上东山隧道进口坍方处理技术总结(李庆生审,可发表).doc

上东山隧道进口坍方处理施工技术总结尚友磊一、 工程概况1、上东山隧道工程概况上东山隧道为新建龙岩至厦门铁路的重点控制工程之一，全长4657米，起讫里程为DK13+005DK17+662，原设计隧道级围岩2874m，级围岩935m，级围岩270m，级围岩578m。该隧道于2007年10月16日开始进洞，于11月16日上导坑开挖进入级围岩DK13+065处，2008年1月13日该隧道上导坑掌子面里程为DK13+163（级围岩）；下导坑左侧开挖到DK13+125，下导坑右侧开挖到DK13+105; 仰拱及仰拱填充砼灌注至DK13+099；二衬砼施工到DK13+052。2、坍方段工程概况(1) 坍方段设计初期支护及二衬参数：DK13+065DK13+165原设计为级围岩（普通），要求其施工方法为短台阶法施工，25中空超前锚杆预支护，锚杆长度为4.5m，纵向间距3m一环布置，拱墙格栅钢架按纵向间距1.0m一榀布置，仰拱无钢架支护。拱墙、仰拱采用23cm厚C25喷射混凝土，8钢筋网(2020cm)，拱部25中空注浆锚杆，边墙22砂浆锚杆，锚杆长度均为3.5m，间距1m1m，梅花型布置。二次衬砌为40cm厚C30钢筋混凝土。见下图。(2)坍方过程：2008年1月13日22时30分放炮后掌子面里程为DK13+163，出碴完成后14日1时15分开始进行初期支护，架立格栅钢架， 3时12分正在进行锚杆钻孔作业时，隧道掌子面左侧出现少量围岩往外涌出，左侧的格栅钢架开始变形，初期支护表面开始掉快，于是迅速通知工人撤离现场。约两分钟后，掌子面左侧的土体先坍下来，随后大约10分钟内,坍方造成DK13+133DK13+163段拱部支护坍坍，DK13+133断面被坍方体封堵，并引起DK13+110DK13+132段左侧起拱线处初期支护开裂侵入二衬；坍方一直延伸到地表，形成冒顶坍方，在对应里程DK13+140DK13+160段左侧6.0m附近地表出现一个约60平方的坍坑，深约0.5-2米；在坍口周围出现许多宽度为130cm的裂缝，坍方高度约2535m，坍方数量约3000m3，造成两台喷浆机和一个隧道开挖台架被坍体掩埋，由于施工人员及时撤出掌子面，所幸没有造成人员伤亡。2008年1月15日下午14：25，在已经形成的坍坑的右侧（对应DK13+155左侧2.0m左右）又形成一个约25平方的坍坑，至此坍方体基本稳定。二、 坍方原因分析 经过现场的查看和分析，本次隧道坍方的原因主要有以下几点：1、施工单位未严格按施工规范和设计要求进行施工。(1)仰拱、二衬施工进度较慢，距离掌子面的距离超过了有关规定。(2)掌子面DK13+163处格栅钢架初期支护施工时间长达5个多小时，超过了围岩的自稳时间，致使围岩收敛得不到有效抑制。(3)对坍方段的地形、地貌的调查工作重视不够。从设计地形地貌图来看，坍方段DK13+110DK13+170地表覆盖层较薄，仅20米左右，山体等高线与隧道中线基本平行，见下图，属典型的偏压地段。施工单位未对图纸进行认真核对，找出施工控制的关键点。(4) 对施工现场出现的初支开裂、围岩变化等现象未引起重视，采取有效的处理措施。格栅拱架和围岩不紧贴，钢筋网片联接不到位等；初支背后有少量空洞；中空锚杆和超前小导管注浆效果不好。(5) 施工单位监控量测不到位。没有通过监控量测即时发现围岩和初期支护的变形超限。2、设计单位对围岩地质情况估计不足，初期支护偏弱。(1)从DK13+110DK13170段地形地貌看，该段属偏压地段。(2)虽然掌子面出露的岩层为级围岩，但拱顶离土石方分界线较近，再加上岩体松散、破碎，节理裂隙比较发育，上部岩层难以形成自然拱。3、监理单位没有针对隧道初支开裂情况，及时组织施工单位分析原因，并及时向建指等相关单位汇报施工现场中出现的问题。三、 坍方处理方案针对坍方的特点，决定采取分“四个部位，四个步骤”进行，即“地表坍坑周围及开裂处、坍方影响段、地表坍方口、坍方段处理”。具体措施如下：1、地表裂缝处理 用黏土堵塞裂缝，然后沿地势在坍坑周边5米外设置截水天沟（M10浆砌片石），防止雨水渗入裂缝及陷穴内。在地表裂缝处及坡面设地表监控量测点，监测地表裂缝的变化情况和地表下沉情况，并设置警戒线及标志，派专人看守，防止地面突然深陷引发的安全事故。 图一：地表开裂情况2、初期支护变形段（DK13+110DK13+133）的加固(1)回填DK13+105DK13+125左侧下导坑，以便防止左侧格栅钢架继续向外移动。(2)从DK13+110DK13+130施作型钢斜支撑，斜支撑顶部支撑在每榀格栅钢架左侧起拱线附近的初支开裂处。(3)在每榀格栅钢架之间分别立一榀内层型钢临时支撑，型钢临时支撑间距与原设计的格栅钢架的间距一致（100cm），型钢临时支撑与格栅钢架错开50cm左右。型钢钢架之间采用22的纵向连接钢筋，型钢钢架的底部采用槽钢做纵向连接。