隧道塌方抢险施工方案和几点体会.docx
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隧道塌方抢险施工方案和几点体会
隧道塌方抢险施工方案和几点体会
作者:
孙宝柱
作者博客地址:
[摘要]:
XX水电站引水隧洞X标工程,2006年6月25日夜22:
40左右3#主洞上游3+171~3+145段产生较大塌方,塌方高度1.5m~3.5m。
2006年7月26日11:
50再次塌方,塌方区延伸至3+126。
初次塌方发生后,项目部迅速行动,进行了有效的抢险施工。
本文结合抢险施工的各项工作进行情况,浅谈一下自己对隧道塌方处理的体会。
[关键词]:
隧道塌方处理围岩支护体会
XX水电站引水隧洞位于四川省眉山市洪雅县XX镇,距洪雅县城约76千米。
工程地处周公河流域,属于四川盆地亚热带湿润气候区,具有春早气温多变化,夏无酷热雨水多,秋雨连绵湿度大,冬无严寒霜雪少等特点。
引水隧洞全长4.8km米,设计断面为φ6.2米圆形断面,设计纵坡0.273%,全部采取钢筋砼衬砌,衬砌厚度根据围岩类别而定,其中Ⅲ类围岩衬砌砼厚度40cm,Ⅳ类衬砌砼厚50cm,Ⅴ类衬砌砼厚80cm。
引水隧洞围岩组成为侏罗系蓬莱镇组(J3P)泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层夹薄层泥灰岩或砂岩,地下水发育,地质情况复杂多变;围岩类别以IV类为主,局部V类。
围岩自稳时间短,极易塌方。
一、塌方区综合情况
隧3+186~3+120段均属于不良地质地段;开挖时分上台阶一次开挖,预留底板;完全遵循“新奥法”—短进尺、弱装药、强支护、快封闭、勤测量的原则施工,但小的掉块不断,超挖严重;此段地下水发育。
2006年5月8日上台阶开挖至合同界定里程,转入衬砌台车安装位置扩挖、台车安装、捡底和砼衬砌施工。
1、隧3+186~3+179段塌方情况
隧3+179~3+186段上台阶开挖时,2006年元月3日02:
30隧3+183拱顶发生几次连续塌方,最大高度1.5m,约20m³,纵长7m。
塌方后有较多地下水渗出(此前开挖无明显地下水),塌方砸坏钻爆作业台架。
初次塌方后,项目部会同水利部四川省水利水电勘测设计研究院XX水电站设代处、瓦电工程指挥部、四川XX水利水电咨询监理公司瓦电监理部四方制定施工方案:
现有塌方洞段采用钢格栅加固支护(即V类围岩支护方案),不扩挖(R=3.7m);后续洞段扩挖10cm(R=3.8m),采用钢格栅、喷锚支护。
2、隧3+171~3+141段塌方情况
隧3+179~3+142段在上台阶开挖时,围岩被划分为IV类,开挖半径R=3.8m,采用钢格栅、喷锚支护。
拱顶揭露围岩:
粉砂质泥岩,倾角较缓,伴有地下水渗出。
2006年2月14日完成上台阶开挖,四方现场决定从隧3+142起改为Ⅴ类围岩R=4.1m开挖支护。
2006年6月25日夜22:
40左右3#主洞上游隧3+171~3+145段产生较大塌方,塌方区几度延伸至隧3+141;塌方高度1.5m~3.5m。
此次塌方没有发现明显的预兆,只有局部零星掉块。
塌方区拱顶呈粉沙质泥岩镜面结构、塌体基本堵住洞身。
塌方损坏钢格栅拱架29榀,该段初期支护完全破坏。
3、隧3+141~3+126段塌方情况
2月14日从隧3+142开始Ⅴ类围岩开挖支护后,到2月27日隧3+120把围岩类别改为IV类止,地下渗水一直不断;围岩以薄层粉沙质泥岩、破碎泥灰岩为主,情况复杂多变。
2006年7月26日11:
50,我部在3#洞上游进行台车安装扩挖段回填砼施工时,引水隧洞隧3+126~3+141段突然塌方,原钢格栅临时支护全部垮塌,塌方高度约3米。
