先填后挖法在隧道塌方中的应用-滑模|滑模施工|江苏鑫亿达滑模施工公司

技术创新

更多>>联系方式 Contact

江苏鑫亿达建设工程有限公司

全国免费咨询热线：400-088-6505

电　话：0515-88632555 88632777

传　真：0515-88632777

联系人：张先生 15851070333

网　址：www.jshh222.com

您当前位置：亿达滑模 > 技术创新 > 施工技术 > 浏览文章施工技术

先填后挖法在隧道塌方中的应用

日期：2016-3-17 14:00:29　来源：转载　浏览数：
　

分享到：

1· 工程概况
    某铁路双线隧道全长1 857 m，设计DK71 + 280～ DK72 + 050 段围岩为侏罗系上统磨山群西山头组J3x 流纹质含角砾晶屑玻屑熔结凝灰岩，弱风化，地下水以基岩裂隙水为主，不发育，无侵蚀性; 围岩级别为Ⅱ级，采用Ⅱ级复合式衬砌，埋深185 ～220 m，属于深埋段。
    隧道进口开挖支护至DK71 + 745，隧道暂停施工约10 d 后，在掌子面后方DK71 + 715 ～ DK71 +725 范围内首次发生塌方，从隧道左拱腰至拱顶右侧约2 m 处塌落，右侧及拱顶约1 m，深度左侧约4 m。后塌方逐步扩大至DK71 + 683 ～ DK71 + 745段，长57 m，最大塌方深度达到12 m，塌方量约5 500 m3，埋深约190 m，如图1 所示。

    塌方后地质调查中发现该段围岩为含角砾晶屑玻屑熔结凝灰岩，弱风化，塌体多以巨块或大块为主，个别的直径超过了4 m，层厚多大于1 m，岩石块体虽经塌落碰撞但多保持较完整的棱角，岩质较硬，地下水为基岩裂隙水不发育，基本符合Ⅱ级围岩条件。
    同时发现在隧道拱部上方发育有两组节理，一组水平节理和另外一组垂直节理，节理结构面光滑，局部夹有软弱夹层，均为不利节理，两组节理切割岩体，主要的塌方体均是沿着隐伏构造结构面塌落。
    2 ·塌方原因分析
    2． 1 爆破振动等因素加快节理发育
    随着隧道的开挖，在隧道一侧形成了临空面，原来闭合的裂隙张开( 所谓构造中的释压节理) ，而前方爆破开挖振动进一步促进节理构造面的张开程度，随着时间逐步加长，临空面和爆破振动扩展的节理进一步加剧，导致DK71 + 715 ～ + 725 隧道左拱腰至拱顶岩体沿着节理构造面塌落。在第一次塌方体的牵引下，沿着周边发育的节理构造面岩体塌方逐步扩大，直至形成最后的塌腔形状。
    2． 2 支护强度不足
    由于控制塌方的主要节理等结构面在隧道未开挖之前，受到地质构造的影响均是闭合的，采用超前地质预报手段难以精确判断节理发育情况。   节理发育于洞身开挖范围之外，洞身开挖后仍不能发现节理发育的具体情况，导致开挖后未能准确判断仍然采用Ⅱ级围岩的支护形式，支护强度不足。
    3· 先填后挖法处理塌方段
    3． 1 先填后挖法简介
    当隧道塌方后存在较大空腔，塌方区域不稳定，较大危险隐患，人员和机械设备无法进入或接近塌方区。这种情况下如不采取合理的处理方法，安全风险难以控制。
    先填后挖法就是提前注浆回填空腔并固结塌方体，利用回填材料填充满整个空腔，使回填体形成一个受力体，承受塌方区不稳定荷载，阻止塌方继续发展，并为后续施工提供着力点，将塌方处理变更为工艺成熟的隧道正常暗挖施工。
    ( 1) 特点: 处理塌方的人员和机械基本在安全的作业面下进行施工。将塌方处理转化为隧道暗挖施工，工艺成熟，操作简单，劳动强度相对较低，处理塌方的成本较低。
    ( 2) 应用范围: 塌方发生在隧道浅埋段，施工材料、设备容易进入塌方区地表，可采取地表钻孔注浆回填。塌方发生在隧道深埋段，地表钻孔难度大，可采取超前预注浆回填满整个空腔。
    基于以上特点，该隧道塌方处理选用先填后挖法。
    3． 2 处理程序及要点
    处理程序主要有: ( 1) 后方加固; ( 2) 止浆墙封堵; ( 3) 注浆回填; ( 4) 隧道暗挖施工。详见图2。

