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摘要:本文介绍了某隧道渗漏水整治工程在不中断交通的情况下,对受病害严重
的原大塌方段合理整治、有效处理、顺利通过的施工情况,为日后类似工程施工提供借鉴。
关键词:运营隧道;原塌方;整治
目前,国内有很多隧道由于原施工质量问题、地质条件差、病害侵蚀严重等诸多因素影响,危及隧道的正常运营。因此整治维修工程也随之增多,同时对隧道的整治也提出了更高的要求。隧道的整治段往往是原施工中的施工困难、特殊地质地段,在整治过程中十分棘手,尤其在原施工中的大塌方地段表现得极为突出。整治过程中不仅应对引起隧道的所有不利因素进行妥善解决,更应防止原大塌方再度出现塌方,延误工程进度。在施工中,既能保证整治后原大塌方地段结构稳定,消除不良因素的影响,又能在隧道正常运营的条件下顺利通过,将是整治的一大成功。
1、工程概况
某隧道是312国道(上海-西安-兰州-乌鲁木齐-霍尔果斯)上的重要工程,全长2385米。隧道所在区域地质构造复杂,新构造运动活跃。治理段共计370米,均位于特殊地质地段。据原施工资料记载,该段施工中共发生塌方42次,其中大塌方5次,平均塌高5米,最大塌高达30米。原塌方段大部分拱背存在空腔,而且拱顶外缘堆积着上部长期掉落而形成的沉积物,个别处出现大面积的渗漏水。为保证施工急妥前进,我们事先对整治的塌方段进行探测,其中具有代表性的以下三段表现得极为突出:
1)k6+945～k6+960段属二、三类围岩,为紫红色薄质中层粉砂泥岩夹薄层泥岩,地下沿裂隙渗漏,局部有涌水,围岩极为软弱破碎,用排险杠一捅就会落碴,处理不当就会塌落,岩层地质主要是泥岩。衬砌开裂,裂缝最大宽度达5cm,渗漏水严重,南侧墙水以股流形式涌入隧道,原施工中采用拱架支护。
2)k7+637～k7+644此段为断层涌水塌方段,含水砂土质层,岩石破碎,原掘进到K7+652时与一条设计未探明的大断面相遇,突发涌水并诱发大塌方,原衬砌开裂,裂缝最大宽度达5厘米。渗漏水严重。
3)K7+723～k7+748段为灰绿色泥晶白云岩夹薄层页岩与暗红色中至厚层泥质粉砂岩韵律成层,夹层厚3-5厘米,根据原竣工资料而知,此段在原塌方体上部有长19米,宽11米,高9米的空洞,空洞内含有碎石群体及大孤石,大孤石体积达60m3,大孤石已侵入原衬砌,致使原衬砌开裂,裂缝达6厘米,此段如处理不当将造成大孤石下落而毁坏二衬。断层破碎带,原施工中拱部采用拱架、管棚支护,由于拱背后有大量塌落碴体,加之支护强度不够,致使衬砌开裂,拱顶侵入隧道净空5～25cm。整个结构严重扭曲变形,情况十分危机。
2、处理方案的确定
2.1原大塌方处理难点
1)、地质条件差原塌方段是长期受地下水严重侵蚀的强度极低、稳定性极差的钙质、砂质泥岩构成的软弱Ⅱ类围岩。
2)、处理难度大原塌方处衬砌均出现开裂,且漏水。处理过程中要稳妥前进,既要避免再度出现塌方,保证结构稳定,又要搞好防排水问题。
3)、干扰大此次施工是在保证隧道正常运营的情况下进行的,因此应以保证防护台车下面车辆的正常行驶和人员安全为前提进行施工。
2.2施工方案的确定
针对以上施工难点,结合三段的具体情况,确定了相应的施工方案:
1)k6+945～k6+960段,先止水、排水,充分利用衬砌原材料强度的潜力,对围岩进行整体加固。
