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弁山隧道大跨度软弱围岩初期支护沉降控制

2016-05-19李讲科

建材发展导向 2016年2期

李讲科

摘 要:我国国土辽阔,地质复杂,加上各种因素的影响,在对隧道进行施工建设的过程中,尤其是在对大跨度隧道进行施工的过程中,围岩软弱破碎严重,自稳性差,因此,为了有效地阻止围岩发生过大的变形,初期支护沉降控制具有十分重要的现实意义。文章主要以弁山隧道为例,对大跨度软弱围岩初期支护沉降进行了分析与探究。

关键词:弁山隧道;大跨度软弱围岩;初期支护沉降

隧道大跨度软弱围岩初期沉降控制能够在很大程度上使隧道施工过程中的变形问题得以改善,这对于提高隧道工程的施工质量以及其安全性有着十分重要的现实意义。实际施工过程中,需要根据施工过程中对围岩及初期支护的加固,确定不同地质情况下何种加固的措施更为合理有效,从而达到经济合理、安全快速施工的目的。

1 工程施工概况

弁山隧道最大开挖高度11.98m,最大开挖宽度17.92m。地质岩性以灰、灰白色厚层、中层状含砾粗粒石英砂岩、细粒石英砂岩为主,夹灰黄、灰白、浅紫红色薄层至中层状泥质粉砂岩、粉砂岩和泥岩。隧道围岩类别分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类,由于地质复杂,围岩变化较频繁,Ⅰ、Ⅱ类围岩用双侧壁导坑法施工,Ⅲ类围岩用留核心土法施工,Ⅳ类用上下半断面法施工。

在施工过程中,发现原设计围岩类别与实际出入较大,进口左线开挖至ZK37+465,右线开挖至YK37+495处时,出现了流塑状泥层,局部出现多次塌方,掌子面附近渗水现象较严重,已开挖施工的上半断面初期支护出现大范围变形开裂,沉降量多达80cm,必须采取临时辅助强支撑,变形才能得以控制。

2 弁山隧道大跨度软弱围岩初期支护沉降控制措施

2.1 以地质超前预报及量测数据为根据,对施工方案以及支护参数进行确定

弁山隧道Ⅰ、Ⅱ类围岩的岩性主要以粉砂岩、泥岩为主,岩体风化比较强烈,破碎情况比较严重,自稳性较差,软硬岩石交替出现是其比较突出的特点,其中,软岩石的含量要比硬岩石的含量大,在具体施工的过程中,塌方出现的次数较多,而且渗水现象也比较严重,已经开挖施工的上半断面初期支护出现大范围的严重变形开裂,沉降量多达80cm,因此,为了有效地控制变形,采取临时的辅助强支撑具有十分重要的现实意义。鉴于此,对施工方案以及支护参数的合理性进行提高对于施工安全的确保十分必要。我局的隧道地质预报组曾在2004年对未开挖的地段进行了地质超前预报,并对掌子面前方200m的未知地质情况进行了勘测预报。将地质预报结果与收敛量测资料相结合,并以此为根据,得出原施工方法及支护体系与围堰稳定性的要求不相符合。将相关的勘测资料上报给设计单位之后,经过勘察研究与计算,最后变更左线ZK37+499~530m(长31m),右线YK37+460~500m(长40m)段落采用双侧壁导坑法开挖,φ108*6大管棚超前支护;初期支护系统为I20工字钢拱架(原设计为I18工字钢拱架),间距50cm(原设计为75cm),φ25*5自进式锚杆长4.5m,C20钢纤维混凝土厚30cm,φ8双层钢筋网片(原设计为单层)。模筑C30钢筋混凝土厚75cm(原设计为50cm),并增加了隧道基底加固。

经过调整施工方案与支护参数,在实际施工过程中,为了保证施工的安全,对初期支护开裂、下沉现象进行有效地减小十分必要。

2.2 通过围岩收敛量测,对不同地址条件下的收敛变形情况进行确定,使围岩变形预留量趋于合理

左侧壁导坑ZK37+460断面拱顶下沉,而且在开挖九天之内,平均每天下沉7mm,在9~15天范围内,变形情况没有太大的变动,但是,当对侧壁导坑的下部分进行开挖期间,拱形变形量进一步加大,每天6mm,直至25天时,变形才开始趋向稳定,最大的变形量可达135.01mm。另外,在连接左右侧壁、拱顶、仰拱时,还会发生一定程度的变形。

左侧壁导坑ZK37+460断面的水平收敛量,在开完之后一直到第9天,每天平均收敛10mm;从第9天到15天的阶段,变形变得缓和,在开挖侧壁导坑下部分的时候,变形会略微加剧,这表明在开挖下导坑的时候对于水平收敛的影响比不上下沉明显,到第25天的时候,变形会逐渐趋向于稳定,最终收敛变形量为203.53mm。这是两个具有代表性的收敛图形,所以,该隧道Ⅱ类围岩预留的8cm变形量是无法满足施工要求的。我单位把两侧资料上报给设计单位,在经过众多的资料分析与对比之后,确定在实际施工当中,Ⅰ类围岩预留变形量18cm,Ⅱ类围岩预留变形12cm。

