米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术.pdf

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米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术1 米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术2 米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术3 米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术4 米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术5
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———文章编号:10094539(2018)11006705・隧道/地下工程・米拉山隧道软弱围岩大变形施工防控技术张品米俊峰(中铁十二局集团第一工程有限公司陕西西安710000)摘要:米拉山特长隧道位于西藏高海拔高寒地区,空气稀薄、气压低、自然条件和地质条件恶劣,且面临着围岩变形失稳、突泥、涌水、施工通风等诸多工程技术难题,是国道318线林拉公路工程工布江达至墨竹工卡段改造的重点控制性工程;米拉山隧道在软岩大变形段施工中出现了坍塌、大变形、初支开裂、掌子面失稳等多种病害问题;结合工程实践,全面总结了针对这些病害的处理措施,在此基础上,从隧址区周边踏勘、加强超前地质预报、监控量测、增大预留变形量、初期支护设计、预控制掌子面变形坍塌、预控制中下台阶落底开挖变形坍塌、软弱围岩内支撑施工方法和地表加固等方面,系统提出了软弱围岩施工大变形预防控制措施,为类似工程的施工提供了经验。关键词:软弱围岩大变形坍塌措施防控中图分类号:U455.4文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009.4539.2018.11.018PreventionandControlTechnologyforLargeDeformationWhileConstructingMiraMountainTunnelwithWeakRockZhangPin,MiJunfeng(ChinaRailway12mBureauGroup”1Engineering’Co.Ltd.,XiallShaanxi710000,China)Abstract:TheMiramountainlongtunnelislocatedathighaltitudeandcoldareainTibet.Theairisthin,thepressureislow,thenaturalconditionsandgeologicalconditionsarebad,anditisfacedwithmanyengineeringtechnicalproblemssuchasdeformationandinstabilityofsurroundingrock,mudinrush,watergushingandconstructionventilation.Itisthekeycontrolprojectofthetransformationofthe318—LinzhiLasahighwayprojectfrom’GongbogyamdatoMaizhokunggar.IntheconstructionoftheMiramountaintunnel,manydiseasessuchascollapse,largedeformation,initialbranchcracking,andtheinstabilityofthetunnelfaceappearedinthelargedeformationsectionoftheweaksurroundingrock.Combinedwiththeengineeringpractice,themeasurestodealwiththesediseasesweresummarized.Onthisbasis,thepreventionandcontrolmeasuresforlargedeformationofsoftrockwereputforwardthroughreconnaissanceofthetunnelsite,strengtheningthegeologicalforecast,monitoringsurveying,increasingthereservationdeformation,designofprimarysupport,advancecontrolofdeformationoftunnelface,advancecontrolofdeformationandcollapseofmiddleandunderbenchexcavation,internalbracingconstructionmethodofsoftrock,surfacereinforcementandothermethods,whichcouldprovideexperiencefortheconstructionofsimilarprojects.Keywords:weakrock;largedeformation;collapse;measure;preventionandcontrol1引言软弱围岩大变形是隧道施工一个为工程界所——收稿日期:20180802基金项目:中铁十二局集团第一工程有限公司科技研发计划项目(公司科[2015]11号)作者简介:张品(1983一),男,高级工程师,长期从事隧道工程领域研究。关注的难题,关于软弱围岩地段的隧道施工技术,近年来,很多专家学者和一线施工技术人员开展了相关研究¨-6],总结提出了很多有效的预防控制措施,但由于工程所处环境的工程地质、水文地质条件差异以及施工过程中多变的不利因素,导致软岩大变形事故屡屡发生。软弱围岩强度低、自稳能力差,隧道开挖后地铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018111)研万方数据・隧道/地下工程・应力重新分布,使隧道周边产生较大的松动圈。一旦工程措施(包括设计措施)和施工方法不当,将极易发生初期支护变形侵限和隧道坍方等工程事‘“故"9J。因此,软弱围岩隧道施工的核心是控制”变形、防止坍方。本文以在建国道318线林芝至拉萨段公路改造工程米拉山隧道出口段软岩大变形段塌方施工为背景,介绍了软岩大变形的处理措施和防控技术。2米拉山隧道工程概况米拉山隧道左线长5727m,右线长5720m。隧道进15海拔4752m,出口海拔4774m,设置斜井1座,斜井水平长度1045m,纵坡10%,斜井井口海拔约4890m,其中YK4480+905~YK4479+914、ZK4479+907~ZK4479+860为高地应力软岩大变形段。隧道处于常年高寒缺氧地区,围岩以凝灰岩为主(凝灰岩系火山灰堆积形成,本身强度低、孔隙率大,具有一定的膨胀性);山顶有2条大的冲沟,在通过软岩破碎带时揭示地质围岩为全风化凝灰岩、遇水软化、显软塑性;地下水呈股状、淋雨状,易造成变形、坍塌等险情(山体富含地下水,开挖后水路重新分布。水的作用进一步降低凝灰岩强度,围岩从软塑状变成流塑状,同时由于设计支护参数刚度不足等因素综合影响)。见图1~图3。图1米拉山隧道洞顶冲沟图2米拉山隧道超前钻孔所取软岩芯样图3隧道软岩变形段典型地质在软岩隧道施工过程中,隧道洞身围岩大变形大致导致洞内外发生以下3种问题:(1)隧道正前方掌子面的纵向位移,掌子面围岩外鼓、坍塌破坏,见图4。图4掌子面围岩坍塌破坏(2)掌子面上方围岩下沉,浅埋段及洞身围岩为松散堆积体(无自稳能力)表现为地表下沉,严重情况导致初支及地表有裂缝出现,见图5。图5初支、地表裂缝铁道建筑技术(3)隧道洞身开挖支护完成以后,自稳能力较差,存在较大收敛变形,导致隧道初期支护受挤压变形,表现为拱顶下沉和边墙内移,喷砼混凝土开裂、崩落。3米拉山隧道软弱围岩大变形段施工处理措施根据米拉山隧道软岩大变形段施工中出现各种问题,针对实际情况采取了多种措施进行了处理,现总结如下:3.1掌子面拱顶或前方产生大塌穴当掌子面围岩破碎、突水,造成掌子面拱顶或前方产生大塌穴时,经观察坍塌基本稳定后,采取洞渣反压回填,在塌穴中上部预埋混凝土输送管,挂网喷射砼封闭掌子面后泵送混凝土回填塌穴,见图6。3.2掌子面掉块、垮塌掌子面围岩破碎、突水,造成掌子面掉块、垮塌时,如经观察判定垮塌现象持续发生,短时间无法稳定时,立即采取拉洞渣反压回填,挂网喷射砼封闭掌子面,在核心土及拱部打设超前注浆小导管,RAlLWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(11}万方数据・隧道/地下工程・进行注水泥、水玻璃双浆液加固,见图7。图6ZK4480+322段塌穴回填施工图7ZK4479+140垮塌处理塌方较大时,施作洞身大管棚通过塌方段,管棚下设套拱钢架支撑;在涌水量较大时或注浆压力过大时设置混凝土止浆墙,见图8。