礦山場區公路隧道工程施工塌方處理技術

陳磊 韓誼

1 工程概況

甕福磷礦二期接替項目公路隧道工程是一座雙向單洞隧道,隧道入口處于螞蟻墳地段,出口處為原廠地段。隧道全長近900 m左右,最大縱坡4%,隧道路面橫坡定為2%。本隧道按雙向二車道二級公路單洞隧道設計,隧道建筑限界按40 km/h行車速度確定。

隧道內輪廓采用三心圓形式。單洞建筑限界凈寬9.5 m、凈高5.0 m,行車道(含路緣帶)寬8.0 m,檢修道寬0.75 m。單洞凈空面積正常路拱段為56.16 m2,帶仰拱地段為69.56 m2。

在左右兩側檢修道及余寬下設置一個尺寸為50 cm×50 cm的電纜溝,路面兩側各設置直徑為20 cm的圓形開口型排水邊溝。

2 K0+462～K0+467段隧道塌方

2.1 塌方情況

2009年8月15日晚上19時25分左右,正準備對開挖的隧道及時進行支護時,在隧道K0+462～K0+464.5拱部左側突然出現大面積掉塊現象,并伴有少量滲水,隨后塌方土體數量逐漸增多。為確保施工人員及機械設備安全,項目部下令暫時全部撤出。至8月19日,該處塌渣封堵洞身約5 m(K0+462～K0+467),塌方量約300 m3;到 8月22日,塌方已形成隧道拱頂空洞高約7 m。現目前仍有小塊圍巖掉落,人員靠近后不時還可以清楚地聽到巖體坍塌滾動的聲音,但掌子面的塌方體已基本趨于穩定。

2.2 塌方段地質情況

根據現場勘察情況并結合設計圖紙來看,該塌方段處于F16斷層位置或位于其影響帶內。塌方處地表高程為1463.62,洞內設計高程為1346.52,其覆蓋層厚約為111 m。K0+462～K0+467段地質構造:圍巖巖性為深黃色泥質巖和少許泥頁巖互成,結構面凹凸不平,整體性差;顏色多為深黃色、黃色、深灰色;隧道內偶有滴水,巖層風化快,一般裸露巖層遇水用手捏即碎;錘擊聲啞,無回彈,有較深凹痕,浸水后可捏成團;圍巖自穩能力差,呈整體破碎,裂狀、松散結構;塌方后巖石呈黑褐色,圍巖走向無規律。本段整個地質情況通過實際觀察描述和綜合數據測試,指標計算:圍巖基本質量指標BQ=204.5,原圍巖基本質量指標BQ≤250屬Ⅴ級圍巖,現隧道塌方屬于特殊圍巖地段。

3 K0+462～K0+467段塌方處理技術

1)搭建超前鉆桿施工作業平臺。采用挖機和裝載機首先將塌方體自然坡線外的石渣及淤泥全部清除。將原有的工字鋼、鋼格柵施工作業平臺移至近K0+462掌子面,用架管、竹架板或木板、鐵絲等材料搭建安全操作施工平臺。

2)施作超前鉆桿。先采用鉆爆用φ 40 mm鉆頭、φ 25 mm鉆桿、鉆桿單根長6 m,在K0+462.00樁號(原已支護)Ⅰ18工字鋼拱架內弧120°范圍內,環向間距 30 mm～50 mm,一次性鉆入塌方體內,不再取出,使已塌方體圍巖在開挖施作時形成超前錨桿作用,為下道施工超前潛孔鉆桿平臺增強圍巖的自穩能力。

3)超前潛孔鉆桿管棚施工準備。將超前鉆桿施工作業平臺后移,把塌方體靠洞口側修坡,修坡坡比為1∶1,以便履帶行走式潛孔鉆車通行作業,修坡時要避免對垮塌體造成較大的擾動,其高度及具體位置以安全、方便操作施工為宜。

為確保施工人員的安全和塌方體的穩固,將在K0+461.00樁號Ⅰ18工字鋼拱架內弧 120°范圍內、K0+464.50左側樁號Ⅰ18工字鋼拱架內弧60°范圍內將已支護好的鋼支撐采用人工將噴混凝土層在拱腹內按30 cm～50 cm左右環向間距間隔鑿除,露出鋼支撐。在鋼支撐腹部環向間距間30 cm～50 cm打孔(具體位置根據實際來定),孔徑80 mm,然后將潛孔鉆鉆機就位。

