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    煤矸石隧道塌方處理技術
    作者:佚名    信息中心來源:不詳    點擊數:    更新時間:2007-8-19    【字體:
    1 塌方情況介紹

      吉林省某隧道在掘進到K8+023時,突然發生了大塌方,塌方縱向長度為22米,原來開挖完成的段落中已經架立的拱架也扭曲變形,坍塌碴體堆積在隧道全斷面內,從外側無法看出塌洞情形。根據坍塌巖體明確看出該段為煤矸石地層,巖質為碳質頁巖,碳質泥巖夾砂巖,巖體呈典型的石夾土狀結構,巖石呈碎屑磷片狀,有光澤,遇水軟化,用手極易扳斷。該斷層處地表等高線密集,高差變化較大,在縱向20米的塌方段,埋深從36米下降到24米。YNZ中國建筑網

      省專家組和業主共同對該段地質進行了物探,物探采用高密度電阻率法勘探進行。該方法是以巖土體的電性差異為基礎,通過向地下供電建立巖土體中穩定的電流場,通過探測和研究巖土體中傳導電流的分布規律,從而探測出巖土體塌方區的位置及規模。測線布置如圖1:YNZ中國建筑網

      高密度電阻率勘探方法是一種陣列勘探方法,其現場采集的數據量大、信息豐富、而且對地電結構具有一定的成像功能。因此,巖土體中的裂縫、洞穴、不均勻體、軟弱層等在探測成果圖上均有較明顯的直觀的反映。YNZ中國建筑網

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      1-1測線電阻勘探剖面圖及解譯圖:YNZ中國建筑網

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      2-2測線電阻勘探剖面圖及解譯圖:YNZ中國建筑網

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      3-3測線電阻勘探剖面圖及解譯圖:YNZ中國建筑網

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      測線1-1剖面位于未開挖段,該段上部巖體中存在一斷層破碎帶,在其右側有一斷層面,且巖體中富含水,因此對開挖也將產生不利影響。YNZ中國建筑網

      測線2-2剖面位于隧道塌方段,該段隧道上部存在一塌落帶,塌落帶內下部為松散破碎的塌方體,上部為巖性稍好巖體,但受塌方影響,也已產生較多裂隙,兩者之間沒有明顯分離、沒有明顯空區,因此一并將其稱為塌落帶。在塌落帶右側存在一由塌方引發的張裂隙。YNZ中國建筑網

      測線3-3剖面位于隧道出口側已開挖段,該段隧道上部巖體中存在一破碎帶,該破碎帶可能為原生破碎帶也可能是受塌方影響產生的破碎帶。YNZ中國建筑網

      勘測資料表明此處隧道塌方是由于在隧道進口側未開挖段上部存在一斷層帶,在出口側已開挖段上部存在一巖性變化接觸面,由于開挖的影響,使這兩個弱面之間的巖體下落,產生塌方。YNZ中國建筑網

      2 塌方區處理基本原則YNZ中國建筑網

      根據勘測資料,專家們分析后得出結論,必須從地表進行注漿,并在隧道內施工大管棚,并以小導管配合注漿,邊開挖邊進行觀測,做到穩扎穩打,逐步處理的效果。根據監控量測數據和現場情況,我們制定了三步走的處理方式,第一步是從洞外運土分層堆碼砂袋進行反壓坡腳,先對碴體表面噴射砼封閉保護。在碴體以外的段落進行仰拱封閉及二次襯砌施工,盡量縮小塌體后方圍巖影響區域,同時,對不能襯砌而初期支護已經開裂或變形的段落進行噴射砼和環向注漿補強支護;確定圍巖基本穩定后,第二步以地表注漿和超前大管棚為主,地表注漿范圍以穩定塌體區域為原則,大管棚長度為50米,并以超前小導管配合,處理坍塌碴體及空洞,及對四周圍巖進行加固;第三步主要是坍塌碴體的重新開挖和重新支護。YNZ中國建筑網

      3 塌方區處理實施方案YNZ中國建筑網

      3.1 后方圍巖補強YNZ中國建筑網

      在后方未穩定區域,確定了不能立即襯砌的段落,環向打入Φ42小導管作為注漿管,注漿管長度以5米為宜,間距為60㎝×60㎝,注漿用1:1的水泥凈漿,主要針對圍巖裂隙及受塌方影響變形擾動的松散體。注漿后,根據監控量測數據來看,后方圍巖已趨于穩定,可以進行下一步施工方案的實施。YNZ中國建筑網