所以在施工过程中,要切实把握好隧道施工的第一手数据资料,并且在实践当中不断改进,结合遇到的问题,尽早总结经验数据,给接下来的施工打好基础。在围岩变形量测当中,应该重点监控下台阶开挖和支护。从每个断面的监控量测资料可以看出,在下台阶开挖的过程中,原上台阶开挖之后围岩的位移已经趋向于稳定的情况下,因为开挖的干扰以及拱脚虚脱而产生围岩的应力重分布,其变形量与位移速率都会在瞬间剧增。该趋势的发展如果无法及时被支护结构所控制,就会因为位移变形而形成围岩松动区,如果大于初期支护的支撑能力,一定会产生十分严重的后果。

2.3 对现场施工质量的控制工作进行加强,并及早采取加固措施

2.3.1 强化现场施工管理,提升施工工艺

(1)严格依照“短进尺、弱爆破”的原则进行施工,要最大程度上降低对围岩的扰动。弁山隧道软弱围岩段,采取机械配合人工开挖,在确实需要爆破的地段,应该安排专业的技术人员,在施工现场布置合理的炮眼,对炸药的用量进行确定,从而把震动影响降低到最小的程度。各个开挖面应该拉开两倍以上的洞泾距离,避免相互之间震动的干扰,从而破坏围岩的稳定状态。

(2)在开挖的过程当中,应该预留核心土在开挖面上,不能把开挖面挖成反向坡,避免发生失稳坍塌的问题。

(3)在开挖之后要尽快开展初喷工作,避免围岩不断掉块使得松动区域增大,防止围岩进一步风化。

(4)在开挖之后要尽早封闭成环,保证均匀受力,拱架拱脚应该坐落在硬实的岩石上,如果基础较软应该采取方木支垫的方法。

(5)增强现场防排水工作,在开挖面、初期支护的基地不能有积水,避免浸泡下沉。

(6)采取双侧壁导坑开挖的时候,左右侧壁导坑的钢拱架应该装设在同一个断面上,避免在拱部、仰拱施工的过程中引起拱架偏斜扭曲,减弱拱架的受力性能。

(7)强化现场的管理工作,保证各道工序的施工质量能够满足设计要求。

2.3.2 在施工中,如果测量数据有不断增加的趋向,支护结构有显著的变形下沉而且有不断发展的趋势,应该及早采取相应的加固措施

(1)增强围岩松散体的注浆工作,提升围岩自身承载力与整体性。弁山隧道左线ZK37+450~463段围岩裂隙含水量大,在初期支护结束之后,围岩变形下沉并无减缓的趋势(如下图),经过现场勘察得知该段围岩受力性能较差,为含沙性黄土,在开挖之后,会破坏围岩的原始状态,围岩没有自承力而压在初期的支护上,初期支护因为承受不了该荷载而产生变形。

加固措施:对松动区的围岩进行注浆固结,形成持力拱,从而增大围岩的自承力。采取临时钢制护加固之后,环向打设φ42导管,其长度为4.5m,纵环间距为1.5*1.5m,在打设结束之后,灌注水泥-水玻璃双液浆,压力为1Mpa。

该段在注浆结束后三天,沉降量虽然有减小的趋势,但是还不够稳定,于是采取强性支撑的方法,因为隧道全断面已经形成,采取原木支撑比较困难,采用加强临时支撑刚度与受力的整体性方法,在临时支撑上喷射混凝土,与施工初期支护一起承担围岩的压力(临时支撑图2)。在完成之后,效果比较明显,抑制了初期支护的变形下沉。

(2)强性支撑抑制初期支护变形下沉。钢拱架套拱支撑。弁山隧道在很多段落都采取了临时套拱加固的措施,其特征是受力整体性与均匀性较好,适用断面比较大,施工完成之后,不会影响到其他工序的施工。缺点是要求施工断面圆顺,基础坚固,在拆除的时候比较麻烦。

在隧道变形大、速率较快、需要比较大的支撑力的地段,采取原木扇形支撑(如下图)。速度快、操作便捷、受力较大,适用空间比较小是其最主要的特征,同时,其也是需要立即加固的地段。

(3)加强措施。弁山隧道在施工的过程中,因为围岩较差,上半截面初期支护施工结束之后,初期不断发生下沉,其主要原因是拱脚基础的强度比较差,因此采取了以下加强措施:

打设锁脚锚杆,提升拱脚的稳定性。

打设拱脚地梁,使拱架基础的强度与受力整体性得以增强。

3 结语

在隧道施工的过程中,初期支护的施工质量对于提高隧道安全性有着十分重要的作用。在实际施工的过程中,应该保证施工方案的合理性,并对现场的质量管理进行加强。同时,如果在进行初期支护期间出现异常情况,必须及时地采取切实可行的措施,否则,会进一步扩大围岩松动圈的范围,致使变形加剧,导致相当一部分初期支护沉降侵限。

参考文献

[1] 王树军.软弱围岩隧道双层支护施工控制技术[J].交通世界,2010(13).

[2] 来弘鹏,林永贵,谢永利等.不同应力场下软弱围岩公路隧道的力学特征试验[J].中国公路学报,2008(04).

[3] 潘雪峰.隧道穿越软弱围岩及断层破碎带的工程对策[J].筑路机械与施工机械化,2010(02).