高纬度严寒地区隧道塌方处理技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高纬度严寒地区隧道塌方处理技术 摘要：本文以吉图珲客专后安山 隧道浅埋段施工为依托，简单介绍了后 安山隧道出口 GDK311+977GDK311+998 段塌方及 处理案例，主要阐述在东北高纬度严寒 地区隧道浅埋段塌方发生后所采取的处 理技术等较为成功的施工经验，为以后 高寒地区隧道施工提供有用的处理经验。 中国论文网 /4/view-12702887.htm 关键词：高寒地区 隧道塌方 处 理技术 1 工程概况 新建吉林至珲春客运专线 JHS 标后安山隧道位于吉林省图们市境内， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 毗邻中朝边境，该隧道地处北纬 43 度， 冬季漫长酷寒，年平均气温 4.06.8， 1 月平均气温-10.3-23.4，最低气温- 42.5，土壤最大冻结深度达 181cm， 施工期间隧道极易产生冻害。 后安山隧道全长 6551m，隧道出 口和 4 号斜井大里程方向（以下简称进 口）于 2013 年 10 月 30 日上台阶贯通， 由于初期支护变形严重，后续一直进行 径向注浆加固和换拱施工，但是换拱施 工后的隧道初期支护变形仍然得不到控 制，每天隧道沉降均在 2cm 以上，隧道 贯通段施工是进行重复的注浆加固和换 拱施工。 为了避免隧道各工序施工相互影 响和减少隧道变形，隧道施工采取的是 单工序作业，仰拱和衬砌采取紧跟下台 阶施工，截止 2013 年 12 月 20 日，隧 道进口仰拱、二衬分别施工至 GDK311+983、GDK311+977，隧道出 口仰拱、二衬分别施工至 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 GDK311+997、GDK311+998，工作面 剩余仰拱、二衬分别为 14m、21m。 2 塌方概述 2013 年 12 月 21 日凌晨 4 点半， 隧道出口进行仰拱出渣作业时，现场发 现 GDK311+997 拱部初期支护出现环向 开裂，拱部喷射混凝土出现脱落掉块。 现场管理人员果断停止出渣作业，将人 员、设备撤离至已施工完二衬的安全地 带，至凌晨 5 点，塌方体已经填满 GDK311+977GDK311+998 段。塌方 体为坡积碎石土，土质较多，无水，隧 道顶地表已塌陷成穴，地穴深 6m 左右， 线路方向 10m，轴线方向 8m，该段隧 道埋深 23.426.5m。 3 总体施工方案 经现场共同查勘、研究分析，决 定采用专业队伍和配套先进设备进行 “注浆加固、管棚支护 ”处理塌方。结合 现场实施和实际情况，从 4 号斜井向出 口方向施作管棚。 搭设作业平台、挂网喷锚封闭 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 塌体、施作止浆墙。采用 RPD-180 地 质钻机进行后退式注浆加固塌方松散体。 施做管棚注浆加固。从隧道出口开 挖重新施作初期支护、仰拱、二次衬砌， 分 3 循环施作，用管棚周边注浆加固和 上导局部注浆加固方案。注浆材料采 用普通水泥、水玻璃。 4 施工组织 4.1 人员、设备、冬施准备 4.1.1 根据管棚注浆设计方案， 为顺利高效完成注浆施工，现场配置合 理的管理、技术人员及劳动力，人员配 置按照两套作业班组配置，每个岗位人 数为双份，各种关键岗位必须持证上岗。 4.1.2 钻孔注浆主要设备如表 1。 表 1 主要设备配置表 4.1.3 冬施准备。由于施工地处 东北地区，时值严寒冬季，为了保证施 工质量及洞内作业人员人身健康，必须 采取切实有效的冬季施工措施。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 利用棉被封闭隧道洞门，减少 隧道内外温度交换。采用大型火炉燃 烧无烟煤，提升并保持洞内温度适宜。 抽取地下水作为施工及注浆用水，利 用隧道拌合站锅炉加热，洒水车拉水进 入洞内。 4.2 塌体封闭 为保证注浆效果，防止漏浆，塌 体两侧必须封闭密实。 隧道出口塌体表面全部采用挂 网、喷射砼封闭，封闭混凝土厚度不小 于 1.5m。进口方向下部采用喷射砼封 闭，上部采用砼止浆墙封闭，止浆墙背 后采用洞渣或沙袋堆码回填密实。进 口方向搭设作业平台和施作止浆墙期间， 出口打设小导管同步继续注浆。 4.3 搭设作业平台 在仰拱填充面以上高度约 3m，长度 15m 采用洞碴构筑管棚作业 平台，一侧设置设备上下行走坡道。 