隧道受力不平衡, 轻则会造成隧道的拱圈变形, 重则致使隧道的整体结构遭到破坏。 因此保证偏压的正常施工具有非常重要的意义。
1 工程概况
由中铁十四局负责承建的贵广铁路速度目标值为250km/h, 是以客为主、兼顾货运的共线运行线路, 其工程技术和运输组织目前在国内尚未有成熟经验。 是我国一次建成的标准高、 线路长的岩溶山区客货共线的快速区际铁路。
其中点峰隧道全长4390m, 为双线隧道, 隧道出口段位于南岭剥蚀丘陵区, 场区以构造剥蚀低山为主。 隧道出口段穿越F2、F3、F4 断层, 属大湾~启运~南水村区域性大断层的次级断层。 点峰隧道的出口DK598+825~DK598+720 段施作初期支护后, 由于偏压导致发生大范围的初支变形及开裂, 并且造成局部地段出现不同程度的侵限。 此段初支变形控制、开裂补强、侵限处治本人都全程参与处理。 在处理过程中获得较多的经验和教训, 本文将对此施工案例做一个较为系统的总结。
2 施工过程
2.1 隧道开挖围岩及支护情况
点峰隧道出口DK598+825~DK598+720 段最浅埋深45m, 开挖揭示围岩为强-中风化花岗岩和强风化灰岩, 受构造影响严重, 岩体破碎, 局部可发生掉块或小塌方, 呈角 ( 砾) 碎 ( 石) 状构造, 含水, 无自稳能力, 围岩实际判断为IV级。 初期支护主要采用间距为100cm, I18 格栅钢拱架的柔性支护、3.5m长砂浆锚杆、C25 喷射混凝土。
2.2 隧道初期支护开裂过程
在出口DK598+825~DK598+720 段上台阶初期支护施工完成后, 仅过15 天初期支护表面开始出现细小裂纹, 并逐渐扩大, 裂纹以纵向为主, 主要分布在线路右侧。在地表查看后发现洞顶地表有14m长裂缝, 裂缝最大宽度3cm, 随即暂停了隧道掌子面的开挖, 加强对开裂处的监控量测。 七天后四方代表现场勘查并现场确定处治方案, 认为初支开裂不是由大范围的整体失稳引起的, 仅确定在有开裂处采用6m长 Φ42 小导管注浆固结。 在施工了径向注浆小导管后14 天, 监控量测数据显示此段顶拱仅下沉4cm, 并无明显变形。
在DK598+825~DK598+760 段下台阶开挖完毕后, 初期支护再次发生不同程度的变形, 裂缝明显变大, 最大裂缝5mm, 右侧格栅拱架连接处凸起, 初期支护变形的范围扩大到DK598+760~DK598+720, 再次暂停了隧道开挖施工。 经四方代表现场再次查看, 才初步认定DK598+825~DK598+720 段已施工的初期支护受偏压影响变形。 经过项目部与业主、设计多次沟通, 设计单位认可了项目部提出的处理方案, 项目部采用该方案并顺利通过该偏压隧道段。
2.3 偏压处置方案
①地表处理与隧道内处理同步进行, 地表采用30cm厚, C15 混凝土硬化, 进行大面积封闭, 并沿隧道纵向设置多条排水沟, 引导地表雨水, 防止雨水下渗。
②洞内立即停止开挖, 如图一在DK598+825~DK598+720 段进行径向固结, 在此段内设100cm×80cm, 6m长 Φ42注浆小导管, 以提高围岩的承载力, 阻止初支继续变形。
③施工过程中必须保证固结灌浆的质量, 注浆浆液采用水灰比0.5:1 净浆液, 灌浆终孔压力和浆液扩散范围应同时满足设计要求。
④在注浆完成后, 隧道不得急于开挖, 监控量测数据显示, 顶拱下沉, 拱脚收敛趋于平缓稳定时, 开始对DK598+825~DK598+780 段进行二衬施工, 衬砌混凝土强度提高一个等级, 采用C30 防水混凝土。
⑤对DK598+780~DK598+760 段进行侵限处理。 对侵限格栅钢架割除后, 重新镶嵌I20 钢支撑。 侵限处理完毕后, 立即进行此段的二衬施工, 衬砌混凝土强度提高一个等级, 采用C30 混凝土。
⑥开挖DK598+760~DK598+720 段下台阶时设置I20工字钢临时仰拱。 下台阶支护完毕后, 临时仰拱每5 米作为一个小单位, 分段拆除, 一个小单位拆除后, 如此拆除段监控量测的观测数据趋于稳定, 方可拆除下一个小单元临时仰拱。
