隧道富水粉細砂塌方處治的施工技術范文

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摘要:以某I級鐵路雙線隧道為例，該隧道穿越上第三系富水粉細砂地層，因為粉細砂層成巖效果不理想，若遇水，就會變成流塑狀，并且其自穩(wěn)性會被嚴重弱化，隧道施工的難度相對較大，并且有可能會出現(xiàn)塌方事故，導致塌方工作處理非常繁瑣，作業(yè)人員的人身安全難以得到有力的保障，為處理富水粉細砂層隧道塌方后砂層松散、流動性相對較強、塌方區(qū)域難以治理等相關問題，保證安全迅速經(jīng)過塌方區(qū)段，結合項目特點，針對如何使用真空降水加雙層大管棚、小管棚以及雙側壁工藝，有效解決富水粉細砂層隧道塌方展開了詳盡的研究與分析，可為類似項目提供參考。

關鍵詞:富水粉細砂層;雙層大管棚;雙側壁法

1工程概況

某隧道3#斜井土區(qū)域正洞圍巖大致是第三系富水粉細砂層，歸屬于VI級圍巖。正洞中的出水量相對較大，每天的排水總量為900～1100m3;砂層緊密、純凈，部分摻雜有形狀各異的卵石與鈣質(zhì)膠結塊。依照場地就粉細砂的現(xiàn)場樣本進行檢驗，檢測得到含泥量為5%～10%，孔隙比為22%～26%，孔隙比為0．36～0．4，其密度大致為2．63g/cm3，滲漏指數(shù)為10－3～10－4cm/s，水平以及縱向的滲透指數(shù)之間的差距相對較小，還沒有成巖，一有擾動就會立即變成較為松散的粉狀架構，在富水時呈現(xiàn)為流態(tài)，可以說是沒有任何自穩(wěn)性能，容易出現(xiàn)溜塌的情況，進一步使隧道最初的支護出現(xiàn)形變、沉降，導致塌方情況發(fā)生。

2塌方原因分析及塌方影響范圍的確定

依照對場地的塌方過程的觀測以及對其各個區(qū)域進展狀況的整體研究，該次塌方主要是與圍巖自身的特點、結構組成有一定的關聯(lián)。隧道使用雙導洞超前法展開作業(yè)。DK5+485～+519區(qū)段隧道頂部、墻面的挖掘支護已經(jīng)全部施工完畢，沒有發(fā)現(xiàn)有任何滲水的情況。在籌備作業(yè)的DK5+488～+491區(qū)段仰拱處，挖掘右側拱腳時發(fā)現(xiàn)有涌水涌砂的情況，最后造成塌方，塌方形成后隧道頂部大量出水［1］。依照塌方區(qū)段作業(yè)顯示的地質(zhì)狀況能確立隧道右面墻腳外部2～3m留存有一個積水穴，頂部輪廓線3～5m處有10m左右寬的地下水暗流經(jīng)過該區(qū)段。

