大峽山隧道進(jìn)口端施工及塌方處理

  [摘要]本文主要針對大峽山隧道—處在深斷裂帶中的進(jìn)洞口端Ⅴ級圍巖淺埋段施工及塌方處理采取不同施工方案,取得了良好成效,可為類似工程提供參考和借鑒。

  [關(guān)鍵詞]深斷裂帶,Ⅴ級圍巖,支護(hù)參數(shù),塌方處理

  1工程概況

  大峽山隧道進(jìn)洞口段位于浙中山區(qū)的桐廬縣富春江南岸,屬于20省道桐廬上杭州至建德馬嶺段改建工程,隧道的起點(diǎn)里程K8+490終點(diǎn)里程K11+495,全長3005米雙向公路隧道,凈高5m凈寬10m隧道,設(shè)計行車速度60km/h。原設(shè)計進(jìn)口端明洞5米,套拱2米,Ⅴ級圍巖210m,洞口淺埋段埋深約5-8米。

  2工程特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)

  特點(diǎn)及難點(diǎn)一:工期緊、單頭掘進(jìn)達(dá)1500多米,8個月內(nèi)完成,平均每月開挖支護(hù)達(dá)到188米;

  特點(diǎn)及難點(diǎn)二:地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隧道進(jìn)口段主要穿越蕭山-球川深斷裂帶,地表由一系列平行斷層組成,寬約1Km斷裂帶,多為逆沖斷層,圍巖變化頻繁,圍巖變化意味著施工方案的變化,給施工帶來極大的不利,尤其對施工進(jìn)度的影響非常大;

  特點(diǎn)及難點(diǎn)三:進(jìn)洞口段埋深極淺,洞口覆蓋層只有5~8米,自然坡又小,僅18°。再加上斷裂帶強(qiáng)烈影響,造成巖體破碎,基巖節(jié)理裂隙發(fā)育,圍巖長期受水侵泡,巖石變軟,泥質(zhì)巖石開挖后常呈團(tuán)塊或泥漿狀出現(xiàn),為此在施工中針對不同巖性采用不同的支護(hù)方法;

  特點(diǎn)及難點(diǎn)四:施工工序多而復(fù)雜,本隧道進(jìn)口端圍巖施工條件極差,為Ⅴ級圍巖,設(shè)計為“復(fù)合式”襯砌,后由于圍巖變化,隧道施工方法作了相應(yīng)的變更。

  3施工方案的選用

  大峽山隧道進(jìn)洞口端原設(shè)計為210米的Ⅴ級圍巖,由于地質(zhì)不符后變更為278米的Ⅴ級圍巖,在此段Ⅴ級圍巖分四種類型施工方案施工;

  1、進(jìn)洞口端(K8+495~K8+523)28米范圍內(nèi)采用管棚超前支護(hù)施工方法,并加長套拱,套拱由原來2米加長到5米。

  2、塌方段(K8+523~K8+528)段處理;

  3、洞身一段(K8+523~K8+711.4)188.4米范圍內(nèi)采用雙層超前小導(dǎo)管加鋼拱支護(hù)的施工方法;

  4、洞身二段(K8+711.4~K8+773)61.6米范圍內(nèi)采用原設(shè)計的普通Ⅴ級圍巖施工方法。

  3.1進(jìn)洞口端(K8+495~K8+523)

  1、管棚施工

  由于隧道進(jìn)洞口處巖體風(fēng)化十分嚴(yán)重,土體松散,基巖節(jié)理裂隙發(fā)育,所以洞口開挖面極易發(fā)生坍塌,為防止洞口施工塌方,進(jìn)洞采用30米的管棚超前支護(hù)的施工方法。管棚采用潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)并頂進(jìn) 鋼拱架成型

  長鋼管棚,一次性打入。鋼管規(guī)格采用熱軋無縫鋼管φ108mm,壁厚6mm節(jié)長6m,3m,環(huán)向間距40cm,方向平行與路線中線,管與管之間按120°方向總共打37根鋼管。

  管棚的固定端采用C25砼套拱,套拱在明洞外輪廓線以外,緊貼掌子面施工,套拱內(nèi)埋設(shè)三榀18號工字鋼,工字鋼與管棚鋼管焊接成整體

  管棚注漿采用水泥漿與水玻璃漿體積比1:0.5;水泥漿水灰比1:1.

