隧道穿越滑坡堆積體施工技術論文
1工程概況
深圳市地鐵5#線建設平南鐵路改線工程龍華隧道全長806m,里程為DK15+100~DK15+906,屬于一級電氣化雙線鐵路隧道,最大開挖寬度13.56m,高度12.96m,斷面方145.61m2。全隧均位于曲線上,線路平面上隧道呈中間小、兩頭大,標段范圍內從0.4m加寬斷面逐漸變化到1.6m加寬斷面,變化值從1.0m~0.4m~1.2m~1.6m共計4個變化段。采用新奧法施工,光面爆破,鋼架錨噴支護,復合式襯砌。中鐵十局負責施工的第3標段暗挖長度500m,其中Ⅴ、Ⅵ級圍巖段長355m,占全長的71%,是工程的難點、重點所在,尤其是DK15+745~+800段的滑坡堆積體。
2滑坡堆積體現狀
2.1工程水文地質特征
DK15+745~+800段原為山谷,2005年暴雨將四周山體的殘坡積層沖集此處。隧道頂板厚3.5~11.0m,邊墻底以上主要由坍滑體的含礫粉質粘土及全風化花崗巖組成,松散,飽和,呈軟泥狀,地表已作植草及排水處理。地下水主要為基巖裂隙水,滲透及富水性較好,雨季時降水即刻滲透到隧道內,水量極大。隧道邊墻底部以下為中~弱風化的花崗巖,施工時需進行爆破處理。
2.2設計開挖初支
2.2.1滑坡體處理加固①DK15+740~+810線路左側抗滑樁:距線路左中線13m處布置一排11根2×2.25人工挖孔鋼筋混凝土抗滑樁,深23m,樁間距3.0m。②DK15+750~+800段地表袖閥管注漿:隧道中線左右10m范圍,鉆設¢110cm孔,¢50袖閥管注漿,2×2.0m間距梅花形布置,入弱風化巖2m以上。
2.2.2超前支護DK15+800~+770洞口段拱部1500范圍¢108×6mm長管棚,環向間距40cm;DK15+770~+745洞身段拱部1500范圍¢89×5mm長管棚,每次打設10m,縱向間距7m,搭接3m,環向間距40cm;均注1:1水泥漿液。
2.2.3初支體系本段為Ⅵ級圍巖,采用I20a鋼架,@50cm;¢8單層鋼筋網,@20×20cm;拱部¢22組合中空注漿錨桿,邊墻¢22砂漿錨桿,L=3.5m,縱環間距100×100cm;¢22縱向連接筋,@100cm;全環噴射C25混凝土27cm厚。
2.2.4施工方法采用CD工法,分為上、中、下3臺階;中隔壁上部采用¢22超前砂漿錨桿,L=4.5m;架立I18臨時鋼架,@60cm;側壁上、中部采用¢22砂漿錨桿,L=2.5m,縱環間距100×120cm;¢22縱向連接筋,@100cm;噴射C20混凝土15cm厚。臨時仰拱采用噴射C20素混凝土10cm厚;上、中部每側拱腳打設1根¢42×3.5注漿小導管鎖腳,L=4.0m。
3施工方案
在按原設計完成地表抗滑樁、袖閥管注漿、洞口段拱部的超前大管棚支護后,于2009年2月15日采用CD法進洞暗挖施工,在完成前幾榀初支鋼架后發現下沉嚴重、迅速(施工時預留30cm的沉降量,噴射混凝土封閉后1d~2d就下沉了5cm~10cm),底部臨時封閉的10cm厚C25噴射混凝土仰拱翹殼、開裂,但洞身初支結構未見任何異常開裂變形,監控量測數據也表明下沉大但收斂位移穩定。發生此種情況后,現場立即在拱部(1200范圍)增設臨時仰拱(I20a鋼架+噴射27cm厚C25混凝土)及中部臨時豎撐(I20a工字鋼),通過采取上述的措施,仰拱整體已閉合段下沉、收斂均穩定無異常。經過設計單位現場踏勘后,擬將開挖方法變更為CRD法施工。
4優化的CRD法
采用四臺階法開挖,拱部預留大核心環形槽挖,臨時仰拱增設I20a鋼架噴射27cm厚C25混凝土,中部采用I20a工字鋼臨時豎撐,整體閉合、步步為營施工,具體施工措施如下。