3塌方段施工

3．1整體方案確定

依照場地的作業(yè)狀況，組織施工隊以及專家展開商討，最終確立了依照“先穩(wěn)固、再解決、襯砌跟進、穩(wěn)步實行”的作業(yè)要求，并使用“雙層大管棚加小導管超前灌漿”當作是超前支護，考慮到有效切合原雙導洞超前的作業(yè)形式，借助“雙側壁”分三臺階挖掘該區(qū)段塌方斷面及施工斷面(見圖2)。1)在對塌方結構碼砂袋反壓工作完成后，錨噴封閉滑塌面層并進行對應的注漿穩(wěn)固工作。2)針對DK5+480～+486區(qū)段頂部展開徑向注漿穩(wěn)固作業(yè)，在DK5+486．5區(qū)段大角度施作第1環(huán)大管棚，借助注漿回填的形式，對塌方造成的拱部空洞，針對該區(qū)域松散的塌體展開對應的穩(wěn)定措施，其中第1環(huán)管棚可以發(fā)揮其錨固、穩(wěn)定的功效。3)針對DK5+486．5～+489塌方區(qū)段，所選用的是雙側壁的形式，分臺階進行挖掘并同時進行灌漿穩(wěn)固作業(yè)。4)在DK5+489區(qū)域進行第2環(huán)大管棚的裝配，讓大管棚一次性穿過塌方區(qū)域，充分發(fā)揮其超前支護以及其預加固的效用。5)借助超前管棚，使用雙側壁的形式按照順序挖掘更換DK5+489～+500區(qū)段變形較為嚴重的區(qū)域。6)按照對應的次序針對DK5+500～+515區(qū)段的侵限變形處展開對應的更換工作。7)同步展開回填作業(yè)及其對應的二次支護穩(wěn)定作業(yè)。8)展開仰拱二次襯砌作業(yè)，完成有關的隧道施工工作。9)挖掘環(huán)節(jié)當中各個區(qū)域使用“真空輕型井點降水+集水坑集排水”的形式展開對應的排水工作。

3．2雙層大管棚施工

大管棚作業(yè)技術是在軟弱圍巖的隧道作業(yè)以及其塌方區(qū)段處理當中最為常見的一種較為傳統(tǒng)的作業(yè)手段，大管棚超前注漿預加固管理圍巖沉降性能相對較強，并且其對應的效益較為顯著［2］。1)施工準備。針對塌方區(qū)域展開碼砂袋反壓工作之后，就可以進行錨噴封閉滑塌面層并進行對應的注漿穩(wěn)固作業(yè)，與此同時，針對DK5+480～+486區(qū)段最初支護背后展開相關的補注漿穩(wěn)固工作;在DK5+485～486．5區(qū)段上斷層復原雙側壁支護系統(tǒng)，側壁以及其臨時仰拱使用I20b的工字鋼，每間隔0．5m配置1榀和正洞鋼架連接為一體，開展好對應的施工籌備工作。2)管棚施工工藝。依照粉細砂地面輕微的擾動就會松散成粉狀的特征，因為塌體中央有少部分的卵石，因此，成孔作業(yè)的難度相對較大，選取跟管鉆入技術施作管棚，把套管及其鉆桿一同下鉆到其中，成孔作業(yè)完成之后再將其取出，頂入到管棚當中，最終拔出外套管體。3)管棚鉆孔施工。管棚制備:使用外直徑為108mm的且其厚度為6mm的熱軋無縫管材，依照相關的設計要求以及長度針對鋼管展開對應的分節(jié)分割作業(yè)，端口區(qū)域配置有對應的套絲，絲扣的整體長度控制在15cm左右，所有的材料都加工成為正絲;管節(jié)整體的長度為2～4m;連接套管材料在對應的廠商處定制并加工完成，其對應的長度控制在30cm左右。4)管棚注漿。第1環(huán)大管棚注水泥和水玻璃雙液漿，最大限度地穩(wěn)固了頂層松散并封堵住了頂層的滲漏。注漿依照由低至高順序循環(huán)進行，整個環(huán)節(jié)當中要求多次循環(huán)注漿，注漿的整個壓力控制在0．5～1MPa。