破除 4 号斜井出口方向拱部喷射砼面， 找出已施作的初期支护钢架，便于定位、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 安装导向管，避免钻进时碰到钢架。 4.4 止浆墙施工 止浆墙施工前，首先对松散体 进行喷射混凝土或沙袋堆码封闭。在 已施作完成的初期支护表面按照环向间 距 1m、设置 2 排 22 连接锚杆，止浆墙 基础范围内垂直向下设置两排 50 小导 管，长度均为 3m，埋入深度 2m，预留 1m，保证在注浆压力时止浆墙不倒塌。 立模、准确安装并固定牢固孔口导向 管，导向管采用 150 钢管，前端带法 兰盘，末端用土工布包扎封闭。浇筑 C20 砼止浆墙，墙厚 2.0m，浇筑过程中 模板缝隙用土工布塞满，保证不漏浆、 砼振捣密实。止浆墙分两次浇筑完成， 接茬处设置钢筋连接。 4.5 超前注浆加固塌体 待止浆墙砼强度达到设计强度 75%时，钻机就位。注浆孔径采用 65 的钻头和57 钻杆进行钻孔。钻孔 按照“由低速至高速、由低压至高压” 的 原则由慢至快钻进。钻进过程中应采用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 角度仪测量钻杆角度，发现偏差大于设 计要求及时更正。认真做好钻进过程的 原始记录（钻孔长度、时间、注浆压力、 方量等） ，及时对孔口排水颜色，流量 和排渣等情况进行记录，作为地质预报 的参考资料。待钻孔达到设计长度后， 压住清水进行清孔，保证钻杆钻头顺畅。 从孔底位置开始压注水泥单液浆液， 之后按钻杆拆卸长度分段，每向孔口方 向后退 1.5m 注浆一次。浆液采取由稀 到浓的压注措施，孔口采用水泥水玻璃 双液浆进行封堵。注浆顺序按照“由 高到低”的原则进行，间隔 3 个孔注浆 位置交错布置，以保证注浆效果。注 浆结束标准：A 单孔结束标准。a 注浆 压力逐步升高至设计终压，并稳定 10min。b 注浆量不小于设计注浆量的 80%。 c 进浆速度为开始进浆速度的 1/4。B 全断面结束标准。a 所有注浆孔 均已符合结束条件，无漏注现象。b 注 浆有效注入范围大于设计值。效果检 测。注浆效果检查评定是确定开挖施工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 方案的依据。注浆效果检查评定以钻孔 检查法为主，辅以取样测试。 钻孔检查法：根据注浆状况，选择注浆 范围内可能存在的薄弱环节的注浆部位 布设检查孔。检查孔垂直于开挖工作面 钻设，终孔深度稍短于注浆加固长度。 也可利用管棚的引导孔设置，按总注浆 孔的 5%布设。如检查孔存在涌泥、涌 沙或塌孔时，应进行补孔注浆作业。 超前钻孔取芯检查。通过钻取岩 芯观察浆液充填情况，浆液是否饱满； 物理力学试验结果表明，浆液固结强度 低于 0.2Mpa 时，应进行补孔注浆。 4.6 管棚施工 超前大管棚环向间距 40cm，外 插角 13，纵向加固范围 25m，共计 42 根，由于受洞内条件约束，大管棚外插 角较大。大管棚布设见附图一。 管棚加工：大管棚采用外径 89mm，壁厚 6mm 热轧无缝钢管加工， 每节长 4.59m，采用 30cm 长、壁厚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 6cm 的 71 无缝钢管内插于管棚焊接连 接。前端加工成锥形尖端并封闭，便于 管棚安设。管壁沿两条垂直直径布设四 排 8mm 对称溢浆孔，梅花形布设，孔 间距 50cm，每根管棚尾端 3m 设溢浆孔。 管棚施工顺序：按照先拱顶后两侧施 工顺序。施钻前按奇数和偶数划分孔号， 为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面 的成孔坍塌，钻孔间隔进行，先钻奇数 孔，后钻偶数孔。下管：在管棚孔成 孔后，一次下钢管并将钢管直接顶到开 挖轮廓线外，避免切割。施工时应将相 邻管的接头前后错开不小于 1m。管棚 内下入钢筋笼：钢筋笼采用三根 22mm 螺纹钢筋焊接而成。管棚注 浆：管棚注浆采用两台 ZJ/BP55 注浆机 注浆，浆液为普通硅酸盐水泥单液浆， 浆液扩散半径不小于 1m，管棚注浆顺 序遵循“先中间后两侧 ”、 “跳孔注浆”的原 则，以确保钻孔周围岩体与钢管周围空 隙充填饱满。注浆量控制：采用定压 控制，全孔一次性注浆封堵，注浆压力 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 达到设计终压 3.04.0MPa 并维持 10min 以上可结束该孔。当单孔注浆量 达到设计注浆量的 1.52 倍，压力仍然 不上升，可采取调整浆液配比缩短凝胶 时间或进行间歇注浆等措施使注浆压力 达到设计终压，结束该孔注浆。 