  2、洞內(nèi)施工

  步驟:管棚超前支護(hù)-上部環(huán)形開挖-上部初期支護(hù)-核心土開挖-下部開挖-下部初期支護(hù)-仰拱施工-模筑二次襯砌。

  管棚施工完畢后當(dāng)洞口開挖后,洞身掌子面圍巖為拱頂以下1.5米左右為黃色含水量飽和的含粘性土的圓礫,其下為強(qiáng)風(fēng)化的炭質(zhì)泥灰?guī)r,自穩(wěn)能力均較差,洞身開挖后失去外部支襯的周邊圍巖便不斷掉塊,剝落,給初期支護(hù)施工帶來很大安全隱患,特別雨季到來,洞身圍巖含水量增大,對隧道洞口段帶來更大的安全威脅,為此經(jīng)設(shè)計修改后施工參數(shù)如下:

 、匍_挖改用了上弧導(dǎo)坑環(huán)行開挖留核心土法施工,部分巖石采用放小炮松動爆破,以人工和機(jī)械相結(jié)合方法施工;②加密鋼拱架密度,每榀鋼拱架由原設(shè)計的0.75米調(diào)整為0.5米;2.取消原設(shè)計的中空錨桿,以φ42mmx4mm注漿小導(dǎo)管代替,長度增加至5.0m間距0.75m,注漿采用單液水泥漿,壓力控制參數(shù)大管棚的注漿參數(shù);③比原設(shè)計再加長3m護(hù)拱確保仰坡穩(wěn)定。

  3.2塌方段(K8+523~K8+528)處理

  當(dāng)隧道進(jìn)洞30米管棚施工完后,掘進(jìn)到K8+523時,掌子面上左側(cè)出現(xiàn)黃色砂粘土,因含水量高,開挖暴露后。發(fā)生流變,導(dǎo)致左側(cè)開挖線外側(cè)砂粘土滑塌,形成大面積的塌方。右側(cè)靠下為強(qiáng)風(fēng)化的碎裂狀黑色含灰泥灰?guī)r,為確保安全控制塌方擴(kuò)大,先對整個塌方面初噴砼進(jìn)行封閉,塌腔內(nèi)打設(shè)注漿小導(dǎo)管,然后架設(shè)鋼拱架、掛內(nèi)模、噴射砼形成隧道斷面,對塌方的處理采用注漿小導(dǎo)管;結(jié)合φ6@200×200鋼筋網(wǎng)片噴射C20早強(qiáng)砼密實回填初支背后的空腔,然后再對巖體注漿,直至監(jiān)測圍巖穩(wěn)定后。

  當(dāng)掘進(jìn)到K8+524時,左側(cè)掌子面和左側(cè)開挖線外側(cè)大面積塌方至K8+528的4米范圍內(nèi),左側(cè)超過初支面4m,上部超過拱頂接近5m形成較大塌腔,在此情況下,對塌方再次做如下處理;

 、賹8+520~K8+524段已做好初期支護(hù)的斷面進(jìn)行再次加固,加固采用18號工字鋼做成拱架,與原支護(hù)拱架緊貼,確保拱架整體穩(wěn)定性(支護(hù)穩(wěn)定后再拆除)。

 、谟盟淼蓝丛靥钫谱用妫M量限制塌體外流,然后噴射厚度25cmC20早強(qiáng)砼封閉整個回填表面,接著施作φ42x4mm打孔墊軋無縫鋼管長@1.0×1.0m按梅花型布置,最后對側(cè)墻塌腔及回填體進(jìn)行壓漿加固填充。

 、壑痖_挖回填體,拱頂先形成隧道斷面形式,拱頂塌腔暫時回填50cm厚,并布置φ6@200×200鋼筋網(wǎng)片。

  ④穿過塌方體掘進(jìn)時縱向采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù),外偏角分別采用10°、45°,單層小導(dǎo)管間距30cm,小導(dǎo)管單根長度5m,縱向搭接長度按原設(shè)計。

 、莓(dāng)向前掘進(jìn)到K8+530時,對K8+524~K8+528段拱頂塌腔進(jìn)行噴射砼密實回填至塌方頂。

  3.3洞身一段(K8+528~K8+711.4)

  該段183.4米范圍內(nèi),圍巖內(nèi)斷裂發(fā)育,圍巖擠壓破碎強(qiáng)烈,地表水和地下水豐富,圍巖滲透性較好,圍巖出露以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及炭質(zhì)泥灰?guī)r為主,熔結(jié)凝灰?guī)r僅出現(xiàn)在末端,圍巖含水量大,很容易造成塌方,根據(jù)前面圍巖施工情況看及現(xiàn)場地質(zhì)勘察預(yù)報結(jié)果顯示,此段圍巖還可能出現(xiàn)塌方情況,因此本圍巖施工以處理斷裂塌方為主,對后面Ⅴ級圍巖采取了加強(qiáng)支護(hù)方法,為此對圍巖的施工及初期支護(hù)參數(shù)做如下變更:

  1.本段開挖堅持“短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測、快封閉”的施工原則,以留核心土和上、下導(dǎo)坑臺階相結(jié)合施工法,進(jìn)行爆破開挖;

  2.鋼拱架仍按進(jìn)洞段布置16號工字鋼,間距由原來的0.75m變更為0.4m;

  3.縱向增加雙層φ42x4mm注漿小導(dǎo)管支護(hù),外偏角分別用10°,45°;每層小導(dǎo)管環(huán)向間距30cm,小導(dǎo)管單根長5m,縱向搭接長度2.5m;