3.3中下台阶边墙侧向坍塌中下台阶落底时,地质较差以及涌水量大,导致中下台阶边墙侧向坍塌时,采取中、下台阶分别分两次开挖支护,采取微台阶开挖,减少一次施工台阶过高造成坍塌,见图9。图8混凝土图9ZK4480+326段止浆墙施工中台阶分次支护施工3.4初支日变形值不稳定(1)开挖支护后监控量测数据显示日变形值连续大于2cm且小于5cm时,开挖前根据围岩情况,—预留变形量放大4060em,拱墙打设注浆小导管、对初期支护背后径向注浆加固,尽量利用立拱架时间,边注浆边支护,见图10。成初支开裂、喷砼剥落时,采取洞渣反压回填、工字钢横向及扇形支撑、临时仰拱封闭,对已完初期支护进行径向小导管注浆加固处理。同时采取单根长6.0m的+76无缝钢花管作为大锁脚,每处拱脚4根,导管内“”满灌细石混凝土,钢管与钢架之间采用书22U形“”钢筋或锁脚环焊接牢靠。见图12~图13。图10ZK4480+314一+317段注浆施工图12左洞扇形、横向支撑施工图11ZK4480+623上台阶双层拱架施工图13米拉山隧道出口左洞大锁脚施工3.6下台阶落底后,围岩变形持续,且监控量测数据显示累计变形值超过10cm采用超短三台阶施工并预留核心土,每个台阶长度控制在4m以内,仰拱跟进至下台阶附近,及时施作仰拱封闭成环,防止变形加剧。3.7仰拱混凝土施工后,初期支护每天仍有较大变形仰拱混凝土施工后,初期支护每天仍有较大变形,为保证掌子面正常施工,采取措施:及时施作拱墙环向套拱及底部横向钢支撑防止初支侵限,每3(2)开挖支护后监控量测数据显示日变形值连榀套拱为一组,拱架间续大于5cm时,应及时调整加大预留变形量u引,注距80cm,套拱组与组间浆加固并加强初期支护刚度,拱架采用125型钢架,距120em,采用蝉2钢增加拱脚处扩大基础,增大钢板受力面积,减少初支花管对拱墙进行径向注变形,同时在拱架之间采用118型钢纵向连接,拱架形浆加固,二衬施工至附成整体受力结构,必要时采取上台阶设双层拱架(见图近时,逐榀拆除套拱。11),拱架内外层错开安设,单层拱架间距60cm。见图14。3.5初支开裂、喷砼剥落3.8初期支护侵限三台阶法落中、下台阶时,初支变形突然加大,造初期支护侵限,需换铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUC丁『ONTECHNOLOGY2018111}万方数据・隧道/地下工程・须进行初期支护封闭成环,确保仰拱及填充砼已施工完毕,侵限段初支背后围岩松散体采取径向注浆加固已基本稳定后方可开始换拱。换拱采用弱爆破结合破碎锤、风镐的开挖方式,逐榀进行换拱。见图15。图15出口左洞ZK4480+740段前后换拱处理4软弱围岩大变形施工控制措施4.1加强超前地质预报软弱围岩隧道施工时,要结合超前地质预报、TSP地质雷达检测、超前探孔、设计资料以及开挖后揭示的掌子面地质情况,经过详细对比分析,确定采取相对应的施工方案¨1。。4.2加强监控量测一般二次衬砌施作应在围岩和初期支护变形趋于稳定后进行,但软弱围岩初期支护变形扭曲后,采取注浆等措施加固,虽然不能完全抑制变形,但只要没有围岩的再次扰动,基本上可以杜绝塌方。对后续工序干扰、爆破等施工应加强监控量测频率,防止突变产生塌方,根据支护后的变形情况及时调整支护参数和预留沉降量,避免隧道净空不足而导致更换拱架或净空过大造成材料超耗。4.3增大预留变形量一般情况下,软弱围岩的预留变形量为30cm,而根据软弱围岩隧道变形收敛的监控数据情况分析,为防止隧道变形严重、未完成二次衬砌施作时已经严重侵限的情况发生,根据测量数据分析围岩收敛变形的变化规律,将预留变形量适当放大。4.4初期支护设计参数及施工“初期支护设计参数及施工工艺要采取宁强勿70铁道建筑技术弱、宁补勿拆、以抗为主,及时支护、及时量测、及时”Ⅳ修正的大变形控制原则。、V级软弱围岩小范围段落,变形控制采用超短三台阶施工,二次衬砌距掌子面距离严格控制在35m范围内;V级软弱围岩大范围分部段落,大变形控制采用三台阶加临时横撑法,根据围岩情况,将人员及机械设备一次性配备到位,分别采用上台阶加临时横撑与中台阶加临时横撑施工方法。4.5掌子面变形、坍塌预防控制措施(1)超前支护:包括超前管棚、超前注浆小导管、超前锚杆等。(2)超前预注浆:根据掌子面围岩情况,对核心土松散岩体进行超前预注浆加固,防止掌子面前方失稳。(3)喷射砼临时封闭掌子面,必要时掌子面采用打锚杆、挂网、喷砼的方式。(4)预留核心土:防止掌子面失稳、坍塌最简单最经济的措施。4.6中下台阶落底开挖变形、坍塌预防控制措施针对隧道软弱围岩施工采用短台阶开挖,上台阶开挖支护后,下道工序是中、下台阶落底开挖,该工序风险极大,上半部分基础悬空失去支撑很容易引起支护和围岩失稳坍塌。