贵州桐梓县风沙垭隧道初期支护设计

贵州桐梓县风沙垭隧道初期支护设计

1隧道洞身、类围岩采用复合式衬砌法水暗洞图3凤雅隧道位于贵州省桐梓县。这是贵州省崇靖路（溪）遵义高速公路的一条特殊隧道，于2002年7月1日正式落成。该隧道设计速度60km/h,里程桩号为左线ZK44+770～ZK48+855,长4085m;右线为K44+750～K48+835,长4085m。凉风垭隧道北口端位于核桃园溪流不对称“V”型谷的谷坡地带。左右洞之间为稳定斜坡,左洞至谷底为不稳定自然斜坡。围岩为灰岩、粉砂质泥岩、砂岩等。硬质岩石～极软质岩石间互出现,岩石强度差异极大,微风化岩芯采取率31%～88%,RQD=27.90,新鲜岩石单轴饱和抗压强度RB=10.8～60.9MPa。岩体结构面主要有近南北向扭裂面(倾向260～270°,倾角陡直),近东西向扭裂面(倾向南,倾角陡直),岩层层面及软弱夹层等。结构体主要为块状、层状及层状裂隙结构等。凉风垭隧道南口端位于岩溶洼地底部边缘,围岩主要岩性为硬质岩石中至厚层燧石条带灰石,层间夹钙质页岩软弱夹层。新鲜岩石单轴饱和抗压强度RB=46.4～71.55MPa,中风化岩芯采取率70%,RQD=30,地层倾向80～160°,倾角20～27°,地层与隧道轴线夹角6～70°,岩体多为块状,局部为整体结构。凉风垭隧道地下水主要接受大气降水的渗入补给,其次为地表河流沿河床渗入补给和雨季地表散流经地表岩溶灌入补给。经检验,地下水水质对混凝土无分解性侵蚀,结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀。根据凉风垭隧道所处的工程地质条件,隧道暗洞洞身按新奥法设计,采用复合式衬砌,内轮廓采用曲墙半圆拱,曲墙半径为8.25m,拱半径5.25m,净高7.0m,净宽10.5m。凉风垭隧道的标准断面形式如图1所示。由于凉风垭隧道地质构造复杂,围岩整体性差,全隧道Ⅱ、Ⅲ类围岩达97.28%,为提高初期支护的效果,隧道Ⅱ、Ⅲ类围岩段初期支护中的锚杆均采用集钻进、注浆、锚固于一体的R25N迈式自钻式中空注浆锚杆。Ⅱ类围岩段辅以钢格栅拱作为初期支护的加劲措施,断层破碎带及洞口加强段以小导管预注浆作为超前预支护措施,并于初期支护中设型钢拱;二次衬砌采用混凝土或钢筋混凝土。凉风垭隧道洞身开挖,如岩层情况较差,采用正台阶法开挖;如岩层情况较好,则改用全断面开挖。正台阶开挖分为上台阶开挖、下台阶及仰拱开挖等工序;在正台阶法开挖过岩层较差段,且该段初期支护完成后,改用全断面开挖。凉风垭隧道施工方案图如图2所示。2拱部型钢拱喷射清洗初期支护后变形特点图32002年12月26日,凉风垭隧道内右线上半断面开挖至K44+876,下半断面开挖至K44+860处发生了塌方。造成右洞K44+820～+870段左侧边墙及左侧拱部型钢拱喷射砼初期支护出现大面积的净空收敛及拱顶下沉,形成了9道从左侧边墙到左侧拱腰的环向裂纹,特别是K44+835～+855段左侧边墙及左侧拱部型钢拱喷射砼初期支护变形较大,其中K44+844～+850段的左侧边墙及左侧拱部变形已侵占二次衬砌断面,同时,洞顶截水沟、洞顶坡面及原洞顶回填后的塌坑表面出现了沉降、开裂及隆起等现象。从监测情况来看(表1、表2),K44+850里程处净空收敛速率已远远超出暂行Ⅱ类围岩收敛速率警戒值3.5～4.9mm/d。3顶坡面为基岩结构透顶,k453+7132002年12月26日经现场勘查,分析该次塌方产生的原因如下。(1)地质条件极差,该段属薄至中厚层泥灰岩(表面有方解石晶体析出),薄层粉砂页岩,层面产状为倾向20～70°、倾角10～40°,左侧有一挤压破碎带,充填物破碎,节理裂隙发育,岩体破碎,有滑层产状,挤压破碎带上盘岩体破碎,易发生塌塌,围岩的自稳能力极差。(2)2002年9月29日,凉风垭隧道进口右线开挖至K44+838处发生了掌子面顶面覆盖层薄,不能承受上面土体的压力而造成的塌方。受K44+838处塌方的影响,塌方透顶处理后,山体应力发生了重组。(3)受F2断层影响洞顶坡面发生了滑移。从现场勘察情况及监控资料分析,认为本次塌方区属于小构造的集中地带,隧道其他地段变形监测值远小于塌方段,塌方的成因是小构造带发生了变形破坏造成。