牛角湾隧道洞口坍塌处理.doc

牛角湾隧道洞口坍塌处理第38卷第ll期2012年4月山西建筑SHANXIARCHITECTUREV01.38No.1lApr.2012?199?文章编号:1009-6825(2012)11-0199-03牛角湾隧道洞口坍塌处理陈军(中铁隧道集团杭州分公司,浙江杭州310000)摘要:以炎汝高速牛角湾隧道出1:3洞口浅埋段坍塌事故为背景,全面分析了该隧道塌方形成的原因,提出针对性处理方案;并提出了在软弱围岩处,如何进行连拱隧道洞口施工,防止洞口塌方的各项预防和施工措施,对这次洞口塌方的经验进行了总结,为后续同类软弱围岩洞口施工提供指导.关键词:隧道工程,坍塌,成因分析,解决方案中图分类号:U457.2文献标识码:A1工程概况牛角湾隧道为一座分离式单洞隧道.隧道洞轴线走向方位角为194.,起讫里程桩号为YK49+750YK49+900,长150m,最大埋深42m,隧道净空:1O.25m5.0m,进口炎陵段洞口洞门形式采用削竹式,出口汝城端洞口采用偏压端墙式,自然通风.2工程地质隧道进口设在YK49+750处,位于山坡北侧凸形坡部位,地势南高北低,自然山坡坡向29.,坡脚度22.,隧道仰坡方为199.,洞口山坡坡体地层由表及里依次为表层残积坡积角砾土,泥盆系中统跳马涧组(D2t)强风化砂质页岩.根据钻探,物探和地表地质调查,洞口仰坡岩层多为残坡积层,成洞条件较差;对边坡稳定性不利,洞口削坡会产生边坡失稳现象及冲刷变形破坏.隧道出口拟设在YK49+9OO处,出口部位为较陡斜坡,自然坡向246.,坡角度32.,隧道仰坡方为193.,山坡坡体地层由表及里依次为角砾石和强风化砂质页岩,根据钻探,物探和地表地质调查,洞口仰坡岩层多为残坡积层和强风化层,成洞条件差,洞口上部强风化围岩厚度薄,且不稳定.隧道围岩分级分段情况及围岩性质见表1.裹1隧道围岩级别分段划分一览表里程桩号围岩级别长度工程地质条件拱部围岩为强风化砂质页岩及浅表层角YK49+750一V60砾土,围岩自稳能力差,拱部无支护时易YK49+810产生塌方,冒顶及掉块,侧壁容易失稳,降雨时孔隙水,裂隙水发育YX49+810岩性为强风化砂质页岩,岩体破碎.自稳YK49+844V34性差拱部围岩为强风化砂质页岩及浅表层角YK49+844一V56砾土,围岩自稳能力差,拱部无支护时易YK49+900产生塌方,冒顶及掉块,侧壁容易失稳,降雨时孔隙水,裂隙水发育3坍塌的发生根据该隧道现场的实际情况,先从进VI开始施工,进VI采用中导洞施工方法,进口施工一直比较正常,当施工到距离出洞还有21m时,停止进洞掌子面的开挖.进洞口中导坑侧壁坑洞长3m,二衬及时跟进,距离掌子面25in,做好监控量测,停止进洞的所用工作面施工.开始从出洞口施工,由于出洞口地质较差,截水沟在施工进口时,已经施工完毕,进行仰,边坡施工.出口洞口右侧边坡是流塑一软塑状亚粘土,用手可轻易揉捏,遇水膨胀,会产生很不稳定的状况.掘进非常仔细和缓慢.2010年6月5日晚上,在隧道开挖至YK49+894的时候,持续下了收稿日期:201201.11作者简介:陈军(1981一),男,助理工程师一晚上的暴雨,隧道洞口右侧仰,边坡出现了裂缝,长达18.9m,宽度从3cm15em不等,凌晨右侧边坡发生垮塌,垮塌的冲击力使出洞口的初衬钢拱架发生变形,开裂.