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摘要:在隧道中運用礦山法施工時由于受外界條件影響和施工不當,難免會出現發性落拱現象。本文結合某地鐵區間隧道某段出現突發性塌方采取的緊急處理措施,介紹了地鐵礦山法施工突發性落拱處理的一般措施,并提出了預防的方法,以供同行業處理一些與此相關問題時參考。
關鍵詞:地鐵礦山法,突發落拱,處理
1.工程概述
某隧道為雙向六車道,全長6005m。該隧道場區以節理裂隙密集帶為主,隧道進出口位于山坡,山坡坡度約10—15度。出口段洞身圍巖主要為殘積砂質粘性土、全風化凝灰熔巖,厚度約為15m。此隧道采用地鐵礦山法施工,*年 *月 *日,該隧道左洞出口段 Z K13 +500 (離洞口115m )處頂部在正常爆破后,在開挖輪廓線的拱頂出現開裂、掉塊、小面積塌陷,在后續施工中,掌子面塌方體才相對穩定。*月 *日晚因降大雨,左洞原塌方部巖體受地表水浸泡及沖洗粘聚力和巖體摩擦系數急劇減小造成巖體下塌,致使坍洞擴大;形成環向11m,縱 向8 m,深約12m 的大型塌洞。上部覆蓋山體表面也下沉,形成26m的通天塌方。
2.突發性落拱處理原因分析
塌方段地質條件差,圍巖極為破碎,開挖后隧道初期支護的拱頂沉降及周邊收斂持續較高,在變形過程中圍巖松動圈不斷擴大,初期支護無法承受擴大后松動圈范圍內松散巖體自身的壓力,隧道初支噴射混凝土從局部受壓變形到大面積開裂、剝落、掉塊,噴射混凝土與鋼支撐剝離,工字鋼折彎變形、失穩,最終導致塌方。*月 *日晚因降大雨,掌子面出現大量涌水,水量約100m3/h,塌方體處伴有大量涌水出現,也是引發坍塌的主要原因之一。
3.突發性落拱處理
本隧道左洞塌方的里程樁號為ZK13+500,底部中心點標高為115.699,地表塌方標高為141.77,塌落高度26 m ,塌落區距離洞門 115m,經業主、 設計單位 、 監理 、 施 工單位代表 共同討論確定.采用以下施工處理方案:
(1)詳細勘探塌方空腔的高度和摸清塌方體的情況,在樁號為 ZZK13+500處向塌方空腔上方打入三根φ108mm鋼花管(鋼管應深入到塌腔體內適當位置),作為泵送混凝土和排水管作用,使地下水能順暢排出洞外。
(2)在洞內塌方體表面噴一層20cm厚的C25早強混凝土并掛網將塌方體封閉,且根據具體情況在塌方體上設置平孔排水,以持洞內塌方體穩定。
(3)在塌方體表面打入φ50mm小導管,梅花形布設,間距為8 0x80m,導管長為6m,注C30水泥漿以固結塌方體。然后對塌腔部分進行泵送C20混凝土回填使洞內空隙回填密實。
(4)對塌方體后方已施工好的有變形的初期支護進行加固,采用徑向小導管注漿補強,小導管長6m、間距80x80mm。若初期支護變形大于5cm應采取逐榀置換鋼支撐,置換前先采用徑向小導管注漿,待小導管注漿達到強度后方可進行置換,置換后,必須保證初支及二襯達到原設計厚度。
(5)為加固補強塌方影響段圍巖,在塌方影響段洞內施作φ8 9 x 6mm長12m超前注漿鋼花管以及φ5 0 x 5mm長6 m超前小導管,其環向、縱向間距詳見塌方段處理設計圖。當超前支護達到強度后,方可對塌方段進行開挖。
(6)對塌方處掘進,應采取短進尺強支護形式(挖一榀鋼支撐間距立即設置一榀鋼支撐并噴射混凝土至設計厚度使之形成強度),并加強對初期支護監控量測。