2)k7+637～k7+644段,对原钢支撑适当拆除,在保证隧道净空的情况下,增加钢支护,并对上部松散体进行固结。
3)k7+723～k7+748段,先消除孤石隐患,后回填空腔,使结构形成整体组合,共同受力。
总之,在施工中遵循先护后挖、谨慎施工、稳妥前进的原则,扩大面积加大围岩松动圈,剔除一切日后运营中的隐患因素,充分达到整治效果。
3、处理过程
3.1、k6+945～k6+950段
3.1.1、处理工艺流程图:
1)、注浆帷幕:在k6+938～k6+943拱顶处设5m的注浆帷幕,目的是为了阻止岩层水顺坡纵向扩散,控制塌方处大量渗漏水、涌水,同时加固围岩。采用水泥一水玻璃双液浆,水灰比为1:1.2～1:1.6,水玻璃模数为2.5,注浆压力为0.5～0.8Mpa(经测定若压力超过该范围,浆液会注入已支护的环向盲管中:若小,达不到注浆效果效果。),小导管规格及注浆孔布置如图a
2)、凿除原二次衬砌、打锚杆
为保证结构安全,采用多打孔、少装药、弱爆破,个别处采用人工,每次凿除原二衬不大于1.5m。保留原初期支护,沿原一衬打入长5m,Ф22螺纹钢筋砂浆锚杆,间距为75cm×75cm梅花状布置。
3)、安装盲管、支立骨架、挂防水板
沿初期支护表面纵向,以0.8cm间距布设环向Ф60弹簧盲管,盲管采用无纺布半包裹,射钉钉在岩面上,与之密贴。环向盲管与底脚处的纵向、横向盲沟连通,将水及时排至洞外。在原初期支护沿纵向每隔30cm掏深20cm、宽18cm的槽,放入工-18钢。采用无钉热合铺设法铺挂无纺布,PVE防水板,小心施工,防止防水板破损。所有的锚杆、工-18钢焊接成一整体,形成坚固骨架。
4)、铺挂防水板、施作二次衬砌
在距防水板表面10～15cm处,用Ф10圆钢筋,间距为25cm×25cm的钢筋网进行铺设,钢筋与钢筋之间焊接。用C25防水混凝土一次性浇注成型,完成二次衬砌。
3.2、k7+637～k7+664段:
3.2.1、处理工艺流程图:
3.2.2、施工方法:
為保证施工稳妥前进,每次向前掘进0.5m,凿除原混凝土,拆除原拱架。由于原钢管布设较疏,从两管中间采用超前小导管注浆,固结、支护上部松散体。小导管规格见图。边墙处均采用加长砂浆锚杆进行加固,规格同前。加密原钢管,由原来的50cm变为20cm,保证密排。每25cm支立一榀工-18钢拱架。采用Ф22螺纹钢,将所有的小导管头、钢管、钢拱架焊接。形成一整体后,马上采用C25混凝土浇注一次衬砌。以同样方式向前掘进、支护,每完成足4m时停止向前开挖,对以完成的一次支护进行二次衬砌,二次衬砌中加入Ф22螺纹钢筋,间距为40cm×40cm的钢筋网进行补强,使之满足受力要求。加固情况如图:
3.3、k7+723～k7+748段:
由于在此段遇到大孤石所以采用“插筋支架法”。
3.3.1、处理孤石
首先,在孤石的轮廓线外30～50cm处,打若干深孔,插入直径为22mm的钢筋(或锚杆),钢筋的另一端焊接在钢架上,或与其他相对稳定的锚杆焊接。在轮廓线上打眼深160～200cm;周边眼间距为45～55cm,抵抗线为50～60cm:装药集中度为0.14～0.18q/m(kg/m);不偶合系为1.68。然后将孤石侵入隧道限界部分全部爆破掉,为防止行进中大孤石突然下落,在每开挖0.5m时,便进行一次锚杆锁钉孤石。详细情况如图:
3.3.2、浇注混凝土
采用输送泵沿开挖口向空洞内浇注C20混凝土,首先将拱脚处填实,然后对整个空腔底层进行浇注,使之形成一个封闭的坚固层。