对型钢钢架临时支撑喷射5cm厚度的砼，保证型钢临时支撑与初支的密贴，见下图。图二：安设内支撑钢架此图不妥，人站在装载机的斗上操作是出过血的教训的，请换一张图。(4)然后对初支变形段，从DK13+110开始往DK13+133段拱墙部施作径向42小导管注浆，小导管长度为4.5m，间距按1.0m1.0m，梅花型布置。为了防止注浆压力过大而导致初支变形段的围岩内移，在注浆过程中要控制注浆的压力，注浆初始压力为0.3Mpa，最大注浆压力不得超过1.0Mpa。(5)在洞内坍体坡角处用砂袋堆码一道高11.5m高的防护围挡，防止坍体坡角向洞内溜滑移动，并采用C20模筑砼或喷射砼封闭掌子面，采用C20模筑砼或喷射砼，厚度20cm，并挂8钢筋网，钢筋网格间距2525cm。(6)封闭完掌子面后，施工DK13+098DK13+110段二衬砼，保证该段的稳定，防止坍方变形再继续发展。由于坍方影响段DK13+110DK13+133的初支侵入二衬，所以必须从DK13+110开始逐榀拆除格栅钢架，然后用I18型钢钢架进行抽换。对此段的衬砌进行加强，也为了与现场实际情况相符，按级围岩偏压进行施工，即18a型钢钢架间距80cm，C30钢筋砼二衬厚度为45cm。抽换必须逐榀进行，采用风镐人工凿除原有的喷射混凝土，拆除钢架及钢筋网，并扩挖达到设计断面尺寸，再初喷混凝土，安设钢筋网及钢架，复喷混凝至设计厚度。工艺流程如下：人工凿除喷射砼拆除钢架及钢筋网扩挖初喷砼安设钢架及钢筋网复喷砼至设计厚度抽换下一榀钢架抽换完成15m（DK13+110DK13+125）以后及时施工二衬砼，然后再进行DK13+125DK13+133段的格栅钢架抽换工作，工艺流程同上。在抽换的同时，必须加强隧道的监控量测工作，在DK13+110、DK13+120、DK13+130三个断面设置监控量测点。其中DK13+120的拱顶沉降曲线如下，沉降累计量回归曲线沉降速率回归曲线从上回归曲线可以看出，按逐榀抽换钢架的方案趋于安全，一般7天左右围岩的沉降速率即降为0，达到相对稳定的状态。3、坍方口的处理及时对地表坍口进行覆盖，防止雨水下渗，见下图。在洞内初支变形处理完以后，清刷陷坑周边的松动土体，并在坍穴内设置89注浆钢管（长度为15m）灌注水泥砂浆，然后再采用喷锚网封闭陷穴周壁，洞内坍方处理完后回填，回填分上下层，下层填土石，上层填粘土，要求高出原地表50cm，防止地表水侵入坍方段。并恢复地表植被。地表坍口覆盖坍口喷锚网封闭4、坍方段（DK13+133DK13+165）的处理(1)先施作超前支护。通过大量的实例证明，采用大管棚对此类松散体进行超前支护存在如下问题：，挑挖操作室再次扰动围岩；施工时间又太长，无法即时抑制围岩变形；效果并不是很理想，并且在管棚钻进过程中，极易造成坍孔或卡钻现象；，并且注浆固结围岩的效果也不好。故大管棚施工效果并不是很理想。而采用42的小导管顶推超前支护施工，即能解决这个问题，且注浆效果较好。所以上台阶采用42的小导管预注浆，即沿着衬砌外轮廓线外30cm打入长度5.0m的小导管，环向间距0.4m，每3.0m一环，小导管搭接长度不小于2.0m。工程实践证明，小导管前端需做成锥形，便于小导管顶推施工，同时小导管周身打10mm的注浆孔，便于浆液扩散，后部1m不打孔，作为预留止浆段，这样注浆效果会更好，见下图。施工完的超前注浆小导管(2)为确保安全，应在超前小导管所注浆液凝固后再进行开挖，一般在12小时左右。采用弧形导坑预留核心土法进行开挖，开挖高度为2.0m，开挖每一循环0.6m，然后立即施作20a型钢钢架，钢架间距60cm，型钢之间采用22纵向钢筋连接，如下图。(3)弧形导坑顶部2.0m高度完成支护后，再采用挖马口的方式，分别开挖左右侧剩余的拱部，然后立即将型钢钢架顺接下来，形成上导坑的整体型钢钢架。(4)最后挖核心土。核心土开挖完后设置临时仰拱，与初支钢拱架形成闭合环。临时仰拱采用I18工字钢，间距0.6m，加连接筋和钢筋网并喷射混凝土，如下图。(5)每施工12榀工字钢间距时,进行一次径向注浆,加固拱顶外岩层,形成受力拱,使地层尽快稳定。 具体支护参数为：拱部原设计径向中空锚杆改为42径向注浆小导管，长度4.0m，喷射砼厚度27cm，其余按原设计。(6)初支施工完成后，及时施工二衬钢筋砼， 二衬按照级偏压进行施工，即C30钢筋砼二衬厚度为55cm。四、 坍方处理效果采用以上方案处理，历时两个月(2008年1月18日至3月20日)，通过对坍方的监控量测，其拱顶下沉量和围岩收敛值均处于规范要求的级管理等级，处于安全可控的状态，坍方处理顺利完成，达到了预期的目的。五、 结束语通过对坍方原因的分析和坍方处理的过程控制，再结合本隧道的施工特点，在以后的隧道施工过程中，我们有以下建议：(1)在开工前要认真对设计图纸进行会审，找出隧道围岩的薄弱地段，如浅埋偏压段、是否存在断层带等，并与设计的支护参数对比，看这些是否采用相应的加强支护措施，若设计无，应及进向有关单位提出变更。(2)隧道施工中应加强监控量测