(7)強化塌方段落的支護結構,塌方影響段二次襯砌支護采用ZD K—1加強型(初支主要采I22工字鋼,間5Oc m一榀,二襯采用C30雙層φ25鋼筋混凝土,主筋間距20cm),二襯施工前要對初支內腔進行測量,以判斷初支內輪廓是否侵入二襯。
(8)注漿材料、壓力及配合比:為了保證水泥漿液在土體中一定范圍內擴散,施工時注漿量應根據現場試驗進行調整,以達到最佳注漿效果。
(9)注漿順序:注漿時先拱墻,后拱部,并采取隔孔注漿方式。
(10)注漿結束標準:注漿壓力逐步升高,達到設計終壓( 2.O M P a)并繼續注漿15min以上。進漿量,一般為20—30 L / m i n 以下。按上述施工工序和步驟循環,即完成整個塌洞的初期支護處理。與此同時還對塌洞前后區段實施加強性支護,加強段長度為8 m,這樣就大大增加了儲備安全系數。
4.地鐵礦山法施工突發性落拱一般處理措施
就此工程案例來看,突發性落拱的處理一定要及時否則就會影響工程的的繼續實施,甚至造成安全事故。為了能夠迅速及時的的做好突發性事件的處理,在這里介紹落拱突發時處理的一般措施。
隧道發生塌方,應及時迅速處理,不得隨意拖延時間。處理前,必須仔細觀察塌方的范圍、形狀、數量大小及坍體的地質狀況、地下水的分布、活動情況等,分析塌方發生的原因,研究制定處理方案。
隧道塌方應根據發生的部位、規模及地質條件、采取“治塌先治水、治塌先加強”的原則,采取噴錨支護、注漿、管棚、加強二次襯砌、設置護拱等技術措施,不失時機、不留隱患地進行處理。
4.1隧道洞口坍方處理
4.1.1對中小型坍方,應將坍體自上而下全部清除,根據坍方清除后的坡面情況,決定是否采用刷坡卸載的方法,同時對仰坡面自上而下進行噴錨網加固。其支護參數為:
噴射混凝土厚度:8~15cm ;
錨桿:φ22mm ,長 3~5m ;間距 1m*1m~1.5m*1.5m ;
鋼筋網:φ6mm~φ12mm ;網格間距 15cm*15cm~25cm*25cm 。
4.1.2對于大型或特大型坍方,不必全部清除坍體,可采取挖臺階的形式清除一部分,然后進行噴錨網加固,并在仰坡上的適當位置設置漿砌片石擋墻作防護。
4.1.3當坍方是因為洞口附近的山體滑動引起的,且坍方發生后,滑動體尚未穩定,此時必須先加固滑動體,然后再處理坍方。目前加固滑動體的技術措施主要有三種:
①采用長錨桿,長度須超過滑動面,一般為 8~20m ,并嚴格進行注漿。
②采用預應力錨索,其長度也必須穿過滑動面,一般為 12~40m,并嚴格進行注漿。
③采用抗滑樁進行加固,其長度仍必須穿過滑動面,其斷面大小一般為 2m*2m~4m*4m。
4.1.4仰坡加固完成后,對于洞口段已露空洞身時,可采用暗洞明做或改為明洞襯砌,拱圈上部回填土石或漿砌片石。
4.1.5根據仰坡坍方的規模及處理后的穩定情況,對洞內二次襯砌進行適當加強,如增大襯砌厚度或采用鋼筋混凝土、鋼架混凝土襯砌等
4.2土質類塌方處理
土質類塌方,除了開挖面附近,因地質或水文原因引起的局部坍塌外,一般規模較大,為大型或特大型塌方。土質隧道在開挖后,圍巖的穩定主要靠土粒間的摩擦力維持,其自然坍塌的高度,達40~50m,按隧道寬度為10m,坍塌縱向長度也按10m考慮,其塌方數量即可達到5000~8000m3,引起這類塌方的主要原因:一是初期支護的強度不夠;圍巖的周邊收斂變形過大;二次襯砌未及時施做,使圍巖暴露時間過長。