洞口被坍塌土体基本封死,洞内也全部堆满了塌方体.4坍塌成因分析洞口边坡坍塌后,项目部组织了现场初步清理,采用彩条布覆盖坍塌的土方,特别是还比较陡峭的部位,防止再次发生坍塌,同时对坍塌的原因进行了分析:1)暴雨冲刷边,仰坡,降低边,仰坡的稳定性,导致边坡不稳定,是坍塌的直接原因;2)边,仰坡放坡系数较大;3)边,仰坡原始土体稳定性极差,特别是在雨水冲刷后,原始土遇水膨胀,形成流塑状,在重力作用下,向下滑坍;4)洞顶截水沟施工完后,由于受下面边,仰坡的影响,有局部拉裂的地方,下雨时,形成渗漏现象,使其失稳;5)出洞口仰,边坡由于坡体为流塑软塑状亚粘土,使得注浆效果不是很理想,导致边,仰坡在大雨后坍塌,进洞口被全部埋置,进洞6m的初期支护也全部报废.5洞口坍塌处理措施5.1先做好防,排水工作,重新施作截水沟坍塌后,原来洞顶上方的截水沟已部分毁坏,剩余部分也已经产生了大,小不一的开裂,再次下雨后,会产生新的坍塌,因此必须先重新施作洞顶截水沟,以防止地表水和雨水渗透使坍塌体再次产生失稳现象.施工如下:以前截水沟设计尺寸为6060.变更为808O.距离洞顶坍塌处5m外重新开挖截水沟,截水沟的坡度尽量放陡,以加速截水的容流量.避免暴雨时,截水沟里面水溢出水沟,冲刷边,仰坡.同时将截水沟和坍塌处之间5m的原始土层开挖一定的坡度,顺接至仰坡.进行喷射混凝土处理,防止5m之间的雨水进入边,仰坡,形成不稳定因素.5.2加固边坡,防止再次坍塌截水沟重新施工完毕后,进行边坡加固,防止再次坍塌.此次坍塌,主要是靠洞口右侧发生坍塌,同时拉动相邻的边,仰坡,导致其也发生了一定的坍塌和开裂.首先对边坡进行一定的加固,选择开裂但还没有坍塌的地方,进行重新加固,对已经坍塌的地方,全部覆盖上彩条布,覆盖双层.原设计边坡采用喷锚支护,喷混凝土厚度为12cm,内设dp22砂浆锚杆,长3.5m,间距1.2m1.2m呈梅花形布置以及钢筋网(25em25em).为了对边坡进行有效的加固,凡开裂处均采用小导管注浆处理,注浆时控制注浆压力和持压时间,同时控制注浆量.开裂比较严重处,在一定范围内,4,42按照梅花形布置,间距1nrl1m.并清理已经第38卷第11期?200?2012年4月山西建筑失去加固作用的钢筋网片和喷射混凝土,重新施工1O钢筋网片(20em20era),喷射10cm混凝土进行加固.开裂不是很严重的地方,沿开裂处两边各50cm外设置2小导管注浆处理,间距1.2m,长度4.5ra.如果只有细微裂缝处,采用水泥浆灌浆处理.如果细微裂缝面积过大,设置由22砂浆锚杆,长3.5m选择性的加固.边坡加固要进行全面性的排查,凡是开裂处均需要加固,对失去加固作用处,需要全部加强加固施工参数.5.3清除坍塌体,加固边坡对边坡加固处理完毕,洞口有了一定的稳定性,大大减小了坍塌体周边坍塌可能,开始着手清理坍塌体.坍塌体坍塌后,根据现场观察,均为土方堆积,其中含有小粒径砾石,雨水冲刷,浸泡或扰动后,可能还会产生坍塌.清理采用从上到下的清理方式进行:1)先进行洞口上方的仰坡清理.因为此次坍塌,使洞口右边边坡开始坍塌,带动洞口上方仰坡坍塌,拉裂其他相邻部位局部坍塌或开裂,从现场情况看,仰坡上方坍塌没有边坡坍塌严重,坍塌土方都堆积在洞口边,仰坡上堆积土方不多,可以采用机械刷坡后,人工修整的方式.首先根据现场情况,确定放坡率设计为1:2,以便提高边坡稳定性.原设计一级坡高8m,放缓坡率后,坡高依然8m,原三级坡调整为四级,第一级高4m,平台宽度不变,增加一级坡和放缓坡率后,洞口位置后退20m,因为坍塌导致仰坡边界线向洞内靠近了4m,所以洞口后退16m,在后期施工时,明洞考虑加长16m.仰坡机械修整时,对已经扰动的土方尽量挖出,仰坡和原地貌连接处,已施作截水沟并已喷射混凝土,人工可再次修整圆顺.仰坡施工修整一级,加固一级.加固设计参数为:采用小导管注浆处理,注浆小导管直径42,长度3.5m,间距1.2m1.2m呈梅花形布置,进行注浆,注浆材料采用1:1水泥砂浆,注浆压力为0.3MPa一0.5MPa,铺设8钢筋网(25cm25em).2)仰坡清理加固完毕后,进行垮塌的边坡清理.出洞口边坡清理,左侧主要为仰坡坍塌堆积体,进行机械清出,人工修整,在施工中,发生再次坍塌可能性比较小,比较容易清理.