      3.2 地表豎向錨桿注漿YNZ中國建筑網

      先對地表和隧道內的土石質特性進行了試化驗,基本了解了該種地質的特性,確定了基本的施工方法和工藝。其施工工藝流程為: YNZ中國建筑網

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      3.2.1鉆孔及安裝注漿管YNZ中國建筑網

      1)鉆孔過程中,如個別坍孔較嚴重,不能成孔,該處可以先不鉆孔和安管,待其它位置孔位安裝并注漿完畢后,在漿液初凝后,再補鉆剩余的孔。鉆孔結束后,及時清孔,塞緊孔口,防止雜物堵孔,致使鋼管無法正常安裝。YNZ中國建筑網

      2)根據地表實測高度加工長度不等的Φ42*3.5mm無縫鋼管,并在無縫鋼管上打壓漿孔。鋼管加工長度根據實測洞頂覆蓋層厚度確定,下端至隧道開挖輪廓線外50㎝,地表出露鋼管20cm,F場拼接時要防止斷管并保持安裝順直。YNZ中國建筑網

      3)施工止漿盤:將下好的鋼筋網片進行現場拼接,并與鋼管焊接在一起,保證鋼筋網的整體性。然后進行噴射砼15㎝,封閉山體表層,并基本保持與原始地形一致(見圖2)。YNZ中國建筑網

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      圖2 地表豎向注漿錨管布置圖YNZ中國建筑網

      3.2.2配制漿液YNZ中國建筑網

      注漿以劈裂注漿為主,滲透注漿為輔。滲透注漿主要通過漿液與地下水形成具有一定強度的聚合反應物,加強巖體顆料間膠結,陰塞滲水通過,防止顆料流失造成巖體結構破壞并止水,劈裂注漿則通過高壓劈裂擠密軟弱巖體,利用強度較好的漿液凝固體在軟弱層面形成骨架,約束巖體變形,提高巖體的整體穩定性,同時用漿液置換巖體中的飽水空間,整體上提高巖體抗水軟化能力。從現場情況來看,地表巖層屬于軟弱松散體,注漿效果要求主要對隧道拱頂以上進行填充,來作為永久性的加固體,應以滿注和高強度為前提,依據上述原因,設計注漿參數如下:YNZ中國建筑網

      注漿漿液采用水泥單液漿,水灰比為1:1。YNZ中國建筑網

       單孔注漿量:0.8H(m3);YNZ中國建筑網

       注漿速度:90L/min;YNZ中國建筑網

       注漿初壓:0.5~1 MPa;YNZ中國建筑網

       注漿終壓:2~2.5Mpa,在補注時調整到3.5~4 MPa;YNZ中國建筑網

       3.2.3注漿YNZ中國建筑網

      1)建立注漿站:在施工區域附近建立三區一帶,分別為材料供應區,漿液拌合區,系統壓漿區,運輸供應帶。(見圖3)YNZ中國建筑網

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    圖3 地表注漿平面布置示意圖YNZ中國建筑網

      2)確定注漿量:對有代表性的孔位進行注水試驗,確定巖土的孔隙率為0.8,填充率為90%,由此來調整注漿參數,確定注漿量的大小、速度和注漿壓力。YNZ中國建筑網

      3)注漿:注漿時,遵從從低處向高處注漿,從外向內注漿的原則,盡量減少相鄰注漿管串漿現象發生,并設專人盯注壓力表的變化,防止堵管和注漿管的脫管。在注內排孔時,適當提高注漿壓力。在達到預計注漿量后,即可換管另注。在未達到設計注漿量時而壓力達到預定值時,進行原因分析,確定已飽和時,才能換管另注。有時發生竄管,漿液從其它管中冒出時,馬上停止注漿,盡早補注出漿管,否則要補充鉆孔。YNZ中國建筑網

      施工機具如表1所示 YNZ中國建筑網

      表1 地表注漿施工機具表YNZ中國建筑網

    序號
    設備名稱
    型號
    單位
    數量
    備注
    1
    鉆機
    KQJ90支架式
    3
     
    2
    風動鑿巖機
    YT28
    2
     
    3
    水泥砂漿攪拌機
    JQ350立式攪拌機
    2
     
    4
    斗車
     
    6
     
    5
    壓漿泵
    2TGZ-200/150型
    2
    90L/min
    6
    儲漿筒
    自制
    2
     
    7
    分流器
    自制
    1
    三個分嘴

      3.2.4效果檢測YNZ中國建筑網

      1)第一輪注漿結束后,會同業主、監理及設計方進行現場取芯抽檢。YNZ中國建筑網

      2)高壓補注:在檢測到遺漏區域后,要及時進行第二輪高壓補注,并在補注完畢后,進行第二次檢測,可采取灌注高壓水法。經測定檢查孔的吸水量(漏水量)均小于0.5L/min·m。全部符合設計要求。YNZ中國建筑網

