隧洞大塌方与软岩变形处理Word格式文档下载.docx
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,6#洞上游交角<
10°
),地下水活动弱,围岩属不稳定围岩,顶拱及边墙发生垮塌的机率较大,截止2011年6月10日本标段已开挖的隧洞围岩分类详见表1-1。
1.3主要施工方案
本标段控制洞段为S12+078.25~S16+978.25,共分四个作业面同时施工,6#施工支洞上游控制洞段为S12+078.25~S13+744.74,洞长1666.4m,6#洞下游控制洞段为S13+744.74~S14+768.6,洞长1023.86m;
7#上游控制洞段为S14+768.6~S15+828.07,洞长1059.47m,7#洞下游控制洞段为S15+828.07~SS16+978.25,洞长1150.18m。
表1-1已开挖隧洞围岩分类情况
洞松C标已开挖围岩统计表
工作面
围岩类别
III类围岩
IV1类围岩
IV2类围岩
V类围岩
合计
6#上游
116.25
344.47
460.47
6#下游
855.95
172.53
105.8
1134.28
7#上游
478.37
430.1
30.1
938.57
7#下游
477.62
376.6
854.22
1928.19
1323.7
135.9
3387.54
百分比(%)
56.92
39.08
4.01
100.00
隧洞开挖采取全断面钻爆,光面爆破开挖,装载机装渣,自缷汽车出渣,小型挖掘机配合,视围岩情况,循环进尺为0.8~1.8m,本标已开挖隧洞围岩无III类围岩,IV1类围岩支护方式为边顶拱3~4.5m系统锚杆挂钢筋网结合喷砼支护,IV2类围岩采取I16工字钢拱架间距1.0~1.2m结合锚杆、钢筋网喷16cm厚砼联合支护,V类围岩采取I18工字钢拱架间距0.6~0.8m结合锚杆、钢筋网喷18cm厚砼联合支护,围岩破碎自稳差时,采取增加超前注浆小导管加强支护。
2隧洞临时支护变形处理
2.1发生临时支护变形的原因
2009年8月份6#洞上游施工至桩号S13+585.25时,隧洞围岩,为炭质板岩、千枚岩,层理发育,呈极薄片状,属软质~中硬质岩,强度低,定为IV2类围岩,开挖后临时支护方案为:
①钢拱架:
I16型钢拱架间距1.2m,连接钢筋Ф25,L=1.2m,间距0.5m,拱部及边墙均匀布置,与钢拱架焊接牢固;
②锚杆:
顶拱系统锚杆Ф25,L=4.0m,间距1.5m,排距对应拱架布置,两边墙锁脚锚杆Ф25,L=4.0m,各5根均匀布置;
③挂网:
钢拱架之间挂Ф6.5@15cm×
15cm钢筋网;
④喷砼:
开挖后先对开挖面素喷3—5cm厚的C20砼,拱架及挂钢筋网后再喷C20砼,总厚度为20cm;
⑤拱脚砼:
拱脚浇筑30cm×
30cm×
120cm的C20砼。
开挖支护经过上游弯道后,隧洞围岩走向发生较大变化,岩层走向与洞轴线呈夹角较小(<
5°
),几乎与洞轴线平行,开挖后围岩应力平衡被打破,应力释放造成洞室临时支护变形。
2.2临时支护变形处理措施
2.2.1初期变形及处理方案
最初出现变形的部位是S13+601~S13+533段,变形导致喷砼出现大量裂痕、脱落、掉块,立即采取加强支护措施:
随机布设Ф28,L=6m的锁脚锚杆,拱脚采用同型号的工字钢连接,拱架之间平行布Ф28钢筋,间距20cm,分布筋Ф16,间距20cm底板浇30cm厚的C25砼形成支护闭合环。
2.2.2变形加剧及处理方案