出洞口右侧坍塌比较严重,清理加固过程中,发生再次坍塌可能性比较大,根据现场情况,将洞口右边坡进行放坡清理,设计为两级,坡率1:2,平台4m,清理一级加固一级,加固参数为:采用小导管注浆处理,注浆小导管直径42,长度4.5m,间距1m1111呈梅花形布置,进行注浆,注浆材料采用1:1水泥砂浆,注浆压力为0.3MPa一0.5MPa,铺设由1O钢筋网(20cm20em).5.4延长明洞对仰,边坡进行清理和加固后,需要增加明洞16m.为保证隧道后期的运营安全,对于延长明洞的施工设计为:钢筋犯5l2(30cm25cm),混凝土厚度45cnl.清理完毕后,立即进行新延长明洞的施工,并且新延长的明洞应比原设计明洞早施工,明洞施工从洞口开始,明洞施工完毕后,在靠近右侧边坡处,进行碎石回填,以利于右侧边坡排水.新增明洞为后续洞内的施工和其他工序提供了安全保障.5.5洞内施工.1)洞内塌方体预加固处理.因为边坡挤压,洞内成型的初期支护已经完全破坏,靠洞右侧被挤压至洞内,左侧有部分还可以保留.为保证施工安全与施工质量,首先对塌方形成的掌子面进行封闭处理:利用4,42长5m的塌方掌子面全断面进行注浆加固,间距1.5m1.5m,梅花形布置,注入水泥一水玻璃浆液.同时对洞内四周进行径向注浆,采用4,42长4in的小导管注浆,间距1m1in,梅花形布置,注入水泥一水玻璃浆液.2)原初期支护的拆除.注浆完成后,对塌方到洞里的土方进行清理,对右侧侵限的初期支护的拱架和钢筋网先行切除,重新开挖立拱,进行初期支护.靠洞口左侧拱架和钢筋网还可以保留的部分,在切除右侧损害的部分后,进行重新焊并,在焊接处,插一根相同类型的钢拱架长约1m进行帮焊.3)塌方体开挖与支护.原初期支护的6rn重新完成后进行掌子面的开挖.开挖过程中为减小对周围围岩的扰动,采用半人工开挖.4)二衬的施作.除了前面所重做初期支护外,对原二衬加强.同时在该段二衬里面埋置一定数量的应变器,对该段隧道的结构层进行适时地监控.6结语在施工中,我们总结出,在以后隧道施工进洞时,针对软弱,浅埋,偏压地段,裂隙水发育的围岩,要注意以下几点:1)要避开雨季施工,防IE暴雨对边仰坡的冲刷和对围岩的破坏;2)做好边坡处理,隧道洞内施工前应对边坡地表的冲沟,陷穴,人工洞穴等及时进行回填处理,并应完善地表的排水系统.另外施工过程中对于地表出现的裂缝应及时进行灌浆处理,防止雨水顺着裂缝下渗;3)必须按要求进行地表监控量测,并与洞内初期支护收敛观测数据进行互相校核,以及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态,提供有关隧道施工的全面,系统信息资料,以便及时调整施工参数;4)隧道进洞前,先做好边仰坡的永久性防护.参考文献:1申玉生.熬弱围岩拱隧道设计施工关键技术研究D.成都:西南交通大学,2006.2朱汉华,杨建辉,王迎超.独立隧道,小净距隧道和连拱隧道结构受力独立性研究J.隧道建设,2007(12):70-71.3吴强,刘保国.富溪连拱隧道偏压段现场监控量洲分析J.隧道建设,20O6(5):21-22.4杨长京.浅埋土质软岩隧道洞口段施工技术J.隧道建设,2oo6(21):36-37.5张献伟.木寨岭隧道炭质板岩段大变形控制技术J.隧道建设,2010(3):43-44.6王维富.炭质板岩地层隧道施工要点及大变形防治措施J.隧道建设,2010(18):38-39.7李建军,蒋树屏,吴明生.坨家山隧道大塌方的管棚施工技术J.公路交通技术,2005(4):64-65.8J-rGD70-2004,公路隧道设计规程S.9姚振凯,黄运平,彭立敏.公路隧道工程技术M.北京:人民交通出版社,2010.10李宁军,曹文贵,刘生.隧道设计与施工百问M.北京:人民交通出版社,2009.11菅磊,盖英志.