⑦在后期掌子面开挖中, 将格栅钢架调整为I20 钢支撑, 间距80cm。 并设100cm×80cm, 6m长 Φ42 注浆小导管, 预留沉降量由10cm调整至30cm。 同时设置I20 工字钢临时仰拱。
在后期施工过程中, 严格按照方案执行施工, 偏压情况得到了良好的控制。
3 点峰隧道浅埋偏压施工中的工程技术失误的分析
3.1 人为因素的失误
施工单位经验的欠缺是原因之一, 施工单位作为隧道施工的前线单位, 对施工过程中可能产生的偏压没有产生足够的警惕, 穿越冲沟时, 地表起伏较大, 依然按原设计施工, 对浅埋段偏压隧道没有足够的认识和施工经验, 隧道发生偏压后, 对已经发生的初期支护变形产的原因不能做出明确的判断, 导致后期成本增加, 工期延误。
点峰隧道设计人员没有考虑到由于隧道穿越冲沟时一侧可能发生的情况, 在隧道工程地质条件描述时也没提出可能产生的偏压影响, 更没有针对可能产生的偏压做出相应的加强支护的手段和施工措施。
3.2 技术误判的失误
第一次初期支护发生变形后, 在对变形原因的判断上有重大失误, 没有将初期支护变形原因归于隧道受偏压的影响, 采取的加强手段也仅仅是开裂补强。 没有采取应对隧道受偏压影响的专项措施, 导致二次较大的变形, 进而产生大范围的侵限。直到二次变形发生后才将初期支护变形的原因归于偏压, 才采取全断面大范围的注浆加固措施, 虽然注浆加固后控制了偏压对隧道初期支护的破坏, 但大范围的初期支护断面侵限已经发生, 侵限处理过程极其缓慢, 不仅延后施工进度, 还造成了极大的经济损失。
3.3 监控量测局限性的失误
对隧道初期支护变形原因判断的一个最重要的依据就是监控量测, 但施工单位开展的监控量测工作主要是拱顶下沉和拱脚收敛, 并没有对拱腰的变形进行观测, 偏压对隧道的影响就没有在监控资料中有所反应, 仅仅通过对拱顶下沉和拱脚收敛的数据分析, 很难得出隧道受偏压的结论, 直到隧道断面发生开裂后, 才开始在开裂段落布设观察点, 经过一段时间的观测, 通过对初支断面的对比才得出隧道受偏压的结论。这样就暴露了拱顶下沉和拱脚收敛这两种监控量测手段的局限性, 不能对隧道偏压进行准确的监测。 这就需要增加监控量测的手段, 比较有效的量测偏压的手段有钢支撑内力量测、围岩内部位移量测和喷射混凝土应力量测。 点峰隧道后期增加钢支撑内力量测, 同时增加了初支断面三角布点监控量测法, 对后期监控量测资料综合分析和开挖施工都提供了非常有价值的参考数据。
4 对浅埋偏压隧道设计施工的思考
偏压是由于地形不对称或者地质岩层因素, 造成隧道结构两面荷载不对称所形成。 偏压相对于不良地质、涌水等对隧道施工影响而言较为隐性, 主要是对已施工的隧道初支有渐变的破坏作用, 不易察觉, 如果处治不及时不恰当就会造成隧道初支断面侵限, 甚至会导致塌方事故。 怎样及时地发现隧道偏压, 采取怎样的有效手去控制隧道偏压对初支的破坏, 是摆在广大隧道建设工作者面前的重要课题。
4.1 对施工单位处理浅埋偏压隧道的建议
在隧道开挖施工前对偏压要有定性的预判, 预判的手段主要有对隧道所处的地形地貌情况和开挖揭示出围岩情况进行分析。 在施工前应组织人员对隧道地表浅埋段、地貌变化明显处进行查看, 针对此处制定专项施工方案。在洞内开挖过程中, 做好地质超前预报工作, 根据围岩情况制定开挖及支护方案。
在隧道开挖过程中, 根据围岩类别极及实际情况, 多采用光面爆破技术, 减少超挖量, 尽量能达到围岩面、喷射混凝土、钢拱架完全密贴, 使初期支护均匀受力减少应力集中。 隧道开挖后应及时施作初期支护, 防止围岩由于暴露过长而产生过大变形, 从而导致围岩强度和自稳能力降低。 根据这次处理隧道偏压的经验, 初期支护在受偏压作用下开挖下台阶对围岩的二次扰动, 会引起已施作的上断面初期支护急剧变形, 为控制下断面开挖的影响, 在后期施工过程中增设临时仰拱, 同时下断面左右两侧交替开挖, 增设锁脚锚杆, 钢拱架的拱脚不得悬空。在初支施工过程中必须保证锚杆的有效长度和角度, 拱架背后不能有空洞, 提高喷射混凝土质量减少回弹量保证混凝土强度。