       3.3 大管棚施工YNZ中國建筑網

      3.3.1 工作室及導向管的修建與安裝YNZ中國建筑網

      掌子面向前掘進時,在開挖線向外擴挖80㎝,設置長度為3.5米,寬度為13米的鉆孔工作室。YNZ中國建筑網

      導向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段,導向管長度不小于2.0m,采用ф150mm鋼管加工,經精確測量后一端焊接在鋼拱架上,另一端打入掌子面內3米,并噴混凝土固定。YNZ中國建筑網

      3.3.2 止漿墻建立YNZ中國建筑網

      由于一般設立止漿墻是做混凝土拱,圬工大,施工及拆除都比較困難,故在本隧道內,可因地置宜,在已開挖的上導坑掌子面上,鋪設鋼筋網,鋼筋網垂直于隧道斷面,周邊與原設計的超前錨管焊接,網間距20㎝,噴射砼15㎝,這樣施工后,既保證了掌子面的穩定,又施工了止漿盤,在隨后的注漿過程中,掌子面較穩定,滿足了施工需要。YNZ中國建筑網

      3.3.3鉆機安設及定位YNZ中國建筑網

      1) 鉆機平臺采用枕木搭建,高度易調整。根據管棚孔的位置,分層加高鉆機平臺。YNZ中國建筑網

      2) 安裝鉆機。進鉆前,以極坐標法在掌子面標定管棚孔位。鉆機平臺要穩固,預施壓一定的重量,保證鉆機安裝牢固。YNZ中國建筑網

      3)鉆機定位。鉆孔方位要求根據線路中線與管棚工作室的位置確定,必須精確核定鉆機位置。架立鉆機時用經緯儀、掛線相結合的方法,確保鉆機軸線與管棚設計軸線相吻合,在施工時不斷調整,保證不偏移,不下沉。YNZ中國建筑網

      3.3.4 管棚孔鉆進YNZ中國建筑網

      由于鉆孔較長,而且是由軟弱圍巖向松散塌方體方向鉆進,故鉆孔時必須采用套管護壁和跟管鉆進技術。由于我們已預先埋入了3米長的φ150定向管,在第一段施鉆時,先用φ120鉆頭鉆進, φ127套管跟進,鉆進深度為15米后,退出鉆桿。由于向前施鉆時,進入塌體區,我們用用帶鉆頭的鋼管直接鉆進,直至頂到設計位置。然后取出套管,對管口焊接注漿閥門,對管壁與圍巖之間的空洞進行堵塞。先鉆上部管,再鉆下部管,高度上通過枕木調整,大管棚布置方式見圖4,施工方式見圖5。YNZ中國建筑網

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      圖4 大管棚布設方式示意圖YNZ中國建筑網

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      圖5 大管棚施工示意圖YNZ中國建筑網

      3.3.5 注漿: YNZ中國建筑網

      由于考慮到大管棚注漿的局限性,而坍塌碴體與原架立拱架之間不可避免出現較多較大的空洞,如何使大量漿液充填到有效空間內,是本次注漿的關鍵。根據探測儀的檢測,對塌方體之中的空洞大小進行了描繪,發現在隧道內已支護完的拱架內有大量空洞,而碴體內的注漿以后還要清除,大量注入雙液漿可能代價較高,經過同等條件下測定,漿液在松散碴體中的擴散速度約在0.02m3/s,于是我們第一步采取價格相對便宜的水泥砂漿,用間歇式注漿法注入,使漿液盡量不流入空洞內,在注漿時發現壓力長時間不上升時,則是有可能注入了空洞,則停下來,待到初凝后,再注,并反復換管注漿,則原先的泄漿通道逐漸變小并最終堵塞,漿液即在管棚周圍均勻擴散,基本上控制了大量的砂漿在碴體內凝固,減少了漿液的流失。等到注入壓力達到預計壓力時,進行第二步注漿,注入雙液漿,控制凝結時間,使漿液流動距離不超過2米。第三步(在隨后開挖碴體時介紹)為超前小導管配合注漿,用超前小導管配合進行高壓充填式壓入粘稠的水泥凈漿,對開挖線外未完全凝固的碴體進行補注。YNZ中國建筑網