软弱围岩大断面海底隧道预留变形量设置及对钢拱架影响的探讨J.隧道建设,2008(13):86-87.12董淑练,黄明琦,丰传东.软弱地质条件下隧道开挖新方法探讨J.隧道建设,2OO9(32):7?10.第38卷第11期2012年4月山西建筑SHANXIARCHIIECIUREV01.38No.11Apr.2012?201?文章编号:10096825(2012)11-020102大跨度钢结构门式墩设计姚岚(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063)摘要:结合工程实例,介绍了四线铁路桥大跨度钢结构门式墩的设计方法,要点,以及优化设计计算过程,给出了钢结构帽梁检算结果,可为类似工程提供一定指导.关键词:钢结构帽梁,门式墩,结构设计中图分类号:TU3911工程概况某新建铁路特大桥,其四线部分的17号2l号墩位于站场咽喉区,为保障既有线运营,降低施工难度和安全风险,缩短工期.减少对既有铁路的运输干扰,其17号21号墩均采用钢结构门式墩,本文着重介绍其中柱间距最大的2l号门式墩的设计优化过程.1.1主要技术标准及依据1)线路标准:四线铁路,有砟轨道,客运专线,设计速度200km/h,平面线形为曲线,曲线半径R=l150m;2)设计荷载:ZK荷载;3)桥下净空:7.96m;4)地震:设计动峰值加速度值为0.1Og,地震动反应谱特征周期值为0.35s.1.2工程地质墩位处地层主要为灰色,褐灰色,灰黑色流塑状淤泥质土,粉质黏土,中部夹有粉砂,中砂,下伏基层为泥质砂岩,该地层作为本设计采用的持力层,桩基采用柱桩设计.2门式墩设计由于墩位处跨越四条铁路线,为尽可能减少对既有铁路的运输干扰,承台桩基顺跨越铁路线布置,最终门式墩的柱间距优化设计为26.4m,因柱间距较大,大跨度的门式墩常采用钢一混凝土混合结构,即帽梁为钢结构,立柱为钢筋混凝土结构J.立柱与钢帽梁刚性连接.2.1帽梁帽梁采用钢结构,横截面见图1,由顶板,底板,腹板,纵肋及横隔板组成.钢帽梁采用单箱三室截面,梁高,梁宽3.3m,梁全长32.1m.顶底板和腹板均采用Q345qd钢板,顶,底板厚36him,腹板厚28mm.钢帽梁顶,底板内侧焊有纵向加劲肋,两侧腹板内焊有水平加劲肋,帽梁内每隔2m左右设1道横隔板,并且在支座位置增设横隔板,横隔板既能保持箱梁的截面形状,文献标识码:A又能合理的将支点反力传给箱梁.纵肋和横隔板的设置可以加强帽梁的局部稳定性,纵肋采用”1”字形截面,截面内高度180nlni,厚18Into的钢板.钢帽梁断面见图l.2.2墩柱墩柱采用钢管混凝土,为36lnln厚配有纵肋,横隔板的Q345qd钢管,墩柱钢管内灌注C50微膨胀混凝土.纵肋采用”1”字形截面,横隔板采用环向加劲肋,其平均间距为1.5m.纵肋和横隔板不仅可以加强墩柱的局部稳定,还可以防止钢管在混凝土膨胀力作用下的胀鼓.墩柱断面见图2.109410001094:1828.2828f:口0图1钢帽梁断面圈(单位,”Inln)豳2墩柱断面圈3结构计算与优化1)边界条件的确定.本门式墩采用的是帽梁与墩柱刚接的计算模式,两立柱的边界条件是门式墩计算结果是否可靠的关键.该门式墩属于大跨径门式墩,设计中采用比拟杆件法来进行桩基础的刚度模拟,即根据等刚度的原则,先求出桩基础在单位力作用下的位移,再反算其刚度,将桩基用一端固结一端为弹簧支承的比拟杆件来替换.基础模拟完之后,得到了等效弹簧杆件的截面特性,对门式墩和桩基础进行整体建模来计算.计算软件采用平面有限元程序.2)制动力等面外荷载的考虑.采用平面有限元程序计算门式墩,面内效应:恒载,活载,温度应力,不均匀沉降等都能考虑进去,实际上门式墩还承受制动力,长钢轨纵向力,纵向地震力等面OntreatmentofcollapsesatNi