3.3.3、回填空洞
待空洞中混凝土达到足够强度后,在空腔中间部位回填杂木至空洞顶部,在杂木与空洞侧壁干砌片石,形成整体。
整个空腔处理好后,以短进尺、随支护、锚杆锁、管棚护的原则通过大塌方段,处理方法与前雷同,处理结果如图:
4、安全防护
利用自制防护台车,保证净空和强度情况下,对人员、通行车辆进行防护。
1)、保证高4.8m,宽4.0的车顺利通过,而且台车顶部能承受20T的冲击荷载,侧向承受8T的冲击荷载。
2)、起爆前在台车顶部、爆区正下方,铺两层废旧轮胎,台车侧面挂一层旧轮胎,以防止飞石、落碴直接冲击台车。
3)、利用自制三角斜面和铺放的轮胎、竹排保证边墙爆碴不直接硒落在光、电缆槽上。具体见防护图如下:
5、实施效果
我单位按照上述处理原则,针对不同原塌方体的地质条件和形体制定处理方案,从2001年7月份开始实施,共处理塌方段落378米。没发生大型塌方,台车使用四个月未发生严重变形。光、电缆运营正常,每次爆破后20分钟左右便可以恢复通车。
现经过近10年运营的检验。上述处理方案是成功的。
6经验体会
1)、运营隧道塌方整治,探明工程水文地质状况和原施工情况是关键。选择合理施工支护方案和制定相应预案尤为重要。施工时必须监测原衬砌发展状态。
2)牢记塌方的前兆:围岩和混凝土变形超限、塌体内调小石土块、渗水加剧、支撑变形增大并有响声。
3)、塌方段整治坚持“先排水、短开挖、强支护、弱爆破、快封闭、勤量测、勤检查。”原则。
参考文献:
〔1〕中铁二局主编,《铁路工程施工技术手册》隧道(上、下),中国铁道出版社.
〔2〕史钊主编,《公路、桥梁、隧道施工新技术、新工艺实务》,金版电子出版社.
〔3〕王毅才主编,《隧道工程》(第二版),人民交通出版社.
的原大塌方段合理整治、有效处理、顺利通过的施工情况,为日后类似工程施工提供借鉴。
关键词:运营隧道;原塌方;整治
目前,国内有很多隧道由于原施工质量问题、地质条件差、病害侵蚀严重等诸多因素影响,危及隧道的正常运营。因此整治维修工程也随之增多,同时对隧道的整治也提出了更高的要求。隧道的整治段往往是原施工中的施工困难、特殊地质地段,在整治过程中十分棘手,尤其在原施工中的大塌方地段表现得极为突出。整治过程中不仅应对引起隧道的所有不利因素进行妥善解决,更应防止原大塌方再度出现塌方,延误工程进度。在施工中,既能保证整治后原大塌方地段结构稳定,消除不良因素的影响,又能在隧道正常运营的条件下顺利通过,将是整治的一大成功。
1、工程概况
某隧道是312国道(上海-西安-兰州-乌鲁木齐-霍尔果斯)上的重要工程,全长2385米。隧道所在区域地质构造复杂,新构造运动活跃。治理段共计370米,均位于特殊地质地段。据原施工资料记载,该段施工中共发生塌方42次,其中大塌方5次,平均塌高5米,最大塌高达30米。原塌方段大部分拱背存在空腔,而且拱顶外缘堆积着上部长期掉落而形成的沉积物,个别处出现大面积的渗漏水。为保证施工急妥前进,我们事先对整治的塌方段进行探测,其中具有代表性的以下三段表现得极为突出:
1)k6+945～k6+960段属二、三类围岩,为紫红色薄质中层粉砂泥岩夹薄层泥岩,地下沿裂隙渗漏,局部有涌水,围岩极为软弱破碎,用排险杠一捅就会落碴,处理不当就会塌落,岩层地质主要是泥岩。衬砌开裂,裂缝最大宽度达5cm,渗漏水严重,南侧墙水以股流形式涌入隧道,原施工中采用拱架支护。
