包兰线东岗镇隧道病害整治方案

包兰线东岗镇隧道病害整治方案

1地下水补径排严重,地包兰线东岗隧道建于1973年，全长k984.878.56-k985.555，全长575m。隧道位于兰州盆地东端边缘。顶部位于平坦的平台，最大埋深约55m。隧道入口段由砂岩和砂岩砾石岩组成。砂岩呈圆形，主要由粘土结合。局部呈现出水平层理。风化严重，砾岩风化严重，裂缝发育。这是i类围岩，通过曲墙的反弧衬砌而成。出口部分的层为灰色花岗岩，节理发育，风化严重。属于iii类围岩。使用直墙和非正转弧混凝土。隧道主要通过区域地下水补充主要是大气降水和表土流的入渗，表黄土结构缓慢，垂直裂缝发育，透水性强。隧道入口段岩性为第三系砂岩卵石岩，裂缝发育，透水性好，地下水活动强烈。隧道内壁和回波峰沼泽、拱不规则和水坑现象严重。1993年的电气化改造期间，由于隧道的不完全满足要求，采用了垂直隧道，拱被抛出。碎石路床改为混凝土宽枕头路床，双侧保温沟渠及盲道旁墙垂直沟渠。由于各种原因，沟渠排水不良。隧道地板部分翻泥，拱顶漏水严重。近年来，虽然进行了隧道疾病的修复，但效果甚微。目前，隧道进口段漏水严重，边墙素流混凝土层坠在，隧道地板存在污水转移现象，列车速度较慢。2隧道衬砌及地下水排放1)围岩中水中的SO−244-2、Cl-含量分别高达9.6～9.8g/L,6.8～6.9g/L,对隧道衬砌具有硫酸盐强腐蚀作用.2)由于地下水的侵蚀,衬砌深部出现一定范围的疏松区,导致隧道衬砌的有效厚度减小,混凝土强度降低,承载能力下降.3)从地质雷达探测及水的渗漏情况看,衬砌已经多处具有很多贯通内外的裂纹,形成了衬砌背后地下渗漏的良好通道.4)隧道仰拱已有多处破碎使地下水和红砂岩被侵蚀后形成红胶泥涌入道碴、道床中,导致翻浆冒泥,严重影响了行车安全.5)隧道顶地表面的桃园灌溉水和雨水从陷穴与表面渗入到黄土-卵石土-红砂岩中,不断地补给地下水.6)松散的卵石层进口处缓倾角的红砂岩和“X”节理的切割,形成了地下水富集和排泄通道.3复合式隧道见图2分析中采用结构力学方法,Ⅲ类围岩材料参数为:弹性模量为1500MPa,泊松比μ=0.30,重度=19kN/m3,粘聚力c=100kPa,内摩擦角=30°,弹性抗力系数为2×105kN/m2.衬砌混凝土材料参数为:泊松比μ=0.17,重度=20kN/m3,粘聚力c=4000kPa,内摩擦角=60°,计算荷载根据铁路隧道规范确定.根据东岗隧道的覆土深度,确定该隧道为深埋隧道,作用在结构上的竖向分布荷载为:q=0.41×1.79sγ=0.41×1.794×20.0=84.18kN/m2式中:s为围岩级别;γ为围岩重度.分布荷载为:e=0.17q=0.17×84.18=14.3kN/m2.由于地下水的腐蚀作用,隧道衬砌厚度减小,根据现场地质雷达检测结果,确定了一些较薄弱的横断面,例如K984+898横断面其衬砌横断面见图1,该横断面的各截面内力计算结果见表1.4潜孔排水室合水直墙体改施1)将隧道衬砌K984+878.56～K985+234.56段全部凿除,按电气化铁路隧道限界重新浇注衬砌,并采用模筑衬砌分两次施工.2)在大小避车(人)洞处,将既有尺寸扩大做潜孔排水室,在潜孔室内向下挖竖井通过横向洞与既有泄水洞连通,形成新的排水系统将水排走,潜孔室在线路两侧布置.潜孔排水室内设置潜孔.3)隧道直墙衬砌K985+234.56至出口段,有漏水处进行注浆封堵,并对侧沟清淤疏通.4)对隧道外上方附近地面天沟清淤疏通,山坡陷穴及裂隙填平夯实.