4.2 对设计单位处理浅埋偏压隧道的建议
浅埋偏压隧道的支护尽量采用刚性支护, 结合点峰隧道施工实例, 浅埋偏压隧道采取柔性支护效果非常差。 在设计中可将钢拱架环封闭, 钢拱架可采用4 单元或3 单元避免分节过多, 加强拱架间的连接, 达到提高初期支护刚度的需要。 在受偏压一侧锚杆可加长加密, 打设施工完成后进行注浆处理, 并且超前支护宜采用超前小导管预注浆, 使水泥浆进入破碎岩层内部, 待凝固后和岩层成为一体, 增强围岩的整体性, 能很好的起到控制偏压的作用。另外增加钢筋网和喷射混凝土厚度也是规避变形的有效手段。
浅埋偏压隧道的预留变形量还应适当的放大, 浅埋偏压隧道受力复杂, 前期施工中应预留足够大的预留变形量, 以保证初期支护变形不侵限, 点峰隧道后期将V级围岩的预留变形量调整至30cm, IV级围岩的预留变形量调整至20cm, 对控制初期支护侵限起到了较好的效果。
5 结语
点峰隧道出口口端位于滑坡体上, 这属于典型的偏压、浅埋隧道。应该慎重选择施工方案, 才能有效消除安全隐患, 避免造成失误。本文以点峰隧道为依托, 对点峰隧道浅埋偏压施工中失误的原因进行分析, 得出了一些处理类似问题的经验, 对于以后类似隧道的施工有着借鉴、指导意义, 具有很大的经济效益和社会效益。
参考文献
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浅埋偏压段 篇9
社坪隧道设计为单洞双线,设计行驶速度250 km/h,并预留进一步提速条件。隧道全长213 m。全隧道按新奥法设计和施工,进口和出口均位于陡峭的山坡上,施工场地条件有限,进口左侧存在顺层偏压,洞口浅埋,浅埋段最薄覆盖层分别为5 m,7.5 m,在洞口74 m范围内为强风化奥陶系黄隘组砂页岩,顶板为残坡积层,风化裂隙,发育具块状镶嵌结构,局部散体结构,围岩不稳定,易塌。采用35 m长大管棚对洞口段进行超前支护。沿隧道衬砌外缘一定距离打入一排纵向钢管,并且在插入钢管后,再往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁之间的空隙,使管棚与围岩固结紧密,以提高钢管的强度。开挖后架设拱形钢架支撑,形成牢固的棚状支护结构。
2 施工工艺
2.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图1所示。
2.2 管棚参数
1)钢管布设在圆心角为120°的隧道拱部范围内;2)导管规格:热轧无缝钢花管,外径108 mm,壁厚6 mm;3)管距:环向间距40 cm;4)倾角:外插角1.5°(不包括路线纵坡);5)注浆材料:水泥浆、水泥砂浆或双液浆;6)管棚长度为35 m,节长3 m,6 m;7)孔口管为无缝钢管ϕ146 mm,壁厚6 mm,节长2 m;8)管心与衬砌设计外廓线间距为40 cm;9)钢管施工误差:径向不大于20 cm;10)导管上钻注浆孔,孔径10 mm,孔纵向间距15 cm,呈梅花形布置,尾部留200 cm的不钻孔止浆段。注浆压力0.6 MPa～1 MPa,具体浆液配比和注浆压力由现场试验确定;11)为了提高导管的抗弯能力,在导管内增设钢筋笼。
2.3 工艺说明
2.3.1 明洞边坡仰坡开挖支护
1)明洞段开挖应在洞顶截水沟施工完成后进行,应尽量避开雨季施工。2)边仰坡防护应与明洞开挖同步进行:及时施工明洞边坡的锚杆、挂设钢筋网、喷射混凝土及时封闭坡面。3)对边仰坡渗水要及时排、引到坡面外,加强对坡面的防护。
2.3.2 施作套拱
