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地铁矿山法施工突发性落拱处理

  摘要:在隧道中运用矿山法施工时由于受外界条件影响和施工不当,难免会出现发性落拱现象。本文结合某地铁区间隧道某段出现突发性塌方采取的紧急处理措施,介绍了地铁矿山法施工突发性落拱处理的一般措施,并提出了预防的方法,以供同行业处理一些与此相关问题时参考。

  关键词:地铁矿山法,突发落拱,处理

  1.工程概述

  某隧道为双向六车道,全长6005m。该隧道场区以节理裂隙密集带为主,隧道进出口位于山坡,山坡坡度约10—15度。出口段洞身围岩主要为残积砂质粘性土、全风化凝灰熔岩,厚度约为15m。此隧道采用地铁矿山法施工,*年 *月 *日,该隧道左洞出口段 Z K13 +500 (离洞口115m )处顶部在正常爆破后,在开挖轮廓线的拱顶出现开裂、掉块、小面积塌陷,在后续施工中,掌子面塌方体才相对稳定。*月 *日晚因降大雨,左洞原塌方部岩体受地表水浸泡及冲洗粘聚力和岩体摩擦系数急剧减小造成岩体下塌,致使坍洞扩大;形成环向11m,纵 向8 m,深约12m 的大型塌洞。上部覆盖山体表面也下沉,形成26m的通天塌方。

  2.突发性落拱处理原因分析

  塌方段地质条件差,围岩极为破碎,开挖后隧道初期支护的拱顶沉降及周边收敛持续较高,在变形过程中围岩松动圈不断扩大,初期支护无法承受扩大后松动圈范围内松散岩体自身的压力,隧道初支喷射混凝土从局部受压变形到大面积开裂、剥落、掉块,喷射混凝土与钢支撑剥离,工字钢折弯变形、失稳,最终导致塌方。*月 *日晚因降大雨,掌子面出现大量涌水,水量约100m3/h,塌方体处伴有大量涌水出现,也是引发坍塌的主要原因之一。

  3.突发性落拱处理

  本隧道左洞塌方的里程桩号为ZK13+500,底部中心点标高为115.699,地表塌方标高为141.77,塌落高度26 m ,塌落区距离洞门 115m,经业主、 设计单位 、 监理 、 施 工单位代表 共同讨论确定.采用以下施工处理方案:

  (1)详细勘探塌方空腔的高度和摸清塌方体的情况,在桩号为 ZZK13+500处向塌方空腔上方打入三根φ108mm钢花管(钢管应深入到塌腔体内适当位置),作为泵送混凝土和排水管作用,使地下水能顺畅排出洞外。

  (2)在洞内塌方体表面喷一层20cm厚的C25早强混凝土并挂网将塌方体封闭,且根据具体情况在塌方体上设置平孔排水,以持洞内塌方体稳定。

  (3)在塌方体表面打入φ50mm小导管,梅花形布设,间距为8 0x80m,导管长为6m,注C30水泥浆以固结塌方体。然后对塌腔部分进行泵送C20混凝土回填使洞内空隙回填密实。

  (4)对塌方体后方已施工好的有变形的初期支护进行加固,采用径向小导管注浆补强,小导管长6m、间距80x80mm。若初期支护变形大于5cm应采取逐榀置换钢支撑,置换前先采用径向小导管注浆,待小导管注浆达到强度后方可进行置换,置换后,必须保证初支及二衬达到原设计厚度。

  (5)为加固补强塌方影响段围岩,在塌方影响段洞内施作φ8 9 x 6mm长12m超前注浆钢花管以及φ5 0 x 5mm长6 m超前小导管,其环向、纵向间距详见塌方段处理设计图。当超前支护达到强度后,方可对塌方段进行开挖。