      1)雙液漿注漿參數的選擇:YNZ中國建筑網

       注漿擴散半徑:0.3~0.4m;YNZ中國建筑網

       注漿速度:50L/min;YNZ中國建筑網

       凝結時間:30²~5²;YNZ中國建筑網

       注漿終壓:0.7~1.5MPa;YNZ中國建筑網

       W/C: 1:1;YNZ中國建筑網

       水玻璃:波美度40,模數2.6YNZ中國建筑網

       水泥漿:水玻璃(體積比):1:1YNZ中國建筑網

      2) 注漿管的設置。YNZ中國建筑網

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    圖6 注漿管示意圖YNZ中國建筑網

    注漿采用分段后退式注漿,利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接,注漿套管上準備由出氣管與進漿管,由閥門來控制開關,如圖6所示。然后安裝20mm塑料管作為排氣管,連接注漿管等各種管路,利用錨固劑封閉掌子面與管棚間的孔隙,防止漏漿。關閉孔口閥門,開啟注漿泵進行管路壓水試驗,如有泄漏及時檢修,試驗壓力等于注漿終壓。

       3.3.6 設備材料及人員組織YNZ中國建筑網

      設備材料有:MK—5型工程水平鉆機兩臺,BW—150型注漿泵兩臺,UBJ-3型注漿泵一臺,自制攪漿機一臺,250型攪拌機一臺,盛漿桶兩臺,空壓機一臺,HC-T 凝結時間可調注漿材料、普通硅酸鹽水泥、40波美度的水玻璃及帶有套絲的Φ108×6mm鋼管若干,方木、鋼扒釘、塑料管、木板、注漿管、三通管若干。YNZ中國建筑網

      人員組織:可分兩個工班進行作業,每工班15人。其中:施工指揮1人,施工技術指導1人,測量工1人(負責布孔、定位、量測),工人8人(負責破孔、移動鉆機、裝卸鉆桿、安裝鋼管、拌漿注漿等),電焊工1人,鉆機司機2人,材料調度1人。YNZ中國建筑網

      3.4 坍塌體開挖施工YNZ中國建筑網

      3.4.1超前小導管 YNZ中國建筑網

      在管棚施工完畢后,預先打入超前支護小導管,主要針對管棚注漿未能進行完全充填的部位。小導管每三米一排,每排34根,每根長度為4.5米,仰角為5度,小導管從架立的拱架腹部穿過。 YNZ中國建筑網

      要實現從坍塌碴體下部開挖,必須在開挖線以上使碴體形成厚度超過3米的一個注漿固結圈,由于大管棚注漿范圍有限,形成有效的注漿加固圈有一定難度。所以必須對未完全固結的碴體進行二次注漿。從開挖情況來看,大管棚前期注漿效果較好,開挖時碴體凝固漿體較多,但在后半段來看,并不理想,補注量較大。YNZ中國建筑網

      注入時,先采取大容量低壓充填式,再進行高壓劈裂式注漿,對原來的注漿區進行加強,使注漿壓力控制在2.5~4Mpa。這樣壓漿后的塌洞內的碴體基本上在開挖線外形成了一個3米厚的漿體保護殼。YNZ中國建筑網

      3.4.2 塌方區開挖支護YNZ中國建筑網

      塌洞正下方開挖時,掘進步距為60㎝,采取風鎬加鎬頭破除,對個別大型孤石采用松動爆破。隨挖隨加立工字鋼架,進行系統錨網噴支護。YNZ中國建筑網

       3.4.3碴體的清理YNZ中國建筑網

      由于碴體較松軟,開挖時防止對拱腳產生擾動,采取預留核心土,眼鏡法挖除兩側碴體,及時向下安裝拱架,兩側碴體挖除時,必須錯開2米以上。碴體清理完后,及時進行底板封閉,施工仰拱及二次襯砌砼,防止前方開挖爆破時對塌洞內的碴體產生擾動,產生較大的沉降變形。YNZ中國建筑網

      4、經驗與體會YNZ中國建筑網

      通過該段施工,使我們增加了如下認識:YNZ中國建筑網

      1)在施工中一定要在地質資料詳實的基礎之上科學分析加上先進的超前探測儀來指導施工,才有可能避免塌方。YNZ中國建筑網

      2)充分了解了隧道的地質結構及圍巖狀況,進行精心調查研究分析,才能確定最佳施工方案。YNZ中國建筑網

      3)施工超前和預支護在軟弱圍巖施工中的必要性。YNZ中國建筑網

      4)軟弱巖層自身穩定性差,塌方出現時,以穩定性為主,坍塌碴體同樣對周圍巖壁有穩定支撐作用,切忌隨意開挖。YNZ中國建筑網

      參考文獻YNZ中國建筑網

      1. 交通部.公路隧道施工技術規范(JTJ042-94).北京.人民交通出版社,1994YNZ中國建筑網

      2. 關寶樹.隧道施工工程要點集.人民交通出版社,2003YNZ中國建筑網

      3. 馮衛星,況 勇,陳建軍.隧道坍方案例分析,西南交通大學出版社,2002YNZ中國建筑網

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