4.1滑坡體處理加固
抗滑樁已按設計施做完畢,入微風化巖均在6m以上;袖閥管注漿也已按設計完成。
4.2超前支護
DK15+800~+770洞口段拱部1500范圍¢108×6mm長管棚已按設計施做完畢,必要時局部補充¢42×3.5mm超前小導管。DK15+770~+740洞身段拱部1500范圍¢89×5mm長管棚擬按設計施做,若現場操作困難,則改為雙排¢42×3.5mm超前注漿小導管,層距15cm~20cm,梅花形間隔布置,環向間距30cm,L=3.0m,縱向搭接1.5m。
4.3初支體系
采用I20a鋼架,@50cm;¢8單層鋼筋網,@20×20cm;¢22縱向連接筋,@100cm;全環噴射C25混凝土27cm厚。由于本段埋深淺,土質松軟,打設錨桿時的擾動經常造成局部的掉塊、坍塌,加上預留大核心土后打設錨桿極其困難,因此取消了原設計的拱部¢22組合中空注漿錨桿。在鋼架每側拱腳打設6根¢42×3.5mm注漿小導管鎖腳,L=4.0m,環向間距100cm,鋼架左右各布置3根。邊墻采用原設計¢22砂漿錨桿,L=3.5m,縱環間距100×100cm。
4.4施工方法
第一臺階采用預留大核心土環形槽挖法,高度范圍為拱部1200,至起拱線;第二臺階至起拱線下1m,高度3.5m,采用左右錯開半邊開挖;第三臺階至邊墻底,高度3.5m,采用左右錯開半邊開挖;第四臺階為仰拱,整體開挖閉合施工。縱向每臺階長度控制在6m~8m,第一臺階每次開挖一榀鋼架長度;第二、三臺階每次開挖1~2榀鋼架長度,左右錯開5m以上;仰拱每次開挖2m~3m。
4.5臨時支護措施
①臨時仰拱:第一臺階增設I20a鋼架(@50cm)+噴射27cm厚C25混凝土;¢22縱向連接筋,@100cm。②中隔壁臨時支撐:第一臺階增設I20a臨時豎撐,@50cm,¢22縱向連接筋,@100cm。若拱頂下沉較大時噴射27cm厚C25混凝土包裹封閉。③大核心土臨時支護:由于第二、三臺階的基底為原巖(強風化~微風化花崗巖),所以未設置臨時仰拱及中隔壁臨時支撐。改為保留“八字形”大核心土,兩側采用導坑形式開挖,核心土側掛¢8單層鋼筋網,@20×20cm,噴射10cm厚C20混凝土支護。4.6施工步驟第一臺階預留大核心土環形槽挖法,每次開挖一榀鋼架,超前5m→第一臺階臨時仰拱閉合,中隔壁臨時支撐架設→第二臺階左右錯開5m槽挖、初支→大核心土臨時支護→第三臺階左右錯開5m槽挖、初支→大核心土臨時支護→第四臺階仰拱整體閉合(包括仰拱二襯及填充)→每閉合2個循環的仰拱拆除1個循環的臨時支撐。
5施工技術措施
①測量:開挖半徑(以R1為例)=6.95m,視現場地質實際情況,高程整體抬高20cm~40cm,確保預留沉降量,滿足二襯②¢42×3.5mm超前小導管根據現場圍巖情況確定施工與否,施工時注漿必須飽滿,開挖長度不能超出小導管的搭接范圍。③上部核心土預留長度、寬度以現場立拱、錨桿、噴射混凝土方便操作為宜,并且要注意核心土的坡度,防止坍塌。④孤石爆破作業必須采用淺孔預裂爆破,應盡量控制藥量,避免放大炮,減少對圍巖的擾動,嚴格控制超挖,杜絕欠挖。⑤鋼架橫向應與隧道縱向垂直,中線與隧道中線重合。連接螺栓應緊固,不管螺栓連接與否均要焊接連接板,縱向連接筋與拱架焊接牢實,鋼架腳用方木或木板墊平墊穩,楔子打緊,使鋼架頂緊巖面,拱腳處回填洞碴,方便下部連接。⑥錨桿鉆孔應垂直于巖面,保證深度,插入桿體前應將孔內雜質吹洗干凈,注漿飽滿,與鋼架焊接牢固,桿體外露不大于10cm。除邊墻外必須采用注漿泵施工。