  (6)对塌方处掘进,应采取短进尺强支护形式(挖一榀钢支撑间距立即设置一榀钢支撑并喷射混凝土至设计厚度使之形成强度),并加强对初期支护监控量测。

  (7)强化塌方段落的支护结构,塌方影响段二次衬砌支护采用ZD K—1加强型(初支主要采I22工字钢,间5Oc m一榀,二衬采用C30双层φ25钢筋混凝土,主筋间距20cm),二衬施工前要对初支内腔进行测量,以判断初支内轮廓是否侵入二衬。

  (8)注浆材料、压力及配合比:为了保证水泥浆液在土体中一定范围内扩散,施工时注浆量应根据现场试验进行调整,以达到最佳注浆效果。

  (9)注浆顺序:注浆时先拱墙,后拱部,并采取隔孔注浆方式。

  (10)注浆结束标准:注浆压力逐步升高,达到设计终压( 2.O M P a)并继续注浆15min以上。进浆量,一般为20—30 L / m i n 以下。按上述施工工序和步骤循环,即完成整个塌洞的初期支护处理。与此同时还对塌洞前后区段实施加强性支护,加强段长度为8 m,这样就大大增加了储备安全系数。

  4.地铁矿山法施工突发性落拱一般处理措施

  就此工程案例来看,突发性落拱的处理一定要及时否则就会影响工程的的继续实施,甚至造成安全事故。为了能够迅速及时的的做好突发性事件的处理,在这里介绍落拱突发时处理的一般措施。

  隧道发生塌方,应及时迅速处理,不得随意拖延时间。处理前,必须仔细观察塌方的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等,分析塌方发生的原因,研究制定处理方案。

  隧道塌方应根据发生的部位、规模及地质条件、采取“治塌先治水、治塌先加强”的原则,采取喷锚支护、注浆、管棚、加强二次衬砌、设置护拱等技术措施,不失时机、不留隐患地进行处理。

  4.1隧道洞口坍方处理

  4.1.1对中小型坍方,应将坍体自上而下全部清除,根据坍方清除后的坡面情况,决定是否采用刷坡卸载的方法,同时对仰坡面自上而下进行喷锚网加固。其支护参数为:

  喷射混凝土厚度:8~15cm ;

  锚杆:φ22mm ,长 3~5m ;间距 1m*1m~1.5m*1.5m ;

  钢筋网:φ6mm~φ12mm ;网格间距 15cm*15cm~25cm*25cm 。

  4.1.2对于大型或特大型坍方,不必全部清除坍体,可采取挖台阶的形式清除一部分,然后进行喷锚网加固,并在仰坡上的适当位置设置浆砌片石挡墙作防护。

  4.1.3当坍方是因为洞口附近的山体滑动引起的,且坍方发生后,滑动体尚未稳定,此时必须先加固滑动体,然后再处理坍方。目前加固滑动体的技术措施主要有三种:

  ①采用长锚杆,长度须超过滑动面,一般为 8~20m ,并严格进行注浆。

  ②采用预应力锚索,其长度也必须穿过滑动面,一般为 12~40m,并严格进行注浆。

  ③采用抗滑桩进行加固,其长度仍必须穿过滑动面,其断面大小一般为 2m*2m~4m*4m。

  4.1.4仰坡加固完成后,对于洞口段已露空洞身时,可采用暗洞明做或改为明洞衬砌,拱圈上部回填土石或浆砌片石。

  4.1.5根据仰坡坍方的规模及处理后的稳定情况,对洞内二次衬砌进行适当加强,如增大衬砌厚度或采用钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌等

  4.2土质类塌方处理

  土质类塌方,除了开挖面附近,因地质或水文原因引起的局部坍塌外,一般规模较大,为大型或特大型塌方。土质隧道在开挖后,围岩的稳定主要靠土粒间的摩擦力维持,其自然坍塌的高度,达40~50m,按隧道宽度为10m,坍塌纵向长度也按10m考虑,其塌方数量即可达到5000~8000m3,引起这类塌方的主要原因:一是初期支护的强度不够;围岩的周边收敛变形过大;二次衬砌未及时施做,使围岩暴露时间过长。