4.7 隧道开挖 管棚施工完成，从隧道出口采用 三台阶法、分三次开挖，依次施作初期 支护、仰拱、二次衬砌。 初期支护参数：调强支护措施， 采用 I25b 工字钢代替22a 工字钢制作 钢架，间距 50cm。每开挖 2 个循环 施作一次超前小导管，拱部 120范围内 布设，若拱部有松散掉块现象，辅以注 浆。加强锁脚锚管施作的数量和质量， 中下台阶和钢架连接板处纵向连接筋间 距 50cm 并与钢架焊接牢固。二次衬 砌加强，采用双线明洞衬砌参数，调整 二衬混凝土厚度由 55cm 增为 80cm。 仰拱一次开挖长度不大于 4m，施作 2 循环仰拱，跟进一板二次衬砌，长度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 7m。隧道出口段开挖预留变形 50cm，根据监控量测数据，尽量少切割 管棚，贯通段适当调整预留变形量。 隧道开挖施工初期支护后，每 2m 布设 一组监控量测点，一组断面不少于 5 个 点。 5 洞顶塌穴处理 在洞顶地表化冻之前，对塌穴人 工配合机械回填打夯密实，填至原地面 后，铺设土工布、厚塑料薄膜，顺接两 侧原沟，防止雨水灌入塌穴。后期加强 后期地表观测，待塌陷稳定后，施作 M10 浆砌片石铺砌沟床。 6 施工工艺及注意事项 6.1 后退式注浆工艺 做好施工准备工作，合理组织 人力、机械设备和材料配置，施工作业 平台。施做止浆墙，按照设计要求施 工锚固措施，浇筑止浆墙。管棚钻机 钻设注浆孔，注浆孔布设要均匀，保证 浆液充分填充塌方体。对钻孔进行注 浆施工，按照设计注浆量及注浆压力控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 制注浆。注浆结束后，钻设注浆效果 检查孔，检查注浆效果。判定未达到注 浆效果，进行钻孔补注浆；达到注浆效 果即进行下一步管棚施工。按照设计 位置钻设管棚孔，施工超前大管棚，对 每一根管棚进行注浆。本循环施工结 束，进行隧道洞身开挖作业。 6.2 施工注意事项 为了保证松散体固结加固的效 果，止浆墙施工至关重要，应能满足注 浆压力要求。起到封堵的作用，防止浆 液溢流和塌体位移。做好钻孔过程的 地质分析、判断，并根据钻探地质情况 及时调整注浆参数，确保注浆质量。 由于岩层破碎，钻孔作业时，应控制好 钻机的打击力和扭矩及水压，如遇退管 困难的问题，应及时调整水压、扭矩， 减缓速度。注浆材料应满足要求，严 禁使用过期结块的水泥。浆液搅拌应均 匀，一般水泥浆搅拌时间为 35 分钟， 但不得超过 30 分钟。未搅拌均匀或沉 淀的浆液严禁使用。保持注浆管路畅 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 通，防止因管路堵塞而影响注浆结束标 准的判断。加强施工监测及时反馈注 浆施工期间结构变形情况以调整注浆参 数及工艺。为确保管棚管节顺利安装， 克服在顶管施工作业中送管难的情况发 生。按照大孔径的施工原则，选用 127 钻头和89 钻杆配套使用。一般 引导孔的孔径较管棚钢管外径大 1520mm，孔深较管长长 0.5 米以上。 7 施工监测 注浆过程中加强监控量测，确保 施工安全。 根据现场实际情况，在注浆施工 过程中需进行的监测项目主要有：隧道 拱顶下沉、水平收敛、止浆墙、初支结 构发生裂缝。 隧道施工完的衬砌表面各布一 组监测断面。隧道开挖施工初期支护 后，每 2m 布设一组监控量测点，一组 断面不少于 5 个点。每个断面设置拱 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 顶沉降测点 1 个，上中下台阶拱脚设 1 对收敛变形测点。量测频率为 1 次/6 小时，变化大时加强观测频率。 8 安全质量保证措施 做好钻孔过程的地质分析、判 断，并根据钻探地质情况及时调整注浆 段长和注浆参数，确保分段注浆质量。 注浆管路及连接件必须采用耐高压装 置，当压力上升时，要防止管路连接部 位爆裂伤人。注浆过程中，时刻注意 泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压 力突然下降，注浆压力长时间不上升， 应查明原因，如工作面漏浆，可采取封 堵措施。如跑浆可通过调换浆液、调整 浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大 泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注 浆，以达到控域注浆目的。孔口管要 安装固结牢固，施工期间严禁人员站在 其冲出方向前方，以防止孔口管冲出伤 人。 9 施工体会 经过对吉图珲客专后安山隧道 -精选财经经济类资料-