⑦鋼筋網綁扎、點焊牢固,以噴射時不晃動為原則,并且應預留下次的搭接長度。⑧鎖腳錨管一定要保證其數量、質量。注漿禁止采用藥卷錨固劑,必須使用氣動吹風泵或電動注漿泵,以保證其關鍵的作用。⑨噴射混凝土要求采用濕噴工藝。施工時嚴格配合比,注意調整風、水壓力和噴射角度、距離,減少回彈量。噴射時巖面不得有松土虛碴和雜物,風化巖面不得用水沖洗,只能用高壓風吹掃干凈。噴射面要平整、不得成波浪形,厚度保證27cm。每循環噴射前必須將上循環鋼架背后空洞噴射滿,必要時預留注漿導管回填注漿。⑩量測樁點要妥善保護,加強量測工作,指導和修正施工支護參數。當洞內變形量較大時,應根據反饋信息及時施做仰拱及填充,甚至二次襯砌。
6施工安全措施
①進入工作面人員首先檢查工作面情況,特別是拱頂、兩幫、掌子面有無松動巖塊、裂紋等安全隱患,如有,必須立即處理。開挖時注意落石、掉塊,防止事故發生。②打錨桿和環形開挖在斜坡上作業,注意檢查支腿的穩定性,防止跌落傷人,同時注意釬子或錨桿滑落傷人。③鋼架笨重,安裝時要有專人指揮,大家齊心協力不得各行其事,架立好后要支撐牢固,防止傾倒,縱向連接筋隨立拱同時就要安裝好。④噴射作業人員要戴好防護用品,防止高壓風、水、石料傷人。⑤隧道內多工序多工種平行作業,相隔距離較近,互有干擾,噪音大,任何工作人員都得注意周圍工作環境,在保護自己的同時還要保護別人。⑥施工開挖要以上部為主,大家相互配合,在保證安全的條件下保證質量和進度。
7施工體會
7.1地表水的防滲處理
滑塌體主要由礫粉質粘土及全風化花崗巖組成,松散,飽和,呈軟泥狀,隧道本身處于溝谷地處,降雨時水流即刻滲入洞內。針對這種情況,在隧道地表鋪設了一層防水板,并在防水板上覆蓋泥土,根據地形修建了環形的排水溝。雨天時,專人排引水流,以防滲入洞內。
7.2地表袖閥管注漿的作用
本段隧道地表設有¢50袖閥管注漿,2m×2.0m間距梅花形布置,范圍為隧道兩側10m,加固至底部弱風化巖上,注漿壓力為1.5MPa~2.0MPa。從隧道開挖效果來看很不理想,未達到改善圍巖物理力學性能的目的,反而由于施鉆的施工用水進一步增加了圍巖的含水量。在這類滑塌體的地層注漿加固,采用粉噴樁的效果可能會更好,但會增加工程造價。
7.3拱部系統錨桿的作用
原設計隧道拱部采用¢22組合中空注漿錨桿,L=3.5m,縱環間距100×100cm。由于拱部圍巖均為松散、塑泥狀的.滑塌體,埋深也淺;錨桿根本起不到任何的錨固作用。反而打設錨桿時的擾動經常造成局部的掉塊及坍塌,影響施工安全。國內也有很多已建成的類似淺埋隧道未設置拱部系統錨桿,比如深圳市龍崗區南通道的蛇嶺隧道。
7.4預留沉降量的控制
根據施工現場的監控量測反映,第一臺階仰拱未閉合前下沉8cm~10cm;臨時仰拱施做后下沉5cm左右;第二臺階開挖下沉5cm左右;第三臺階下沉2cm左右;仰拱閉合后拆除臨時支撐下沉2cm左右;總下沉量在30cm左右,下沉主要是在第一臺階,原因是鋼架基底未能達到承載力要求。根據各段的實際地質情況,在架立第一臺階(拱部)的鋼架時整體提高20cm~40cm,已確保二襯凈空厚度。按照鐵路隧道監控量測的規定,隧道拱頂下沉的預警值是3cm,本段遠遠超出此限值,為此監理等部門經常就此事發整改通知甚至要求停工。
8結束語
綜上所述,通過對龍華隧道出口滑坡段的地質及穩定性分析、隧道與滑坡體的位置關系分析,滑坡體沒有位移,圍巖變形較小,量測數據在設計及規范要求范圍以內。表明了上述施工方案切實可行,從而保證了該隧道安全、順利地穿越滑坡堆積體。
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