4压浆、锚杆、仰拱的施工根据塌方成因及公路隧道相关施工技术规范和现有隧道塌方的处治经验[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],对上述塌方制定了治理措施。根据塌方的成因及塌方现场情况来看,此处塌方处地质条件较为复杂,潜在危害大,且其距离K44+838塌方出不远,处理稍有不甚即会引起其他地段的塌方。为此,经过周密研究,制定了如下治理方案:(1)立即停止掌子面的开挖,并对掌子面进行10cm厚的C20喷射砼封闭,同时将左、右边墙脚型钢拱喷射砼初期支护施工至K44+870里程处,并对K44+850以后的变型严重的型钢拱喷射砼初期支护进行临时内支撑,采用ϕ150mm大钢管在起拱线上1m位置处,进行横向水平支撑。(2)与此同时,采用6m长的ϕ42mm小导管,按@40cm×40cm的间距,对K44+830～+876段初支背后岩体进行左半断面径向高压压浆固结(其压浆数量控制在设计压浆量的1.5～2倍,压浆压力控制在1.5～2MPa之间;其压浆顺序为从边墙脚到拱顶由下至上逐排压浆,从K44+850向K44+830及K44+876两端推进)。(3)采用长3.5m的ϕ22砂浆锚杆,按每榀型钢拱8根的数量,进行锁脚加固(其角度应垂直于初支面且略向下;其施工顺序应在压浆施工之后,并紧跟压浆施工)。对K44+850附近变形型钢拱喷射砼初期支护侵占二次衬砌断面里程,在其侵占范围内(其侵占范围应根据断面仪测量确定)采用长4m的ϕ22mm砂浆锚杆,按@40cm×40cm的间距,作为今后对侵占二次衬砌断面的变形型钢拱喷射砼初期支护拆除处理时的超前加固。(4)K44+835～+845段仰拱采用20b型钢拱C25砼施工,型钢拱间距为50cm,其纵向联结筋采用环向间距1m梅花形布置的双层ϕ22mm钢筋。K44+845～+860段仰拱采用20b型钢拱C25砼施工,型钢拱间距为80cm,其纵向联结筋采用环向间距1m的双层ϕ22mm钢筋。其仰拱型钢拱应与初支型钢拱一一对应,并连接紧密;其施工顺序应在ϕ22mm砂浆锚杆锁脚加固施工之后,并紧跟ϕ22mm砂浆锚杆锁脚加固施工。仰拱每次纵向开挖长度为10m,每段进行半幅施工,最先施工K44+840～+850段左半幅,然后施工右半幅,最后再向K44+835及K44+869两端分段分幅推进;在仰拱施工时,应焊接预埋长2m的二衬钢筋牛腿。K44+814～+835及K44+860～+876段仰拱是否增加型钢拱,根据实际情况再定。(5)K44+845～+860段二次衬砌按C25钢筋砼施工,型钢拱二次衬砌内缘设一层ϕ6.5钢筋网,其钢筋网间距为@15cm×15cm,以防止二次衬砌砼表面开裂。(6)二次衬砌的一般施工顺序应从K44+838～+860段开始,应先由里向外施做二衬。对K44+850附近变形型钢拱喷射砼初期支护侵占二次衬砌断面里程处,应跳过该处施工下一环二次衬砌,并继续向前施工二次衬砌。变形型钢拱喷射砼初期支护侵占二次衬砌断面的具体里程,通过断面仪确定。(7)待变形型钢拱喷射砼初期支护侵占二次衬砌断面里程的前、后两环二次衬砌砼强度达到设计强度后,立即对侵占二次衬砌断面的变形型钢拱喷射砼初期支护进行拆除处理,确保该段二次衬砌断面厚度不得小于设计厚度,拆除处理完毕后,立即进行该段的二次衬砌施工。(8)待上述施工完毕后,可恢复上、下半断面掌子面的开挖及初支,但开挖必须采用短进尺、弱爆破,上半断面每循环进尺不得超过1.5m,下半断面每循环进尺不得超过2.5m,以减少对围岩的扰动。(9)继续加强对隧道的监控量测(含洞内外变形沉降观测)。治理施工流程如图3所示。5历史文件抗压强度凉风垭隧道隧道两处塌方经过及时处治,均未出现塌方扩大的情况。塌方段目前均已经完成衬砌等工作,从监测情况来看,围岩变形稳定,说明处治是成功的。6工期地质工作(1)隧道工程是一项隐蔽性很强的工程,其内部地质构造受多方面因素影响,十分复杂。在设计阶段应加强对隧道的地质调查与勘探,这既可对以后的施工提供更为准确的地质资料,又可减少工程实施中产生的的大量变更。在施工阶段,应加强地质观察及监理量测工作,对隧道前方地质进行超前预报,充分贯彻“动态设计、信息施工”的思想。施工中还应注意总结经验教训,不断探索塌方、变形的地质条件,掌握其规律,把塌方隐患消灭在萌芽中。(2)塌方一旦发生就应该及时分析情况,