塌方洞段属Ⅴ类围岩,断面上部为软弱破碎的泥灰岩,下部为泥质粉砂质岩,两种岩性间夹一泥层,有地下水渗出。
该洞段于2006年2月份进行开挖及支护施工,开挖时采用了钢格栅、锚杆、挂网、喷砼支护,塌方前,该洞段钢格栅支护未见有明显变形,喷砼也未见有开裂脱落现象。
塌方损坏钢格栅拱架12榀和新立钢支撑1榀,该段初期支护完全破坏。
二、查明塌方原因,找准切入点
塌方区围岩组成为侏罗系蓬莱镇组(J3P)泥质粉砂岩与粉砂质泥岩互层夹薄层泥灰岩或砂岩,有较多地下水渗出,地质情况复杂多变,属于V类围岩。
根据塌方接露的地质和其它情况,我们分析塌方的原因和塌方的预监测失效的成因如下。
1、地质原因
塌方部位围岩差,开挖时就产生了一次塌方。
当时地质情况没有完全被接露,认识存在一定的误差。
川勘院设代处地质组组长分析为:
拱顶岩性为粉砂质泥岩夹薄层泥灰岩,泥灰岩遇水软化;造成拱顶上方岩体松弛变形失稳,致使临时支护受力变形过大引起的地质塌方。
围岩条件差,是产生塌方的重要原因之一。
2、地下水的影响
由于隧洞区岩体透水,地下水降低了岩体的强度和变形模量,随着隧洞的开挖,地下水排泄条件形成,向洞内渗出产生渗透压力作用于围岩,加剧了稍破碎岩体的变形与破坏,尤其岩层间的薄弱泥灰岩夹层,遇水软化。
开挖时,布设的几处4m排水孔没有起到集水作用,地下水不集中,仍沿岩面外渗。
地下水是隧洞围岩产生塌方的又一重要原因。
3、临时支护刚度不足
该段采用4根Ф22mm主钢筋@200*200制作的钢格栅配合系统锚杆支护,间距1.0m~1.5m。
喷C20砼15cm,钢格栅与岩面之间没有完全接触;钢格栅内部没有满喷砼,受力条件差。
钢格栅的结构和布置无法抵抗围岩产生的变形压力,在围岩自身失稳后,迅速的变形垮塌。
4、施工质量问题较多
在第一次塌方后,采取了钢格栅支护,由于钢格栅没有密贴岩面,只是单点受力。
钢格栅受力分布不均匀,易产生破坏。
钢格栅与岩面间隙较大,围岩产生的变形没有被及时观察到;致使塌方前的征兆没有被感知,突然间产生了塌方。
按照临时支护方案,喷砼厚度平均15cm,实际只有7~10cm;支护刚度不足。
锚杆没有径向打入或沿岩层垂直面打入,缩小了锚杆作用的有效半径,锚杆的串葫芦效应不明显。
拱顶垂直锚杆缺少和锚固长度不足、锚固剂填装不饱满,起不到悬吊作用和组合梁(拱)作用、加固(提高C,φ值)作用等。
施工的质量缺陷,是导致塌方的另一个主要原因。
5、监测点位不足以反映塌方区的情况
业主委托四川大学进行隧洞洞周收敛观测、锚杆应力观测和岩层表层松驰区范围监测。
在塌方区段最近的监测点隧3+030处的多点位移计,变形量值增大了0.27mm,不能反映塌方区围岩变化的真实情况。
判断结论;特殊地质情况及水文地质条件是这几次塌方事故的成因,根据塌方的情况和隧道所通过的层位,认为是层间移动性的大塌方,这种地质的塌方难以稳定,会引起连锁反应,积累和发展扩及到已开挖支护的较长洞身段。
为此采取,喷砼封闭围岩,稳定塌方区;钢支撑支护,拱上拱紧贴岩面,锚杆、挂网、喷砼等柔性支护配合;后段加固,锁口防塌;前段锁口,界定塌方区范围;综合治理,加打排水孔等措施治理塌方。
三、塌方处理方案
目前地下工程塌方治理主要有插板法、管棚法、冻结法、锚杆法、明挖法、注浆管棚法、注浆法等方法。
但对于塌方治理的研究仅限于具体的工程实录和经验总结,而对于各种方法的理论分析比较少,主要是凭经验估计各种治理手段的合理性、可靠性和经济性。
针对瓦电引水隧洞隧3+171~3+141和隧3+141~3+126段塌方区的实际情况,处理措施主要是防止塌方区继续扩大,加强塌方区支护,堵死塌穴,使临时支护与围岩形成受力体;设法提高松散围岩的整体强度,提高自承力;处理地下水,防止继续破坏围岩稳定。