2)k7+637～k7+644此段为断层涌水塌方段,含水砂土质层,岩石破碎,原掘进到K7+652时与一条设计未探明的大断面相遇,突发涌水并诱发大塌方,原衬砌开裂,裂缝最大宽度达5厘米。渗漏水严重。
3)K7+723～k7+748段为灰绿色泥晶白云岩夹薄层页岩与暗红色中至厚层泥质粉砂岩韵律成层,夹层厚3-5厘米,根据原竣工资料而知,此段在原塌方体上部有长19米,宽11米,高9米的空洞,空洞内含有碎石群体及大孤石,大孤石体积达60m3,大孤石已侵入原衬砌,致使原衬砌开裂,裂缝达6厘米,此段如处理不当将造成大孤石下落而毁坏二衬。断层破碎带,原施工中拱部采用拱架、管棚支护,由于拱背后有大量塌落碴体,加之支护强度不够,致使衬砌开裂,拱顶侵入隧道净空5～25cm。整个结构严重扭曲变形,情况十分危机。
2、处理方案的确定
2.1原大塌方处理难点
1)、地质条件差原塌方段是长期受地下水严重侵蚀的强度极低、稳定性极差的钙质、砂质泥岩构成的软弱Ⅱ类围岩。
2)、处理难度大原塌方处衬砌均出现开裂,且漏水。处理过程中要稳妥前进,既要避免再度出现塌方,保证结构稳定,又要搞好防排水问题。
3)、干扰大此次施工是在保证隧道正常运营的情况下进行的,因此应以保证防护台车下面车辆的正常行驶和人员安全为前提进行施工。
2.2施工方案的确定
针对以上施工难点,结合三段的具体情况,确定了相应的施工方案:
1)k6+945～k6+960段,先止水、排水,充分利用衬砌原材料强度的潜力,对围岩进行整体加固。
2)k7+637～k7+644段,对原钢支撑适当拆除,在保证隧道净空的情况下,增加钢支护,并对上部松散体进行固结。
3)k7+723～k7+748段,先消除孤石隐患,后回填空腔,使结构形成整体组合,共同受力。
总之,在施工中遵循先护后挖、谨慎施工、稳妥前进的原则,扩大面积加大围岩松动圈,剔除一切日后运营中的隐患因素,充分达到整治效果。
3、处理过程
3.1、k6+945～k6+950段
3.1.1、处理工艺流程图:
1)、注浆帷幕:在k6+938～k6+943拱顶处设5m的注浆帷幕,目的是为了阻止岩层水顺坡纵向扩散,控制塌方处大量渗漏水、涌水,同时加固围岩。采用水泥一水玻璃双液浆,水灰比为1:1.2～1:1.6,水玻璃模数为2.5,注浆压力为0.5～0.8Mpa(经测定若压力超过该范围,浆液会注入已支护的环向盲管中:若小,达不到注浆效果效果。),小导管规格及注浆孔布置如图a
2)、凿除原二次衬砌、打锚杆
为保证结构安全,采用多打孔、少装药、弱爆破,个别处采用人工,每次凿除原二衬不大于1.5m。保留原初期支护,沿原一衬打入长5m,Ф22螺纹钢筋砂浆锚杆,间距为75cm×75cm梅花状布置。
3)、安装盲管、支立骨架、挂防水板
沿初期支护表面纵向,以0.8cm间距布设环向Ф60弹簧盲管,盲管采用无纺布半包裹,射钉钉在岩面上,与之密贴。环向盲管与底脚处的纵向、横向盲沟连通,将水及时排至洞外。在原初期支护沿纵向每隔30cm掏深20cm、宽18cm的槽,放入工-18钢。采用无钉热合铺设法铺挂无纺布,PVE防水板,小心施工,防止防水板破损。所有的锚杆、工-18钢焊接成一整体,形成坚固骨架。
4)、铺挂防水板、施作二次衬砌
在距防水板表面10～15cm处,用Ф10圆钢筋,间距为25cm×25cm的钢筋网进行铺设,钢筋与钢筋之间焊接。用C25防水混凝土一次性浇注成型,完成二次衬砌。