  4.系統(tǒng)錨桿由φ25x5mm長度3.5m中空注漿錨桿改為φ42mmx4mm長度5m注漿小導(dǎo)管,橫向間距0.75x1.0m呈梅花型布置;

  5.鋼筋焊接網(wǎng),噴射砼厚度按原V級圍巖施工。

  3.4洞身二段(K8+711.4~K8+773)

  該段61.6米圍巖為強(qiáng)風(fēng)化的晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r,由于受蕭山-球川深斷裂影響,斷裂構(gòu)造發(fā)育,圍巖遭受強(qiáng)烈擠壓,多呈片理化出現(xiàn),片理石上常出現(xiàn)白色石英方解石細(xì)脈,局部呈團(tuán)塊狀出現(xiàn),裂隙面上滲水明顯,滴水不斷,由于圍巖長期受水侵泡,巖石變得較為松軟,此段圍巖比前面圍巖巖性單一,與原設(shè)計情況基本一致,該圍巖按原設(shè)計的普通V級圍巖施工。

  4.隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工

  4.1隧道襯砌防排水施工

  (1)襯砌柔性防水工程:在襯砌背面設(shè)置土工布和隧道專用防水卷材,其作用兼作襯背排水層及緩沖層。在襯砌澆筑工作縫設(shè)置帶注漿管遇水膨脹橡膠止水條;沉降縫在隧道結(jié)構(gòu)形式變更處放置,采用中理式橡膠止水帶防水;并在所有施工縫,沉降縫位置放置背貼式塑料止水帶并與防水板焊接使用。

  (2)襯砌背后的排水層:在襯背土工布排水層與噴砼之間設(shè)環(huán)、縱向排水盲溝,縱向盲溝采用φ75mmHDPE單壁打孔波紋管,環(huán)向盲溝內(nèi)采用φ50mmHDPE單壁打孔波紋管,一般每10米或每個施工縫已時放置一道,對于IV、V級圍巖段及富水段拱部局部滲水地段,環(huán)向間距縮小到1.0-3.0m

  4.2隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工

  根據(jù)監(jiān)控量測信息,確定二次襯砌施作時機(jī),然后按設(shè)計圖紙要求進(jìn)行施工。臺車采用全斷面整體液壓鋼結(jié)構(gòu)大模板廠方拼裝而成,模板厚度10mm,具有液壓支拆模和電動走行系統(tǒng),分解后采用汽車運(yùn)至現(xiàn)場安裝。砼灌注時采取時間和灌注高度兩個指標(biāo)進(jìn)行雙控,即單側(cè)砼灌注高度達(dá)1m時,必須換管和換位。

  砼封頂采用頂模中心封頂器接輸送管,逐漸壓注砼封頂。當(dāng)擋頭板上觀察孔有漿溢出,即標(biāo)志封頂完成。

  5.隧道監(jiān)測

  針對隧道內(nèi)不同圍巖及地質(zhì)情況,我們分別在不同地段作了圍巖量測,從進(jìn)洞開始一直到襯砌全部完成。通過對本隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測的實踐,對圍巖變形有如下幾點(diǎn)體會:

  1、位移時間變化大致可分為“急劇變化~緩慢變化~基本穩(wěn)定”三個階段。

  2、圍巖變形的態(tài)勢和大小除與巖性、節(jié)理裂隙、埋深等地質(zhì)因素有關(guān)外,在很大程度上取決于施工工序的安排及施工強(qiáng)度的差異,如初期支護(hù)對軟弱圍巖支護(hù)能力、變形規(guī)律的影響是重要的,所以初期支護(hù)盡早形成閉合環(huán),以保持開挖面穩(wěn)定,控制隧道變形。

  3、光面爆破效果及初期支護(hù)施工質(zhì)量如局部超欠挖過多、噴射砼的厚薄不均、錨桿注漿未滿或長度不足等對圍巖變形有一定的影響。

  4、爆破對拱頂下沉有顯著的影響,爆破瞬間的下沉量約占一天下沉量的90%左右,量測一般安排在爆破后實施。

  6.結(jié)束語

  在施工中,根據(jù)隧道的地理環(huán)境,本隧道進(jìn)洞口端主要采用了留核心土和臺階法兩種施工方法,并且根據(jù)施工方法采用對圍巖擾動較少的微差爆破,加強(qiáng)初期支護(hù)參數(shù),合理配置勞動力和機(jī)械設(shè)備,還根據(jù)新奧法的基本要求對施工中的監(jiān)控量測做了周密布設(shè),在整個施工過程中,堅持“短進(jìn)尺、早支護(hù)、勤量測、快封閉”的施工原則。

  通過對大峽山隧道施工總結(jié)出的淺埋段、破碎易塌方的圍巖施工,對同類隧道施工有一定的參考價值。