1)混凝土套拱作为长管棚的导向墙,起到反压管棚尾端,平衡管棚受力及支撑洞口的作用。套拱在明洞外廓线以外施作,套拱内埋设工字形钢支撑,管棚导向管焊接在钢支撑上。2)用全站仪确定出两侧管口的平面位置,高程,焊接固定导向管。孔口管应牢固焊接在工字钢上,防止浇筑混凝土时产生位移。
2.3.3 钻机就位
采用RPD-150C履带式多功能地质钻机进行钻孔作业。
1)钻机自动行走至作业平台,与传统施工方法相比无需搭设操作平台,钻机就位更方便、灵活,施工效率高。2)钻机定位:钻机要求与已设定好的孔口管方向平行,必须精确核定钻机位置。用钻杆导向的方法,反复调整,确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
2.3.4 钻孔预注浆
首先在ϕ146导向管前端安装ϕ146转ϕ100的变径,再在变径前端安装ϕ57止水装置。依照ϕ146导向管的仰角和外插角定位。用RPD-150C钻机ϕ57钻杆ϕ65钻头进入ϕ146导向管一次性钻到30 m。开始后退式注浆,即后退钻杆3 m,注浆一次,达到压力后再后退,再注浆,以此类推一直注满全孔。把氮气管和氮气操作台与氮气瓶安装好,把氮气送至止水装置抱紧密封环,压力要超过设计注浆压力,防止水泥浆液泄漏。
注浆施工:注浆开始前,根据注浆方式(双液浆)正确连接管路。注浆开始前,进行压水或压稀浆试验,检验管路的密封性和地层的吸浆情况,注浆压力0.6 MPa～1 MPa。注浆时,经常观测注浆压力和流量的变化,发现异常情况及时处理(注浆过程中,如压力逐渐上升,流量逐渐减少属于正常现象;如压力长时间不上升(小导管注浆5 min)流量不减,可能是跑浆或漏浆;如压力急剧上升,流量急剧减少,在排除地层因素外,可能是管路阻塞)。注浆过程中,经常观察工作面及管口情况,发现漏浆和串浆,及时进行封堵。双液注浆时每隔5 min或变更浆液配比时,在孔口测量浆液凝胶时间,并根据情况进行调整。注浆过程中做好注浆记录,每隔5 min详细记录压力、流量、凝胶时间等,并记录注浆过程中的情况。为防止串浆情况发生,注浆时采取隔孔注浆的顺序进行。
2.3.5 钻孔
1)当整个环形注浆孔按设计要求完成注浆量和注浆压力后,拆下止水装置,换上ϕ89钻杆ϕ146钻头按ϕ146导向管的角度进入ϕ146导向管内进行钻探到30 m后,拆卸ϕ89钻杆。
2)钻机开钻时,可低速低压,待成孔10 m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。
3)钻进过程中经常用测斜仪测定其位置,并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量,并及时处理钻进过程中出现的事故。
4)认真作好钻进过程的原始记录,及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报,作为指导洞身开挖的依据。
2.3.6 清孔验孔
1)用地质岩芯钻杆配合钻头进行来回扫孔,清除浮渣至孔底,确保孔径、孔深符合要求、防止堵孔。
2)用高压气从孔底向孔口清理钻渣。
3)用测斜仪等检测孔深,倾角,外插角。
2.3.7 安装管棚钢管
1)钢管应在专用的管床上加工好丝扣,头焊成圆锥形,便于入孔。
2)棚管顶进采用大孔引导和钻机钻进相结合的工艺,即先钻大于棚管直径的引导孔(ϕ146 mm),然后可用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。
3)接长钢管应满足受力要求,相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1 m。
2.3.8 注浆
1)安装好有孔钢花管后即对孔内注浆,注浆后再施工无孔钢管,无孔钢管可以作为检查管,检查注浆质量。
2)注浆参数:水泥浆与水玻璃体积的比例为1∶1;水泥浆水灰比1∶1;水玻璃浓度35 Be′水玻璃模数24。