以上加强支护处理完后,对该段加强收敛观测,但经收敛观测结果分析显示,临时支护蠕变形仍未停止,且有加速变形趋势,拱顶部位变形最大速率8.47mm/d,累积变形最大值达320.67mm,两边墙变形最大速率9.07mm/d,累积最大变形值达393.21mm,主要反应在桩号S13+545.05附近,变形表现为:
型钢拱架严重扭曲,喷护砼大量开裂,大部分系统锚杆及锁脚锚杆与拱架的焊接处被拉脱的现象。
由于变形情况已较严重,因此立即停止掌子面的开挖施工,首先对变形部位钢拱架采取I16型钢八字支撑结合砂浆锚筋束施工,锚筋束为3根Ф28的钢筋焊接成束,长15~19m,间距1m,为保证注浆饱满,锚筋束施工采取升浆法施工,且继续对变形段未浇筑底板砼的进行砼浇筑,形成闭合支护环。
如图:
2.2.3隧洞变形最终处理方案
S13+601~S13+533变形段,在以上措施实施后,临时支护变形基本得到控制,但在掌子面开挖爆破过程中及锚筋束施工过程中对围岩产生一定的扰动,围岩蠕变松驰半径已大于锚筋束长度,监测数据波动较大,变形极不规律曾出现过负增长的情况,锚筋束施工完成后,监测数据显示变形趋于稳定,变形速率均在1.3mm/d左右。
桩号S13+490向上游方向为2010年3、4月份所施工,按IV2类断面开挖,按V类围岩标准支护(I18工字钢拱架,间距1m,锚杆长度为6m)该段未施作型钢八字撑及锚筋束,变形较为明显:
拱架扭曲,喷砼大量裂痕、部分脱落,变形速率为3.02mm/d。
业主、设计、监理及施工单位多次对6#洞上游的隧洞变形情况进行分析,并邀请相关专家组进行研究,经反复论证确定对变形段首先进行永久砼衬砌。
永久砼浇筑时不能拆除起到支承作用的八字型钢支撑,由于八字型不能拆除的限制,砼浇筑不能采用钢模台车施工,只能采用脚手架结合组合模板施工,砼浇筑分两部分进行,先浇筑底拱,再浇筑边顶拱的施工顺序,如图:
进入砼衬砼施工阶段,围岩未受到扰动,该段变形速率降到0.12mm/d左右。
变形段永久砼衬砌后,及时对该段进行了回填灌浆,并加强对永久衬砌结构中的钢筋进行钢筋应力监测,前期监测结果显示钢筋处于受压状态,经长期监测钢筋受压累计值达-51.88KN后,已趋于稳定状态,隧洞变形已得到基本控制。
2.36#洞上游临时支护变形分析与总结
6#洞上游引起临时支护变形的主要原因围岩类型及产状,该洞段围岩均为炭质板岩,岩体呈薄片状,遇水膨胀,岩体间没有粘接能力,且岩层走向几乎平行于洞轴线,开挖后围岩应力释放,临时支护难以抵抗围岩应变,使临时支护产生了变形,且随着洞室开挖爆破对围岩产生了扰动,加剧了变形。
针对此类围岩,在开挖爆破施工中,易对洞室围岩造成扰动,引起临时支护发生变形,而且变形起动后,采取加强临时支护措施几乎不能遏制变形的发展。
经总结,最有效的方案是及时完成永久混凝土的衬砌,针对6#洞上游围岩的特殊性,在后期洞挖掘进施工时必须采取“边开挖边衬砌”步步为营,稳扎稳打的总体施工方案。
3隧洞大塌方及处理措施
3.1发生塌方的原因
7#支洞对应的引水隧洞主洞下游,2009年6月6日当施工至桩号S16+018.25时,桩号15+916.25处顶拱部位发生大面积塌方,垮塌高度达5-7m,在塌方处理过程中再次出现两次较大塌方,塌方长度从桩号S15+916.25~S15+977.25,总洞长61m,塌方量较大,塌方体将整个洞室完全封闭,顶部空腔大于8m。
自进入主洞后,洞室围岩由泥质板岩、砂质板岩构成,属软岩~中硬岩,呈薄~中厚层状,隧洞垂直埋深较大,岩体裂隙较发育,岩体较破碎,完整性较差,岩层走向与洞轴线夹角较小(<10°
),地下水活动弱,为IV1类围岩。
3.2大塌方处理方案
塌方发生后,经业主、设计、监理及施工单位代表现场多次勘察,共同研究讨论,采取如下处理方案:
3.2.1对上游端IV1类围岩洞段进行加强支护