并将山坡冲沟修建成排水沟一并引至排水沟排出.5次数后地面形成地表缺陷穴,形状由地面上升,在整治施工过程中,分别于2003年6月18日和7月16日发生了两次较大的塌方冒顶事故.第一次塌方范围15m,形成地表陷穴,直径达25m,陷穴最深部位10m,塌方量1700m3.第二次塌方长度14m,形成地表陷穴,直径达27m,陷穴最深部位7m,塌方量1500m3(见图2包兰线东岗镇隧道两次塌方冒顶纵断面示意图及掌子面封闭示意图).6初期支护失败1)在爆破原有衬砌时,没有打超前锚杆.2)施工时采用全断面一次爆破,导致结构整体失稳.3)爆破后没能及时施做初期支护,使岩层暴露时间过长.4)爆破超挖严重,隔栅拱架不能密贴于断面,不能起到支撑作用.5)刚开始有零星小块落石现象时,未能引起重视,没有及时采取有效措施.7采用坍塌处理方法和措施7.1表面处理塌方发生后,尽快将隧道上方塌方口及其附近土地全部征下,以防止当地果农再次往塌方口内浇水,然后用雨蓬遮盖塌方口,并做好周围的排水设施.7.2内部处理1处理方案的选择塌方体松散,不利清方,采用全断面超前小导管预注浆固结松散体后再进行开挖的方法通过该段.22坍塌处理措施(1)砂子砂胶扰施工由于东洞工序较多且复杂,为尽量减少干扰,施工时从西洞开始施工,在东面掌子面用编制袋装满土或砂子按坡度从下向上堆紧,喷射混凝土封闭,以保证安全见图2.(2)支护结构及施工方向首先对塌方处边拱采用超前小管棚支护(ϕ42,共顶间距10cm,边墙20cm,L=3.5,每排搭接长度1m,仰角15°),然后沿拱顶按仰角60°,环向间距30cm布设3.5m小导管(见图3),压注水泥—水玻璃双液浆将拱顶2m厚度范围、边墙50cm范围土体进行加固,使之形成拱壳,以承担顶部及周围土体的压力.开挖支护施工方向为由西向东,支护采用I16型钢拱架,间距2榀/m,拱脚增设两排锁脚锚杆(管)(见图4),第一排为锚杆(ϕ32,2根/拱脚,L=3.5m),第二排为锚管(ϕ42,2根/拱脚,L=3.5m),隔栅间设ϕ20纵向连接筋(间距50cm,内外两层梅花形布设)并压注水泥—水玻璃双液浆.由于塌穴还未得到有效控制,雨水大量侵入,为保证施工安全,在拱脚部位加卡口梁(I16工字钢,间距50cm).开挖分三步进行,第一步开挖上台阶,上台阶进5m后施工中台阶,最后施工下台阶,同时一衬及二衬紧跟施工.8施工中的实践1)东岗镇隧道始建于1956年,多年来屡遭渗水、冒浆等病害的侵蚀,严重影响了隧道围岩的结构稳定性,制约了交通运输及社会经济的发展.2)通过对包兰线东岗镇隧道病害的整治表明,围岩监控量测技术是对全断面隧道施工的先导技术,是现场生产和科学管理不可缺少的手段,通过及时的量测预报可以很好的避免塌方和人机事故的发生,经济效益显著.3)在隧道开挖施工中,要随时观察围岩变化情况.根据所揭示的围岩稳定情况制定合理的开挖支护方案.特别是在围岩软硬交替、有较大变化处更要小心谨慎,不可盲目追求施工进度而生硬采用既有的开挖方案.同时,要坚持“弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、早封闭”的原则,尽量避免不必要的塌方事故.4)制订塌方处理方案时,应先采取相应的措施阻止塌方体继续坍塌,应遵循“宁慢勿停”的原则,制订相应的安全保证措施.5)这次塌方处理非常成功,通过加强支护和衬砌结构措施,较稳妥、安全、顺利、快