3．3塌方、變形段開挖施工

借助雙側壁分三臺階的方式展開作業(yè)，選擇小管棚結合大管棚強化超前支護的施工方案。

3．3．1施工步驟

1)借助上一循環(huán)架立鋼架，進行小管棚超前支護的制作，并且進行1步土體的挖掘施工;在第一時間進行初期支護與臨時支護的施工，并且進行鋼架鎖腳錨管的施作。在1步作業(yè)2～3m之后，就可以著手進行2步的挖掘作業(yè)，并且進行長鋼架的連接施工。2)如上所述，進行3步與4步土體的挖掘施工，并且進行初期與臨時支護的施工。3)同樣借助上一循環(huán)架立鋼架進行小管棚的施工，并且按照規(guī)定完成超前支護;進行5步土體的挖掘施工，并且在規(guī)定時間內(nèi)完成初期支護的作業(yè)。4)5步作業(yè)2～3m之后，可以進行6步土體的施工，并且要注意進行臨時仰拱的施工，上斷面應該保持為完整的成環(huán)狀態(tài)。5)如上所述，進行6、7、8、9步土體的施工。6)根據(jù)左、右、中的次序分塊進行5步仰拱初期支護的施工，并且采取接長的方式，使側壁鋼架能不斷延長，之后還能妥善地落到仰拱初期支護的鋼架，進行仰拱混凝土的澆筑，并且將仰拱每循環(huán)的實際進尺控制在2m。7)仰拱澆筑施工結束后，把側壁與臨時仰拱均拆掉，一次拆除長度應該控制在6m以下。

3．3．2施工降排水

真空降水應該借助7．5kW的V6型真空泵與Φ32PPR降水井管工具。前者在實際工作時，各個井管附近產(chǎn)生負壓，進而抽出粉細砂圍巖內(nèi)的水分，并且在降水作業(yè)時，真空負壓允許范圍是＜－0．06MPa。

3．3．3回填注漿

徑向回填注漿在支護系統(tǒng)強化的過程中非常重要，因為塌方段有非常嚴重的出水問題，因此，注漿應該選擇水泥－水玻璃雙液漿，并且將水泥漿水灰比控制在1∶1，水玻璃玻美度控制在30°～40°Be，水泥－水玻璃體積比控制在1∶0．3～1∶1。此外，應該注意進行多次循環(huán)補漿作業(yè)，從而使其密實性得到有效保障，注漿壓力為0．2～0．5MPa。借助徑向注漿的方式，能使初期支護與圍巖密切固結，如此混凝土受力殼的完整性就能得到很好的保障，從而使隧道支護強度得到極大提升，同時也使圍巖穩(wěn)定性達到要求。

3．3．4仰拱及二次襯砌施工

仰拱建設非常重要，借助短進尺，分步、分塊的挖掘支護，盡量避免出現(xiàn)二次澆筑問題。仰拱挖掘的次序是左、右、中，并且在左、右區(qū)域中，開挖循環(huán)的實際進尺控制在0．5～1m，首先進行左、右塊的挖掘，將側壁鋼架接長，并和仰拱鋼架螺栓密切相連，進而構成一個完整的環(huán);左、右側的挖掘施工深度達到2m后就能進行中部的挖掘施工，如此仰拱初期支護就全部結束;之后進行仰拱鋼筋的綁扎作業(yè)。

4結束語

綜上所述，軟弱圍巖隧道建設初期常常會出現(xiàn)支護變形與坍塌的問題，并且在針對塌方進行維護與補救時，極為復雜，次生災害產(chǎn)生的幾率非常高，這就會導致出現(xiàn)嚴重的惡性循環(huán)問題。尤其是對于富水粉細砂圍巖隧道而言，出現(xiàn)坍塌問題之后，其中處于松散狀態(tài)的砂體就不斷出現(xiàn)流塌與自穩(wěn)性弱化的現(xiàn)象，而塌方漏斗也會不斷擴增，進而導致地表出現(xiàn)非常嚴重的塌陷問題。鑒于此，本文聯(lián)系具體的圍巖情況，運用與以往方式存在很大差異的現(xiàn)代化施工方式，不斷優(yōu)化、完善施工技術，運用高效的手段，解決富水粉細砂圍巖隧道的病害，最終顯示效果非常理想，具備較大的推廣價值。

參考文獻:

［1］陳良兵．大跨度軟弱圍巖隧道塌方處治施工技術［J］．鐵道建筑技術，2016，33(7):29－32．

［2］楊家松．大斷面軟巖隧道變形控制技術研究［J］．隧道建設，2015，35(4):359－363．

作者:陳文超 單位:中鐵十六局集團城市建設發(fā)展有限公司