S15+916.25向下游方向洞段发生塌方引起上游端原IV1类标准支护出现喷砼开裂、脱落等现象,为防止上游端再次发生垮塌,S15+916.25~S15+907.25段按IV2类支护施工,原IV1类已开挖支护断面不予扩挖,直接架立I16工字钢拱架,间距1.0m,连接钢筋Φ25间距50cm,系统锚杆与锁脚锚杆均Φ25,L=4m,挂φ6.5@15cm×
15cm的钢筋网,喷C20砼厚20cm,该段型钢拱架均侵占永久砼衬砌结构线部分,待永久砼衬砌时再行拆除。
3.2.2封闭塌方体
沿坍塌体砌筑一道1-1.5m厚的挡墙,主要目的是防止向空腔内灌注砼时浆液外流。
3.2.3超前大管棚施工
沿上半拱拱圈位置布设Φ127超前大管棚,在掌子面用脚手架搭制一个钻孔施工平台,采用YGZ80导轨式普通地质钻机,调整施工角度,偏心跟管施工成孔,Φ127钢管为每节1.5m的无缝钢管组成,每节钢管两端均有连接丝口,施工时第一节钢管内放置一个钻头,后端钻杆也为一节一节加长。
大管棚施工时相临管棚的丝口不得在同一截面上,大管棚施工间距为40cm,长度为20m/根,施工角度3°
~5°
管尾与拱架焊接牢固,大管棚内布置钢筋网3×
Φ22钢筋箍筋采用Φ10钢筋间距20cm,为便于灌浆,在大管棚的管壁布Φ8花孔,大管棚搭接长度为6m,
在相邻两根Φ127大管棚之间布设两根Φ48注浆小导管,小导管施工角度20°
~30°
,长度为6m,搭接长度2.4m,管壁开Φ8花孔。
3.2.4管棚注浆
管棚施工完后,须通过管棚向坍塌体进行固结灌浆,灌浆浆液水灰比为:
水:
水泥=0.5:
1.0,灌浆压力一般初选择为0.1~0.5Mpa,但现场根据实际情况及时进行调整,灌浆结束前必须持浆3分钟。
灌浆时先灌注小导管,小导管灌浆顺序是从两侧拱腰部位向拱顶靠拢的顺序,小导管灌浆完毕后继续进行大管棚的灌浆,大管棚灌浆顺序仍采取从两侧拱腰部位向拱顶靠拢的顺序,钢管均设有堵头防止浆液外溢。
但由于塌方量较大,难以探清空腔大小,在灌浆时部分浆液流入空腔内,造成灌浆量大,施工时段增加。
3.2.5塌方段开挖支护
灌浆结束12小时后开始拆除止浆墙,并按V类围岩标准断面进行开挖支护,支护参数为:
①I18型钢拱架,间距60cm,边接钢筋Φ28间距50cm,与钢拱架焊接牢固;
②拱顶系统锚杆Φ28,L=6m间距1.5m,排距与钢拱架对应,锁脚锚杆Φ28,L=6m,两边墙各5根均匀布置;
③挂ф6.5@15cm×
④满喷C20砼。
开挖施工时采取先开挖周边,预留核心土,待支护完毕后现挖除核心土的办法,每循环开挖进尺控制在60cm~80cm,边墙及拱脚部位不能满足断面之处,不得采取爆破处理,须采用挖机挖除或人工风镐凿除,确保钢拱架能满足设计断面,
3.2.6空腔内回填砼
每支护完5m后及时退回上游5m处向拱顶塌方体空腔内钻进3根Φ127钢管作为检查孔,施工角度大于75度,深度不小于10m,检查拱顶部位是否存在空腔,若仍有空腔,再将砼泵管与检查孔钢管相连,向空腔内回填C20砼,回填砼时根据实际情况对回填砼次数及单次回填量进行控制,确保砼自重压力不对支承拱架造成破坏。
4结束语
本标段出现的软岩变形及洞室大塌方,与我局类似工程特征有所差异,本标在处理以上两种特殊洞段时,结合我局相似处理经验,大胆实践创新办法,在施工中摸索、总结,虽在进度上有所滞后,但经稳扎稳打,步步为营,精心管理,科学组织施工,在确保安全的前提下保质保量渡过以上两种特殊洞段。
在本工程施工中,引水隧洞地质条件极为复杂,我部采取一系列有效措施,成功解决软岩变形及洞室大塌方的施工难点,为类似工程难点提拱参考和借鉴。
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