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大万山隧道右洞初期支护塌方处治方案

2021-01-09

黑龙江交通科技 2021年6期
关键词:塌方掌子面拱顶

孙 鹏

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)

大万山隧道位于吕梁市岚县与兴县交界的吕梁山脉白龙山,设计为左右线分离式,左线洞体全长10 379 m,右线洞体全长10 490 m,是静兴高速公路的控制性工程。2020年11月19日右洞已施工段落K39+097处出现塌方,在塌方前施工单位已将人员设备撤出,塌方后对塌方段落进行了反压回填。由于回填后前方段落实际情况未知,洞顶塌方范围是否扩大也未知,所以制定合理的处置方案对保证施工安全及保障施工进度具有决定性作用。

1 塌方发生过程

2020年9月16日隧道右线施工至K39+083掌子面。2020年9月22日施工至K39+096掌子面。在9月23日,K39+083~K39+092初支开裂掉块,拱架变形,施工单位立临时钢拱架16榀,间距60 cm。施工单位于11月10日对局部拱架变形侵限段做换拱处理,施工完成K39+095~K39+113段仰拱后,随即该段落开始出现拱顶沉降。从11月10日开始,至11月13日,K39+103观测点累计沉降量161 mm,至11月15日,K39+108观测点累计沉降量253.9 mm。施工单位于11月17日将人员及机械设备从掌子面全部撤出,从二衬端头将未施工二衬区段全部封闭,并继续监控围岩变化。11月19日出现小范围塌方,11月20日开始大面积塌方。

2 塌方段落地质情况

塌方段落属于大万山隧道K38+990~K39+200段的Ⅴ1级围岩段落。该段落最大埋深452 m,洞体穿越F6压扭性断层破碎带,岩性以糜棱岩为主,断层碎裂岩饱和湿软,断层上盘张性裂隙较发育,相对富水,沿断裂上盘接触带存在股状涌水或淋雨状出水,断层带局部可能短时发生突泥突水。属中等富水洞身段。围岩整体稳定性差。

3 塌方原因分析

塌方处地处F6压扭性断层破碎带,围岩条件很差。加之施工单位并没有严格的按照原设计的超前帷幕注浆的方案施做本段落,导致了初衬拱架变形。在拱架变形后,临时支撑措施不到位,并且注浆不及时不到位,最终导致了局部塌方,而后塌方扩大。

4 塌方治理

4.1 探明塌方体具体情况

(1)在拱顶下方,采用自进式管棚钻机水平钻进,探明塌方体长度,按1∶1坡率计算隧道内塌方堆积的体积。

(2)在临近塌方处,采用自进式管棚钻机倾斜钻进,根据倾斜角度和钻进深度,确认拱顶覆渣厚度。

(3)根据探明的塌方体长度、塌方总体积,考虑松散系数,按照漏斗原理估算拱顶以上空腔的高度、体积,以此作为细化处治方案的依据。

4.2 塌方治理方案

(1)塌方段治理方案

总体方案:利用横通道,开辟第二工作面,从两端同步治理塌方,既可恢复右洞掌子面的开挖保证施工进度,又可处理塌方和变形段。在ZK39+163掌子面附近或向前开挖8~10 m处施做施工横通道(可将设计ZK39+228人行通道调整至此处)。具体治理方案如下。

①进口端喷射混凝土封闭加厚,确保封堵效果;出口端利用K39+103~K39+143变形段回填洞渣到起拱线形成上台阶,对塌方端进行封闭处理。

②拱顶加固。根据探测结果,若拱顶覆渣小于3 m,应向塌方空腔内泵送混凝土回灌,厚度不小于2 m;若拱顶覆渣大于3 m,采用注浆固结(帷幕注浆),确保松散体全部加固。

③施做超前支护φ108管棚+φ42小导管。大管棚及小导管环向间距40 cm。将初支钢拱架变更为I22钢拱架,纵向间距60 cm。为防止在开挖过程中掌子面失稳垮塌,对塌方堆积体注浆加固。采用环形开挖预留核心土的开挖方法。加快钢拱架支护施作速度、快速成环,缩短围岩暴露时间。根据监测结果,必要时可考虑施作临时仰拱。

④塌方空腔回填。拱顶以上满足4~5 m范围注浆固结或砼回灌的前提下,向空腔内吹沙或石屑1 m厚作为缓冲层,也可考虑采用轻型泡沫混凝土进行空腔回填。

(2)40 m变形段处理

①K39+103~K39+143变形段,经实测如侵限必须拆换处理,利用横通道回填洞渣反压至起拱线,形成处理作业平台。

②侵限段拆换施工。先拱后墙自上而下逐榀更换,拆换施工必须遵循“先支顶、再注浆、后更换、全过程监控”的原则。

a先支顶。利用回填洞渣进行反压支顶。

b再注浆。采用φ42小导管(花管)径向注浆(注双液浆)加固初期支护背后松弛地层,间距1.2 m×1.2 m,注浆深度3~4 m,注浆压力0.5 MPa,注浆达到强度后可进行拆换。

c后更换。将初支钢拱架变更为I22钢拱架,纵向间距60 cm。加快钢拱架支护施作速度、快速成环,缩短围岩暴露时间。根据监测结果,必要时可考虑施作临时仰拱。

d全程监控。安排专人24 h监控,加大频率开展监控量测,如初期支护出现变形、掉块等情况,及时采取应急处理措施,防止危害和损失进一步扩大。

③初期支护侵入二衬尺寸较小的,二衬有一定断面保证的,通过变更二衬结构的办法解决,尽量减少拆换作业数量,避免风险。

(3)相关要求

①左洞施工必须严格控制步距,加强监控量测,确保施工安全。

②塌方治理期间,施工单位及监理要加强全程监控,做好旁站记录,确保洞内外信息畅通,全面提升作业人员安全意识。

5 结束语

随着社会经济的持续发展,我国的隧道建设规模越来越大,隧道施工过程的安全问题也越来越突出,尤其是塌方事故,经常在经济上和人员上造成巨大损失。就像本次塌方,幸好提前有预兆,人员及机械及时撤场,如果塌方突然发生的话,后果不堪设想。所以以本次塌方为戒,在隧道穿越断层带施工时一定要严格遵循设计要求,做好超前帷幕注浆、超前小导管等一系列超前支护;在发现隧道初支变形的时候,更要充分做好临时支撑,并及时注浆加固,以免形成塌方。

本次处治方案提供了一个利用横通道开辟第二个工作面的塌方治理方案。这样既可以保障工程进度,又能双向处治塌方段落,是一种行之有效的处治方案。

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