    3． 2． 1 后方加固
    后方加固的主要目的是加强未塌方段，限制塌方继续发展，也为后续注浆回填施工提供一个安全的施工空间。
    后方加固从距离塌方位置20 m 开始，即为DK71 + 663 ～ DK71 + 683 段，临时加固措施主要为:20 工字钢钢架全断面临时支护，间距1 m。拱部设置带排气装置的长3．5 m 注浆锚杆，边墙设置Φ22长3．5 m 砂浆锚杆，均按1． 2 m × 1．2 m 梅花形布置。
    为避免开挖对塌方体围岩扰动，不设置仰拱。永久性支护结构二次衬砌拱墙采用C40 钢筋混凝土，厚40 cm。
     3． 2． 2 止浆墙封堵
    止浆墙主要作用一是封堵注浆，防止浆液流失，二是更进一步稳住塌体口部和围岩。
    止浆墙采用C20 混凝土，厚2 m。止浆墙施工可根据塌方体采用台阶形式，拱部3 m 范围暂不施工，作为安装注浆管和观察注浆情况的空间，待注浆回填至拱顶时，再全部封堵。
    3． 2． 3 注浆回填
    ( 1) 在施工后方加固临时钢架过程中，塌方段仍有掉块，最大掉块达到10 m3。为确保运营安全，注浆回填需要考虑两个问题: 一是要确保注浆后塌方不再发生大的掉块破坏衬砌结构，因此需要将整个塌方空腔回填满; 二是注浆材料比重不能过大，控制回填重量。通过参建各方探讨后，回填满整个塌腔，注浆材料采用轻质混凝土。
    ( 2) 轻质混凝土采用泡沫混凝土，泡沫混凝土可固结坍塌碴体，为后续开挖消除掌子面碴体滑塌隐患。灌筑泡沫混凝土现场搅拌、泵送，注浆管采用Φ50 镀锌钢管通过导向管伸直塌腔内部，可根据注浆管插入角度及深度先进行塌腔体两侧及最深处灌筑，再进行塌腔体上方及顶部灌筑，直至填满塌腔空间。
    ( 3) 轻质混凝土材质说明
    通过机械制泡的方法，先将发泡剂制成沫，然后再泡沫中加入水泥、粉煤灰、水形成泡沫浆体，再经自然养护而成［1］。
    材料配合比为，水泥∶ 粉煤灰∶ 发泡剂∶ 水= 550( kg) ∶ 200( kg) ∶ 5( kg) ∶ 500( kg) 。
    由于泡沫混凝土中含有大量封闭的孔隙，使其具有下列良好的物理力学性能［2］:
    轻质泡沫混凝土的密度小，通过现场试验，密度按750 kg /m3 控制，抗压强度可达到1 MPa 以上，能满足施工要求。
    流动性极好，可有效填充整个塌腔体，能有效固结碴体。
    多孔性使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用，具有一定减震性。
    具有相对独立的封闭气泡及较好的整体性，其具有一定的防水性能。
    3． 2． 4 塌方段暗挖施工
    ( 1) 利用DK71 + 683 止浆墙施作超前大管棚，采用Φ159 钢管，钢管内套钢筋笼，在塌方段前后两端设置，长度均为30 m。
    ( 2) 塌方段暗挖以弱爆破配合镐头机进行，初期支护采用HW175 型钢钢架，间距50 cm，喷射28 cm厚C30 网喷纤维混凝土，边墙设置Φ22 砂浆锚杆，长4 m，间距1． 2 m × 1． 2 m，梅花形布置。
    ( 3) 二次衬砌拱墙采用C40 钢筋混凝土，厚60 cm。仰拱采用C40 钢筋混凝土，厚70 cm。
    ( 4) 严格按照短进尺的要求，每循环开挖控制1榀钢架间距。尽早施工仰拱，封闭成环，按照规范要求，在Ⅴ级等软弱围岩中仰拱封闭成环距离上台阶掌子面不得大于35 m［3］，鉴于塌方段的特殊性，将封闭成环的距离缩短至20 m。
    4· 安全控制措施
    4． 1 监控量测
    暗挖施工过程中增加监控量测点的密度和观测频率，塌方段初期支护施工过程按照Ⅴ级围岩要求布设监控量测点，断面间距5 m，每断面5 个点，由于塌方段特殊性，监测频率为每天3 次。
    4． 2 施工步距控制
    ( 1) 二次衬砌尽量紧跟，将二次衬砌施工至塌方段口部，再继续开挖57 m 的塌方体。
    ( 2) 塌方段开挖采用从进出口两个方向施工，可以加快塌方体的支护速度，尽早稳定塌方体。
    ( 3) 严格按照短进尺的要求，每循环开挖控制1榀钢架间距［3］。
    ( 4) 尽早施工仰拱，封闭成环，按照规范要求，在Ⅴ级等软弱围岩中仰拱封闭成环距离上台阶掌子面不得大于35 m［3］，鉴于塌方段的特殊性，将封闭成环的距离缩短至20 m。
    5· 结束语
    ( 1) 总注浆时间约20 d，注浆压力根据回填高度逐步缓慢加大，至注浆压力0． 5 MPa 后稳定。初期支护完成后，通过拱顶打设探孔，表明轻质混凝土有效填充满整个空腔。
    ( 2) 注浆完毕后，开挖面显示，塌方体中破碎的岩体与注浆材料有效固结成一个整体，开挖后拱部也有一定的自稳能力，施工过程中未发生掌子面滑塌现象。
    ( 3) 由于塌方体的复杂性，超前大管棚角度控制难度大，效果不太理想，在实际开挖过程中，增加了超前小导管注浆。
    通过3 个月的施工，塌方处理完成，安全风险得到了有效控制，这说明选取的这种塌方处理方法是合理的。