3)采用kby350/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内,初压0.5 MPa,终压1 MPa,持压15 min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的15倍,若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,直至符合注浆质量标准,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填,方可终止注浆。
4)注浆结束后及时清除管内浆液,并用30号水泥砂浆充填,增强管棚的刚度和强度。
3 质量控制
1)钻孔前,精确测定孔的平面位置、倾角、外插角,并对每个孔进行编号。
2)钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定,一般控制在1°～1.5°,钻机最大下沉量及左右偏移量为钢管长度的1%左右,并控制在20 cm～30 cm。
3)严格控制钻孔平面位置,管棚不得侵入隧道开挖线内,相邻的钢管不得串孔。
4)经常量测孔的斜度,发现误差超限及时纠正,至终孔仍超限者应封孔,原位重钻。
5)掌握好开钻与正常钻进的压力和速度,防止断杆。
4 结语
1)对于隧道洞口的软弱破碎围岩地段、浅埋地段采用长大管棚施工工艺,提前发挥超前支护作用,增加了施工安全度,提高隧道的长期稳定性,确保顺利进洞施工。
2)在管棚支护下开挖,可减少地表下沉和防止围岩坍塌。
3)管棚钻孔可作为地质预探预报,地质资料可为洞身开挖提供依据。
参考文献
浅埋偏压段 篇10
隧道洞口因大多数是隧道风化最强烈、完整性最差、围岩类别最低的段落,同时往往伴随着浅埋、偏压、小净距等不利因素,隧道能否安全顺利进洞,是隧道施工成功最重要的第一步,隧道进洞施工方案编制是否科学合理,将直接关系到施工工人的生命财产安全。如何确保全线控制性工程中条山特长隧道洞口小净距浅埋偏压段的安全进洞成为全线关注的焦点。本文以中条山特长隧道进口左洞成功的进洞经验为例论述了异型套拱加长管棚在洞口浅埋、偏压、小净距不良地段的实际应用,和大家共同分享。
1 工程概况
中条山隧道是闻喜—济源高速公路闻喜东镇—垣曲蒲掌段LA5合同段中的一座特长隧道,是全线最长的隧道和控制性工程。该隧道设计为双向四车道分离式隧道,左洞长3 310 m,右洞长3 175 m。左右洞洞身净距由进口端从20 m过渡到46 m。主要存在褶皱、断层、节理裂隙发育等不良地质。
2 隧道进口左洞进洞情况
中条山隧道进口左洞边坡坡角13°～26°,洞门轴线与等高线右交角约34°～150°,洞口轴线与地形的关系属沟谷部进入型,隧道拱腰部位与一条冲沟相交,原设计洞口里程K27+950～K27+980段为30 m长管棚。
根据现场实际地形地质情况,隧道进洞存在以下不利因素和安全隐患:
1)洞口段地质出现半土半石情况,即洞身开挖及支护时一半位于岩石内,另一半位于土层内。左侧为承载力极低的坡积土,结构松散,右侧为风化的混合花岗片麻岩,硬度较强,但因受地质构造作用较重,裂隙发育,围岩完整性差。左右侧介质的巨大差异性及左低右高的地形造成了较严重的洞口偏压;
2)洞顶覆盖层极薄,最小的覆盖层厚度仅为0.92 m,初期支护的锚杆失去着力点,对于新奥法施工的隧道非常不利,且覆盖层太薄在洞身开挖时易出现坍塌、掉块现象,存在一定的安全隐患;
3)隧道拱腰部位与一条冲沟相交,下雨时冲沟汇水面积较大,常年堆积的坡积土较厚,且冲沟内植被稀少,下暴雨时可能将坡积土全部掏空,对隧道结构造成影响;
4)左右洞之间的净距仅为20 m,左右洞爆破施工时相互的扰动性非常大,对洞口的浅埋偏压造成不利的受力影响。
隧道进洞时,因小净距浅埋偏压隧道洞口介质的不对称性和巨大差异性,围岩初始应力三维状态急剧发生变化。洞口偏压受力状态见图1。
3 施工技术方案