土質類塌方的處理,應根據土質類塌方的特點,施工時考慮幾個不同的事項:
①注漿,一般不采用滲透注漿,因效果不理想,而采用超細水泥的劈裂注漿。
② 管棚的鉆孔,因成孔較困難,故大多數情況下,應采用跟管鉆機鉆孔。
③開挖,應采用小斷面開挖,如注漿效果不理想時,可考慮增設臨時預應力仰拱的技術。發生塌方的地段,一般情況下,其地質狀態較差,故其開挖及支護應按照軟弱圍巖的開挖及支護要求進行,即嚴格遵守“短進尺,弱爆破,強支護”的原則。
④支護,初期支護及時進行,并保證其強度和剛度,防止第二次塌方的發生,并及時施作二次襯砌。
4.3巖石類塌方處理
對于巖石類塌方中,如果巖石本身的強度高,呈均勻的碎石狀,黏土及沙石含量較少,則采用塌體注漿加固后,其強度及整體性大大提高,此時的塌體穩定性相當于Ⅲ~Ⅳ級圍巖條件。因此在這樣的條件下,可采用全斷面開挖,但進尺一般不超過2m,其初級支護及二次襯砌的施工可比照Ⅲ~Ⅳ圍巖的要求進行。
5.地鐵礦山法施工突發性落拱的預防
5.1對于突發性落拱的預防首先要對隧道地質狀況了解并掌握施工過程中的動態變化。而要想準確地了解隧道的詳細地質情況,可以通過隧道施工地質技術,采取儀器探測法、地面地質調查法和斷層參數預測法等科學手段,對圍巖進行長期、短期或臨近地質預報,為隧道采取正確的施工方法提供可靠的依據。同時,上述這些方法還可以對不良地質地段進行監測、判斷,主要包括對隧道內斷層破碎帶、不穩定滑塌體和巖體、巖溶陷落柱的識別,影響塌方地質因素分析和塌方可能性判斷,包括塌方前兆及時準確辯認。
5.2光面爆破時,應認真觀察圍巖的變化情況,對爆破設計不斷的進行改進和優化,及時調整炮眼間距、數量、長度、裝藥量和每循環進尺,真正做到石變我變,以減弱爆破對圍巖的擾動,同時避免因欠挖而帶來的二次擾動,為下一步的支護創造良好的條件在施工過程中注重施工的質量控制。同時做好超前支護、管棚技術施工的質量控制。
5.3遇到松散破碎地層時,隧道施工應采用分部開挖的施工方法。單線隧道宜采用上導坑先拱后墻進行開挖,起拱線以上用上導坑及分部擴大、環形開挖預留核心土等方法進行開挖支護,起拱線以下用拉中槽、跳槽開挖馬口的方法開挖支護邊墻;雙線隧道采用雙側壁導坑先墻后拱法進行施工。在分部開挖過程中,應嚴格貫徹“短進尺、弱爆破、強支護”的原則;采用分部開挖法時,其下部開挖宜左右兩側交替進行。襯砌應緊跟開挖面,襯砌斷面應盡早封閉。
5.4在施工過程中,隨時觀察和量測現場工程地質變化情況及圍巖收斂變形情況,及時預報圍巖穩定狀況,當圍巖收斂出現異常,或出現其他塌方征兆時,應立即采取有效措施進行加強支護或襯砌。圍巖位移量測一般采用五點量測法,即拱頂、兩側拱腳、兩側邊墻中部,量測頻率一定要按照規范要求進行,安排專人進行操作,對量測數據要抓緊進行處理,確保其準確、及時、可靠。
結論:在采用地鐵礦山法施工時出現突發性落拱,應及時迅速處理,不得隨意拖延時間。處理前,必須仔細觀察塌方的范圍、形狀、數量大小及坍體的地質狀況、地下水的分布、活動情況等,分析塌方發生的原因,研究制定處理方案。要做好預防工作,一定要在地質資料詳實的基礎上科學分析,并進行超前地質預報來指導施工。
參考文獻:
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