3.2、k7+637～k7+664段:
3.2.1、处理工艺流程图:
3.2.2、施工方法:
為保证施工稳妥前进,每次向前掘进0.5m,凿除原混凝土,拆除原拱架。由于原钢管布设较疏,从两管中间采用超前小导管注浆,固结、支护上部松散体。小导管规格见图。边墙处均采用加长砂浆锚杆进行加固,规格同前。加密原钢管,由原来的50cm变为20cm,保证密排。每25cm支立一榀工-18钢拱架。采用Ф22螺纹钢,将所有的小导管头、钢管、钢拱架焊接。形成一整体后,马上采用C25混凝土浇注一次衬砌。以同样方式向前掘进、支护,每完成足4m时停止向前开挖,对以完成的一次支护进行二次衬砌,二次衬砌中加入Ф22螺纹钢筋,间距为40cm×40cm的钢筋网进行补强,使之满足受力要求。加固情况如图:
3.3、k7+723～k7+748段:
由于在此段遇到大孤石所以采用“插筋支架法”。
3.3.1、处理孤石
首先,在孤石的轮廓线外30～50cm处,打若干深孔,插入直径为22mm的钢筋(或锚杆),钢筋的另一端焊接在钢架上,或与其他相对稳定的锚杆焊接。在轮廓线上打眼深160～200cm;周边眼间距为45～55cm,抵抗线为50～60cm:装药集中度为0.14～0.18q/m(kg/m);不偶合系为1.68。然后将孤石侵入隧道限界部分全部爆破掉,为防止行进中大孤石突然下落,在每开挖0.5m时,便进行一次锚杆锁钉孤石。详细情况如图:
3.3.2、浇注混凝土
采用输送泵沿开挖口向空洞内浇注C20混凝土,首先将拱脚处填实,然后对整个空腔底层进行浇注,使之形成一个封闭的坚固层。
3.3.3、回填空洞
待空洞中混凝土达到足够强度后,在空腔中间部位回填杂木至空洞顶部,在杂木与空洞侧壁干砌片石,形成整体。
整个空腔处理好后,以短进尺、随支护、锚杆锁、管棚护的原则通过大塌方段,处理方法与前雷同,处理结果如图:
4、安全防护
利用自制防护台车,保证净空和强度情况下,对人员、通行车辆进行防护。
1)、保证高4.8m,宽4.0的车顺利通过,而且台车顶部能承受20T的冲击荷载,侧向承受8T的冲击荷载。
2)、起爆前在台车顶部、爆区正下方,铺两层废旧轮胎,台车侧面挂一层旧轮胎,以防止飞石、落碴直接冲击台车。
3)、利用自制三角斜面和铺放的轮胎、竹排保证边墙爆碴不直接硒落在光、电缆槽上。具体见防护图如下:
5、实施效果
我单位按照上述处理原则,针对不同原塌方体的地质条件和形体制定处理方案,从2001年7月份开始实施,共处理塌方段落378米。没发生大型塌方,台车使用四个月未发生严重变形。光、电缆运营正常,每次爆破后20分钟左右便可以恢复通车。
现经过近10年运营的检验。上述处理方案是成功的。
6经验体会
1)、运营隧道塌方整治,探明工程水文地质状况和原施工情况是关键。选择合理施工支护方案和制定相应预案尤为重要。施工时必须监测原衬砌发展状态。
2)牢记塌方的前兆:围岩和混凝土变形超限、塌体内调小石土块、渗水加剧、支撑变形增大并有响声。
3)、塌方段整治坚持“先排水、短开挖、强支护、弱爆破、快封闭、勤量测、勤检查。”原则。
参考文献:
〔1〕中铁二局主编,《铁路工程施工技术手册》隧道(上、下),中国铁道出版社.
〔2〕史钊主编,《公路、桥梁、隧道施工新技术、新工艺实务》,金版电子出版社.
〔3〕王毅才主编,《隧道工程》(第二版),人民交通出版社.