4)施作超前潛孔鉆桿管棚。因考慮采用鋼花管作管棚成孔較為困難且鋼管難以頂入。現直接采用KT315履帶行走式潛孔鉆在K0+461.00Ⅰ18工字鋼拱架內弧120°范圍內、K0+464.50樁號左側Ⅰ18工字鋼拱架內弧60°范圍內處進行鉆孔,使用φ 75 mm鉆頭、φ 70 mm沖擊器、直徑 50 mm 潛孔鉆桿、單根長1.00 m、環向間距30 cm～50 cm,潛孔鉆鉆桿作為管棚,K0+461.00樁號Ⅰ18工字鋼拱架內弧120°范圍內處孔深10.00 m～14.00 m,K0+464.50左側樁號Ⅰ18工字鋼拱架內弧60°范圍內處孔深5.00 m,即將潛孔鉆桿一次性鉆入,不再取出,按同樣的方式進入下一鉆孔施工。鉆桿從鑿除噴混凝土層的鋼支撐腹部鉆入,并貫穿塌方段伸入掌子面穩定巖層。施工時要對每個鉆孔進行編號,并記錄下每孔實際孔深等相關內容。

采用水泥漿進行注漿,注漿以充分灌滿φ 50 mm潛孔鉆桿為宜,通過每一孔潛孔鉆內注漿,提高管棚自身強度,從而形成具有一定承載能力的管棚拱圈。

5)安裝鋼拱架及相應支護。待超前潛孔鉆桿管棚施工完畢后,盡量進行塌方體的周邊土清運,一次清理長度50 cm～80 cm,清運寬度、高度以方便安裝鋼拱架為宜,但要始終留有核心土,以免造成掌子面再次塌方。在塌方體清運過程中,遇掌子面巖體有較大垮塌時,應立即停止施工,待巖體穩定后方可再施工,如果隧道拱部管棚支撐無效,應停止施工,待制定其他施工措施后,方可實施。然后直抵已清理出露的掌子面,采用S5斷面形式安裝Ⅰ18鋼拱架,支護間距40 cm～50 cm,鋼拱架間用φ 22鋼筋縱向連接,環向間距100 cm,鋼拱架背面用φ 22@20 cm×20 cm鋼筋焊接加固網片,鎖腳鉆(錨)桿每榀工字鋼上打4根φ 25 mm鉆桿、φ 42 mm鉆頭、單根長6 m,一次性鉆入塌方體基巖內,不再取出。隨即將鋼支護體噴射24 cm厚C20混凝土,待每安一榀鋼支撐即時素噴10 cm厚C20混凝土封閉一次掌子面。

6)塌方體內埋管注漿固結。采用φ 65 mm鉆頭、φ 25鉆桿鉆孔,埋直徑50 mm、長0.50 m～2.50 m不等的注漿鋼管,水泥+水玻璃漿液進行注漿(注漿參數參照“貴州甕福磷礦穿巖洞隧道圖號SQ-6-1和監理工作聯系回復單,編號:益設甕(隧)復字第001號”執行)。使鋼管所伸入的范圍內通過注漿,組成一個固結的灌漿層;漿液在塌方松散土體內無規則的穿透,使得松散體產生膠結,從而達到堵死塌孔其上、下一定范圍的塌體得到固結,從根本上達到控制塌方的擴展,這樣注漿也提高了其整體承載強度,并與初期支護共同在一定范圍內形成一個強大的支撐拱,有利于人身安全及塌方搶險順利完成。

7)超前小導管和超前錨桿的施工。待鋼支撐支護3 m～4 m后,即K0+465～K0+466樁號左右,采取增打超前小導管并注漿。錨桿主要布置在隧道左右側邊墻非塌方部位。打超前小導管和超前錨桿主要以增強隧道拱部圍巖自穩能力。超前小導管和超前錨桿施工按照“貴州甕福磷礦穿巖洞隧道圖號SQ-6-1及SQ-6-2”執行。

8)塌方段塌穴回填注漿。待塌方處理施工進行至第3～4循環工序完成后,就開始進行已支護塌方段塌穴拱頂采用打孔或預埋直徑50 mm、長0.50 m～2.50 m不等的注漿鋼管,塌方段拱頂按梅花形布置間距1.50 m,并及時回填注漿直至完全通過塌方段為止。

4 結語

本文主要介紹了甕福磷礦二期接替項目公路隧道工程K0+462～K0+467段塌方處理技術,主要包括超前潛孔鉆桿配合管棚和鋼拱架、超前小導管和超前錨桿以及埋管注漿回填。該技術雖然工序繁雜,但對塌方段的處理行之有效,可為類似工程提供技術支持。

[1]宋斯卓.兩河口隧道K8+690～K8+700段塌方處理措施[J].四川水力發電,2009,28(5):41-43.

[2]潘慶華.深圳市福龍路白石嶺隧道塌方處理技術措施[J].西部探礦工程,2009,21(5):142-144.

[3]鄧顯平.淺談某高速公路隧道軟弱圍巖段塌方原因及處理[J].公路交通科技(技術版),2009,5(1):7-8.

[4]謝士宏,韓玉芳.布隴箐隧道塌方綜合處理施工技術[J].蘭州工業高等專科學校學報,2008,15(4):41-44.

[5]楊冬梅,張 朋.云霧山隧道淺埋巖溶段突泥塌方災害快速治理方法研究[J].西部探礦工程,2008,20(10):192-194.