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灣田號隧道特大塌方段處治方案設計

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  摘 要:通過處治灣田3號隧道長18m的特大塌方,闡述了處治隧道特大塌方的設計思路。根據塌方段的技術特點提出邁式錨桿管棚結合超前鋼花管注漿的處治方案。施工應用表明,處治方案非常成功,進一步說明了邁式錨桿在管棚法處理塌方技術中的關鍵作用。

  關鍵詞:隧道 特大塌方 方案設計

  一、工程概況

  灣田3號隧道為G40國道主干線云南蒙自新街高速公路的雙車道直線隧道,起止樁號為K39+730~K41+470,全長1740米,采用-2.557%的單向縱坡。隧道有效凈寬為9.75米,有效凈高為5米。

  隧道新街端進洞50米后遭遇板巖巖層,此種圍巖以薄層狀灰巖夾絹云母板巖為主,節理發育,巖層破碎松散,圍巖穩定性差,強度較低,經電法預報,洞口段100米范圍內均為此種低阻率富水巖層,特別是在K41+420處,圍巖為強風化,圍巖疏松破碎,夾雜大量亞粘土,且富水膨脹,穩定性極差,當隧道掘進至k41+420處時出現塌方,袁世凱塌方橫向寬8米,縱向延伸12米,塌腔高度不詳,掘進施工受阻。

  塌方后為穩固既有結構,立即對K41+420~K41+435段采取徑向注漿加固措施,加固此段已施工的初期支護,然后再對拱頂塌方堆積體進行注漿固結,試圖通過注漿固結坍體從而加快進度早日通過,采用6米長Ф42×4mm超前鋼花管沿拱頂邊緣布設,間距30cm,布設完成后壓注水泥漿液,注漿完成后7天開始恢復掘進,但由于超前鋼花管支撐剛度有限;固結塊承載能力低;固結圈延伸長度不足等原因,此種普通處理方案無法實施,并于第一次塌方12天后再次塌方。二次塌方橫向寬增至14米,縱向延伸至18米,塌方延續48小時后趨于穩定,高度約40米。

  二次塌方位于灰巖與板巖交界地帶,掌子面圍巖與塌落物均為強風化灰色薄層狀絹云母板巖,巖體破碎,結構松散,層理較清晰,產狀:20°∠51°,節理發育,密度:12條,巖石有泥化現象,并有少量裂隙水。需處治的塌方為K41+420~K41+402段,塌落物沿拱頂自然堆積至K41+426,掘進臺車也被埋在其中,處理十分不便。

  二、塌方處治方案

  1.塌方特點

  ⑴ 塌空范圍大,高度達40米,坍體過于松散,四周圍巖無足夠自持能力,不能形成自然拱圈,開挖后拱部圍巖必須得到足夠的輔助支護才可形成閉合拱圈以承受自身和坍體的重力荷載,一般的超前小導管及簡單的注漿不能起到有效的超前固結作用。

  ⑵ 坍體中存在孤石,孤石與坍渣松散混雜,通常小導管無足夠的剛度將其固定,注漿后的固結圈也不能將其與坍渣形成有效的整體。

  ⑶ 坍體中存在大量的強風化碎石土,若無超前注漿固結,則會在坍渣自重作用下失穩,給掘進施工帶來隱患。

  第一次塌方后正是沒有考慮到以上特點,采取的超前支護因強度不足,注漿固結范圍不夠,而導致二次塌方。

  2.處治方案根據此塌方體地質情況和以上技術特點,我方制定了以布設Ф51邁式錨桿超前長管棚與Ф42×4mm超前鋼花管注漿固結為主;以側壁導坑法開挖為輔的綜合處治方案。開挖后立即施作鋼拱架及錨網噴支護體系,充分提高加固后的圍巖承載能力,使初期支護與注漿加固的坍體形成整體支護結構,并建立科學的監測體系,做到信息及時反饋。

  3.技術難點

  (1)Ф51邁式錨桿長管棚與Ф42×4mm超前鋼花管注漿加固圈一起在拱頂形成穩固的支承拱圈,是保證掘進安全和防止塌方擴大的關鍵技術措施。其中長管棚分為兩個循環,每循環12m長,直接棚架在尾部的初期支護上,是承受坍體壓力的主要結構,而超前鋼花管的注漿固結圈則起到對其進一步加固作用,同時坍體大部分為松散狀碎石土,注漿固結又可防止碎屑從管間涌出而引起新的塌方。長管棚與超前注漿固結圈組成支承拱圈,是塌方處治的關鍵技術。

  (2)坍體部分呈松散土夾碎石狀,且又混有大小不一的孤石和第一次塌方處理時的材料,施鉆困難。容易卡鉆,下管難度大,所以掌握好布設位置和邁式錨桿鉆進角度是關鍵。

  (3)塌方段灰巖與板巖交界帶,地層連通性好,坍體松散度大,漿液的擴散范圍和注漿量不好控制,因此合理安排注漿順序及優化注漿工藝是控制成本的主要途徑。

  4.技術要點(1)施工步驟長管棚施工→鋼花管預注漿→側壁導坑開挖→二襯與鋪底。

  (2)長管棚的安設與注漿管棚參數。根據塌方段長度,管棚分做兩個循環安設,又因管棚之間安設注漿超前小導管及第一次處理時遺留材料影響,管棚鉆孔起點向掌子面后倒退2榀鋼支撐(1米)打設,并將鉆孔仰角調至3°~7°,間距為30cm,長度12m,搭接長度 2米,尾部外伸1米與初期支護鋼支撐焊接,管棚采用Ф51邁式錨桿,每節4米,其間用絲扣套管連接,端部安設鉆頭一枚,每循環共計51根。

  鉆孔工藝。預設導向管→安設鉆頭→Ф51邁式錨桿鉆進3m→安設套管→Ф51邁式錨桿鉆進7m→安設套管→Ф51邁式錨桿鉆進11m→下套管→封孔注漿。

  管棚注漿。注漿分三序孔注入,注入順序依次為C-S漿、水泥漿、水泥砂漿。注漿應在Ф51邁式錨桿鉆進完成后立即進行,以便在鉆相鄰孔時可作為當前注漿孔的檢查孔。

  ①注漿壓力一般為地下水靜水壓的2~3倍,同時應考慮巖層的裂隙阻力,根據現場情況試驗后確定。但瞬間最高壓力值不應超過0.5MPa.

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