  土质类塌方的处理,应根据土质类塌方的特点,施工时考虑几个不同的事项:

  ①注浆,一般不采用渗透注浆,因效果不理想,而采用超细水泥的劈裂注浆。

  ② 管棚的钻孔,因成孔较困难,故大多数情况下,应采用跟管钻机钻孔。

  ③开挖,应采用小断面开挖,如注浆效果不理想时,可考虑增设临时预应力仰拱的技术。发生塌方的地段,一般情况下,其地质状态较差,故其开挖及支护应按照软弱围岩的开挖及支护要求进行,即严格遵守“短进尺,弱爆破,强支护”的原则。

  ④支护,初期支护及时进行,并保证其强度和刚度,防止第二次塌方的发生,并及时施作二次衬砌。

  4.3岩石类塌方处理

  对于岩石类塌方中,如果岩石本身的强度高,呈均匀的碎石状,黏土及沙石含量较少,则采用塌体注浆加固后,其强度及整体性大大提高,此时的塌体稳定性相当于Ⅲ~Ⅳ级围岩条件。因此在这样的条件下,可采用全断面开挖,但进尺一般不超过2m,其初级支护及二次衬砌的施工可比照Ⅲ~Ⅳ围岩的要求进行。

  5.地铁矿山法施工突发性落拱的预防

  5.1对于突发性落拱的预防首先要对隧道地质状况了解并掌握施工过程中的动态变化。而要想准确地了解隧道的详细地质情况,可以通过隧道施工地质技术,采取仪器探测法、地面地质调查法和断层参数预测法等科学手段,对围岩进行长期、短期或临近地质预报,为隧道采取正确的施工方法提供可靠的依据。同时,上述这些方法还可以对不良地质地段进行监测、判断,主要包括对隧道内断层破碎带、不稳定滑塌体和岩体、岩溶陷落柱的识别,影响塌方地质因素分析和塌方可能性判断,包括塌方前兆及时准确辩认。

  5.2光面爆破时,应认真观察围岩的变化情况,对爆破设计不断的进行改进和优化,及时调整炮眼间距、数量、长度、装药量和每循环进尺,真正做到石变我变,以减弱爆破对围岩的扰动,同时避免因欠挖而带来的二次扰动,为下一步的支护创造良好的条件在施工过程中注重施工的质量控制。同时做好超前支护、管棚技术施工的质量控制。

  5.3遇到松散破碎地层时,隧道施工应采用分部开挖的施工方法。单线隧道宜采用上导坑先拱后墙进行开挖,起拱线以上用上导坑及分部扩大、环形开挖预留核心土等方法进行开挖支护,起拱线以下用拉中槽、跳槽开挖马口的方法开挖支护边墙;双线隧道采用双侧壁导坑先墙后拱法进行施工。在分部开挖过程中,应严格贯彻“短进尺、弱爆破、强支护”的原则;采用分部开挖法时,其下部开挖宜左右两侧交替进行。衬砌应紧跟开挖面,衬砌断面应尽早封闭。

  5.4在施工过程中,随时观察和量测现场工程地质变化情况及围岩收敛变形情况,及时预报围岩稳定状况,当围岩收敛出现异常,或出现其他塌方征兆时,应立即采取有效措施进行加强支护或衬砌。围岩位移量测一般采用五点量测法,即拱顶、两侧拱脚、两侧边墙中部,量测频率一定要按照规范要求进行,安排专人进行操作,对量测数据要抓紧进行处理,确保其准确、及时、可靠。

  结论:在采用地铁矿山法施工时出现突发性落拱,应及时迅速处理,不得随意拖延时间。处理前,必须仔细观察塌方的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等,分析塌方发生的原因,研究制定处理方案。要做好预防工作,一定要在地质资料详实的基础上科学分析,并进行超前地质预报来指导施工。

  参考文献:

  [1]铁路隧道工程施工安全技术规程 TB10304-2009.

  [2]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2011.

  [3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2007.

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