1、塌方区下游段处理:
后段加固,锁口止塌
在新旧塌方区中间有约9米的未塌区段,首先由地质专家对此段进行了预塌方分析。
根据地质分析,此段虽属于软弱围岩,但初期支护比较到位;根据现场勘查此段没有明显的塌方趋势,可以采取对初期支护设施进行加固,防止二次塌方。
塌方区下游段加固措施:
1.1、在原钢格栅支护中间布设I18工字钢支撑,并增加锁脚锚杆、随机锚杆和局部补喷砼。
1.2、后段支护增加I18钢支撑6榀,钢支撑间用Ф25mm钢筋连接,环向间距1.0m,提高支护刚度。
1.3、在塌方区后端边沿,立I18工字钢支撑,加设Ф25mmL孔深=3.5m锚杆锁口,固结塌方区后段,控制塌方区向后段的扩展。
锚杆的施做改善了围岩的整体性,提高了自承力,并于原初期支护一起,形成支撑拱,抵抗围岩变形力。
2、塌方区处理:
钢支撑支护,拱上拱紧贴岩面,锚杆、挂网、喷砼等柔性支护配合
塌方区经过几天的零星塌方,基本上已趋于稳定,具备了治理的条件。
塌方区后段加固期间,对塌方区能进行喷砼的部位及时素喷C20砼5cm进行封闭。
完成加固工作后,对塌方区下方端头部已破坏的钢格栅进行切割处理。
然后出渣与喷砼5cm同时跟进;封闭一段,清理一段,支护一段,确保施工安全。
2.1、塌方区采用I16工字钢进行支护,间距60~80cm;
2.2、钢支撑顶部与岩面的空隙,采用拱上拱紧贴岩面支护;塌空区附拱用I16工字钢加工,附拱与下部钢拱架也用I16工字钢支撑焊接;
2.3、钢支撑间用Ф25mm钢筋连接,环向间距1.0m,剪刀形布置;
2.4、钢支撑后面用ф6.5mm圆钢,@20cm×20cm紧贴岩面挂小网片;局部地段加挂Ф20mm,@30cm×30cm的大网片,防止小的掉块和局部脱落;
2.5、全部钢支撑支护采用Ф25mmL孔深=3.5m两根并排锁脚锚杆锁脚,Ф25mmL=3.5m系统锚杆1.5m环向间距布置;锚杆外露部分与钢支撑焊接为一体;
2.6、钢支撑、挂网、锚杆施做后,补喷C20砼达到平均15cm厚。
3、塌方前段处理:
前段锁口,界定塌方区范围
在由下游端向上游端进行隧3+171~3+145塌方处理期间,7月3日晚、7月6日上午9点、7月7日凌晨等陆续产生了三次大的塌方,零星的掉块不断,待处理到端头部时,塌方区延伸至隧3+141。
由于急于上游衬砌台车的恢复安装,此段进行了喷砼和立钢支撑加固后没有进行进一步的加固,加固段长3米,钢支撑4榀。
7月26日11:
50,隧3+126~3+141段突然塌方,破坏新立钢支撑1榀;新旧两个塌方区基本相接。
再次进行塌方区处理时,加立钢支撑8榀,长度约8米。
加固段超越了V类围岩至隧3+112,隧3+171~3+126段处理共计新立钢支撑69榀,至此塌方区处理基本完成。
4、综合治理,治塌防塌
塌方区通过立拱,稳固了塌体,恢复了通道,为上游混凝土衬砌争取了时间。
通道恢复后,项目部继续制定和不断完善治理方案,综合治理塌方区;达到治塌防塌的目的。
4.1、继续完善原方案制定的Ф25mmL=3.5m锚杆系统布设;
4.2、后期又制定了,在锁脚锚杆上方50cm和拱脚加打两排1×2Ф25mmL=5m预应力锚杆;
4.3、大网和小网配合挂设;
4.4、挂网后喷C20砼至15cm;
4.5、最后对围岩渗水部位打L=4m的排水孔,集中引排水。
四、处理塌方的几点体会
隧3+171~3+126塌方事故的处理,在安全隐患不能完全排除的情况下,取得安全零事故。
得到了瓦电指、XX监理部领导和专家的好评,主要因方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施有力,抢险队伍作风顽强、吃苦耐劳,使抢险得以顺利完成。