3.1 进洞施工技术方案对比分析
现将几种浅埋偏压段的处理方案在中条山隧道的应用对比分析如下:
1)将浅埋偏压段落挖除,按照路堑施工,即将原设计部分暗洞按照路堑施工,此方案能够彻底的解决半土半石围岩差异性大的问题,对浅埋偏压都能够很好地处理,但因洞口右侧山体较高,围岩裂隙较发育,完整性差,且左右洞净距仅20 m,如改为路堑,所刷边坡顶将侵入右洞洞顶,既影响右洞隧道的施工和结构安全,也不符合隧道洞口施工尽量避免大开挖的原则。
2)暗洞缩短、明洞加长,明暗交接里程移至穿过冲沟的里程位置K27+970,此方案解决了浅埋问题,但偏压问题没有解决。
3)在浅埋偏压段落处设置抗滑桩或抗偏压混凝土挡墙后回填,此方案能够很好地解决侧向偏压对隧道的影响,但施工工期长、成本大且左侧没有合适的地方施工。
4)暗洞明作、回填反压。将暗洞浅埋偏压破碎部分挖除,按照明洞施工,施工完毕后再用黏土回填反压,此施工方案可能会暂时使偏压力得到削弱,但因冲沟汇水的冲刷,回填反压抵消偏压的力会随着时间的推移逐步减弱,且此施工方案减弱了原设计初期支护的结构。
由此分析可知,以上各施工技术方案都能够解决一部分问题,但都有各自的局限性,下面将着重介绍异型套拱加管棚如何彻底解决隧道进洞浅埋、偏压、小净距的难题。
3.2 异型套拱加管棚施工技术方案
施工技术方案要点如下:
1)测量放线确定隧道轮廓线后将半土半石冲沟段落(K27+950～K27+970)的坡积土沿异型套拱设置位置清除干净,同时清除破碎的岩石,留下完整性较好的基岩,在完整基岩内挖槽,挖槽深度和长度见图2。
2)异型套拱的设置位置、厚度需考虑洞口二衬的外力分布情况,根据图1可知,偏压的产生主要在于左侧的平衡力被右侧的平衡力打破,因而必须在左侧设置一结构物用于抵消右侧的力,根据受力和地形情况,异型套拱底部厚度尺寸设置为3 m,顶部厚度尺寸为2 m,底部嵌入基岩的深度为1.18 m,顶部嵌入基岩的深度为圆弧20°范围。异型套拱与基岩间设置Φ28的连接钢筋,长度为1 m,间距为0.2 m。
3)异型套拱混凝土标号为C25,在异型套拱内设置ϕ127 mm孔口管,用于ϕ108 mm管棚的定位,设置间距角度为4°,设置范围为异型套拱范围内全部设置,异型套拱长度为顺着线路方向与山体抵紧,ϕ127 mm孔口管设置长度与异型套拱长度等长,在浇筑异型套拱前进行固定预埋。
4)安装18普通工字钢,安设ϕ127 mm孔口管,浇筑C25套拱混凝土。
5)以C25混凝土套拱为导向墙进行管棚的施工。
6)洞顶回填黏土并压实。
7)隧道进洞进行洞身施工,其他按照设计图纸施工。
4 施工效果检验及注意事项
1)施工效果检验。
监控量测数据证明,洞口小净距浅埋偏压段经过异型套拱加管棚的技术施工处理后,整个边坡出现了较好的稳定状态,达到了预期的效果。
2)技术方案实施注意事项。
在实施此方案的过程中,需注意以下事项:
a.在管棚钻孔过程中需考虑到隧道的纵坡,钻孔需保持一定的倾角,特别是对于纵坡比较大的隧道,如不考虑纵坡可能出现管棚侵限的情况;
b.异型套拱一定要嵌入基岩一定深度,确保偏压力通过异型套拱传递到地下基岩,使整个隧道断面形成一个整体。在基岩与异型套拱间一定要设置连接钢筋,确保偏压力的顺利传递。
5 结语
随着我国国家高速公路建设力度的进一步加大,隧道施工的数量急剧增加,而隧道洞口浅埋、偏压、小净距现象非常普遍,如何科学合理确定进洞方案显得尤为重要。异型套拱在解决因洞口半土半石等地质极不连续情况及地形与线路方向斜交的情况形成的浅埋偏压处理非常具有价值,因此建议将此技术施工方案在相似的情况下进行实施。
摘要：论述了中条山隧道进口左洞小净距浅埋偏压段的处理措施,并对各种进洞方案进行了比较,采用异型套拱加管棚方案较好地解决了隧道进洞时碰到的难题,达到了较好的效果。
关键词：异型套拱,洞口,小净距,浅埋偏压,应用
参考文献
[1]JTG D70-2004,公路桥涵公路隧道设计规范[S].