主要有以下几点体会:
1、快速行动,且战且进
1.1、项目在开工之初,项目部就组织有关人员认真研究地质、设计文件,周密地对现场地质进行调查研究,假设可能出现不同规模和不同情况的塌方,制定编写了隧道塌方处理预案。
塌方发生后,项目部迅速启动隧道塌方处理预案。
塌方处理预案的制定对此次塌方处理起了很大作用。
1.2、6月25日22:
40左右3#主洞上游隧3+171~3+145段产生塌方,项目经理、副经理、工程部长等主要人员23:
15左右得到报告,迅速电话告知业主工程处长和监理分管副总监,23:
30即到达现场。
监理人员随后到达现场查看塌方情况后,召开了简短的现场会议;要求做好上游在施工程的善后工作和剩余工人从2#洞安全撤离。
1.3、回到项目部后,监理和项目部再次召开紧急会议,商讨塌方抢险方案。
初步决定了,夜间暂不处理,安排专人负责观察记录塌方情况;第二天上午组织“四方”再次勘查现场,详细察看塌穴高度、宽度、纵向长度及塌穴稳定情况;研究工程地质、水文地质、洞顶水的流向和涌水特点、范围;检查塌方对初期支护的损坏情况和影响区域;分析塌方可能的发展趋势等。
制定详尽的处理方案;利用现有或就近可得材料I18工字钢进行立拱支护抢险。
1.4、初步方案制定后,现场没有工字钢可用,新进货要3天时间才能到货。
于是项目部通过业主材料处协调,第二天上午即临时借调相邻施工单位的I18工字钢,为抢险争取了时间。
1.5、正式方案制定后,项目部利用自身点多面广的优势,安排泄洪洞项目用冷弯机协助加工工字钢支撑,提高工作效率。
1.6、塌方发生时,原有的支护班组已解散,缺乏现成的支护班组。
第二天,项目部通过分析研究,从其他班组里抽调出部分有支护经验的人员组成抢险施工班组,展开塌方先期处理。
留出一定的时间,调回原支护人员。
1.7、按照方案的要求,在具备施工条件的下游一端向另一端边清理边支护,稳扎稳打。
始终把安全放在第一位,不求冒进。
塌方抢险按照预案部署,快速地展开,有计划有步骤地逐步实施,做到有条不紊。
根据实际,抢险过程中,充分调动劳财机资源,且战且进,是处理塌方的有效办法。
2、建立高效的抢险指挥机构和高效的管理制度
2.1、为了顺利实施抢险施工,项目部建立了抢险机构。
抢险领导小组以项目经理为组长、技术负责人、安全长任副组长,各部门负责人参加,明确分工,各行其责,直接对项目经理负责。
这种临时组建的抢险机构,团结一致,目标明确。
在抢险过程中审时度势,灵活恰当的处理了大量的意外情况和难题,克服了许多常日施工难以遇到的艰难困苦。
组织精干的抢险管理机构和高效的管理是实现顺利抢险的重要保障。
2.2、项目部和施工队设专职安全员,观察、记录、预报险情,对所有作业人员进行安全技术教育,使其人人重视,各个明白;对所有人员明确进退顺序、路线和安全待避点及各种信号;提出严格按操作规程作业,令行禁止的要求。
2.3、队里建立以施工队长为首的抢先施工小组,抽调身强力壮、机智灵活、经验丰富、技术熟练、组织纪律性强、能吃苦耐劳的工人组成,洞内外各分编二个班,轮流昼夜奋战。
抢先施工小组成立后,项目部
2.4、监理单位安排分管的副总监入住项目部,盯守施工。
监理工程师直接深入一线检查指导抢险施工,简化了验收程序,加快了工程进度。
项目部与监理工程师不断地交换意见,实时地提出和探讨施工方案,进行改进和完善,有力地保证了施工。
监理工程师入住施工一线,减少了抢险施工中的请示报告,保证了施工的不间断进行,这也是一条抢险工作中的成功经验。
2.5、项目部工程管理部在人手有限地情况下,精心安排,执行技术人员24小时跟班作业。
从技术上确保抢险施工,不走、少走弯路。
2.6、后勤方面,物资、车辆、水电、伙食等后勤服务都提供了有力地保障。
不怕辛苦,积极参与,例如协调借调申购材料、加工工字钢、抢修电路等都加快了抢险的进度,争取了时间。
3、及时总结,不断改进
3.1、项目部在抢险施工中审时度势,本着特事特办的指导思想,灵活恰当的处理协调各种关系和矛盾,及时改进管理方式和工作方法。
加强了工程调度指挥,做到一切行动听指挥,步调一致,齐抓共管。
3.2、施工方案不断优化,一切以现场实际为出发点,利用现有资源,发挥出最佳的效果。
实践证明,在具备施工条件的下游一端向另一端边喷砼封闭再清理、钢支撑再支护,是一种安全有效地治理塌方的好办法。
3.3、技术人员制定详细的实施方案,施工中不断优化,做到科学施工,信息反馈及时,适时调整和优化施工计划。
专业技术工作者,每天都在一线跟班作业,及时搞好技术交底,并做到发现问题及时解决。
有力地现场管理、技术指导和施工质量管理,确保了每道工序一次验收合格,杜绝因质量不合格而造成的一切返工事故耽误时间。
3.4、处理塌方是在险象环生的危险区和意外情况的多发区作业。
项目部适时地开展现场安全教育,制定符合实际的安全措施,进行有效的思想工作,确保抢险顺利进行。
3.5、大家树立了一盘棋的全局观念,在人、财、物上满足本工程的施工需要。
所有人员大力发扬协作精神,遇到问题和困难不互相推诿,齐心协力解决。
监理、项目领导也每天数次进入现场,和大家一起分析现场施工中的问题,研究解决办法。
3.6、加强设备的维修与保管,确保完好率和使用,为抢险施工提供了必要的保障。
4、安全第一、预防为主
塌方区施工由于存在较多安全隐患和不确定因素,是一种危险度极高的作业,因此安全工作比其它作业都重要。
项目部本着“安全第一,预防为主”的方针,落实安全责任制,处处讲安全、时时抓安全,两次塌方和处理在多次出现险情的情况下,没有出现任何伤人和机具损坏的事故。
4.1、制定施工方案的时候,从份考虑不安全因素,制定符合实际的安全措施,确保方案是安全、可靠的。
4.2、实施过程中,稳扎稳打,平衡安全与进度的关系;一步一步向前逐步推进,绝不为了抢进度忽视安全。
4.3、抢险施工开始之初,项目部即开展针对性地塌方处理安全教育,提高参施工人的安全防卫意识。
施工中,项目部专职安全员24小时不间断地观察塌方区围岩变化情况,做好记录和分析,适时提出安全警告和及时纠正工人违章作业。
4.4、以施工质量确保安全。
技术人员盯住每一道工序,不合格绝不放过;以过硬的施工质量,保证施工安全。
由于思想动员深入,人人重视措施具体,把安全隐患带来的危险程度降到最低,两次塌方及处理期间没有发生安全事故,取得了安全工作的胜利。
五、小结
隧道塌方是隧道工程施工的常见病害,由于安全隐患突出,处理起来难度较大。
通过这两次塌方我们认为并不可怕,只要制定方案正确、处理及时、方法恰当、组织严密、措施有力、安全第一,就能顺利通过塌方区,把损失降到最低。
通过这两次塌方抢险处理,总结了很多好的经验和有益的教训,可以作为此类工程施工的预防措施和施工指导。
由于作者水平有限,此文尚有多处不确切之处,甚至错误观点,敬请斧正。
『参考文献』
1、《锚杆支护理论的探讨》中国矿业大学作者不详
2、《分水坳隧道10.31塌方处理的方法和体会》怀新公路建设指挥部张望奇
3、《水利水电工程地质勘察规范GB50287--99》附录P的围岩工程地质分类方法
4、《四川XX水电站地下洞室施工围岩分类确定标准川瓦技设联[2005]009号》围岩分类标准表
5、关于塌方处理的会议纪要和监理往来文件等
初稿:
2006年8月23日星期三于瓦电工地
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