关键是在开挖前对已支护的钢拱架进行加固,拱脚垫实,以及对初支背后的松散围岩进行注浆固结加固,控制拱脚下沉速度。(1)锁脚锚管:主要传递上部初期支护的压力,应尽量沿拱脚径向、垂直方向设置,根据围岩情况适当增加打设锁脚锚管的根数及长度,若是围岩特别软弱,可采取潜孑L钻施作大锁脚(直径邶一89)并加长—锁脚长度(58m),进行注浆加固。(2)拱脚支垫牢固:严格杜绝钢拱架拱脚用虚渣支垫。首先要控制拱脚开挖,尽量控制超挖,若存在超挖现象,则采用槽钢以及方木或木板进行支垫密实。(3)扩大拱脚:通过扩大各台阶拱架基础,增大拱脚受力面积,控制各台阶落底时的下沉速度。(4)连接横梁:在距离钢拱架拱脚0.6~1.0m范围内采用118工字钢将初支钢架进行横向连接,增强初支钢架的整体结构。(5)径向注浆:通过注浆固结初支背后围岩,减小围岩对初期支护的压力,增加围岩自身的承载力。4.7软弱围岩采用内支撑法施工软弱围岩施工方案采用内支撑法时,如CD法、CRD法、双侧壁导坑法、三台阶临时横撑法等,能有RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018仃TJ万方数据・隧道/地下工程・效控制初期支护变形,但对工艺施作要求高,工效低、进度慢。4.8地表加固在隧道洞口浅埋偏压段的软弱围岩施工时,一般采取高压旋喷桩、钢管柱地表注浆、抗滑桩等地表加固处理。4.9隧址周边踏勘在隧道开始施工掘进之前,及时对隧址区周边环境进行现场勘查,清楚周边地质环境。了解隧道进、出15地质是否存在偏压或是松散堆积体;了解隧道洞顶范围是否有冲沟或偏压地质情况;了解隧址区周边1~2km范围内是否有水源(河流、湖泊、水库或是沼泽地),要掌握水位标高与隧道标高的相互关系等等。根据查勘情况,提前做好预防措施及相应施工方案。5结束语本文结合米拉山隧道软岩大变形段施工,对施工中出现掌子面拱顶或前方产生大塌穴、掌子面掉块或垮塌、初支1;I变形值不稳定、中下台阶边墙侧向坍塌、初支开裂、喷砼剥落和初期支护侵限等问题实施了针对性的处理措施,取得良好效果。同时,总结提出了软岩大变形隧道应从加强超前地质预报、加强监控量测、增大预留变形量、初期支护设计参数及施工、掌子面变形或坍塌、中下台阶落底开挖变形或坍塌、内支撑法施工、地表加固和隧址(上接第20页)参考文献[1]徐银光,蔡文锋.中低速磁浮交通工程建设核心技术—研究[J].铁道工程学报,2015(7):8287.[2]蔡文锋,颜华,杨平.中低速磁浮轨道系统特点及工程—适应性分析[J].铁道工程学报,2015(2):5459.[3]林国斌.连级三.德国、日本磁浮铁路系统发展近况—[J].学术动态报道,1996(4):1318.[4]魏庆朝,孔永健.磁悬浮铁路系统与技术[M].北京:—中国科学技术出版社,2003:8993.。[5]吴祥明.关于建立我国高速磁浮交通网络和磁浮工业—体系的思考[J].土木工程学报,2003(3):6469.[6]严陆光,武瑛.在我国发展城市磁浮交通系统的思考铁道建筑技术RAI吣AYcONSTRUcTloNTEcHNoLOGY区周边踏勘等方面进行防控,对软岩大变形隧道的施工有一定的参考价值!参考文献[1]赵铁山.软岩大变形隧道灾害预防和治理施工技术—[J].公路隧道,2014(2):5457.[2]代长礼,盛星,陈开周.软岩大变形隧道施工技术探讨—[J].建筑施工,2017,39(9):14231424.[3]高玉明.软弱破碎围岩卸荷特性与施工要点研究[J].—公路工程,2018,43(1):181185.[4]刘二明.泥灰岩隧道浅埋段下穿居民房屋施工技术研—究[J].铁道建筑技术,2016(3):3133.[5]李习平.凝灰岩地层大断面隧道围岩流变特性及变形控制技术研究[D].长沙:中南大学土木工程学院,—2013:2228.[6]薛兴伟.高地应力强膨胀性泥灰岩隧道多层拱架支护施工应用研究[J].铁道建筑技术,2017(8):77-79.[7]赵勇.隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D].—北京:北京交通大学,2012:4748.[8]吴广明.高地应力软岩大变形隧道施工技术[J].现代—隧道技术,2012,49(4):9498.[9]王志杰,许瑞宁,袁晔,等.高地应力条件下隧道施工—方法研究[J].铁道建筑,2015(9):5052.[10]戴永浩,陈卫忠,田洪铭,等.大梁隧道软岩大变形及其支护方案研究[J].岩石力学与工程学报,2015,34—(S2):41494156.[11]陈炳祥.长大隧道施工地质超前预测预报技术应用研—究[J].铁道工程学报,2004(2):5762.—[J].综合运输,2005(9):1822.[7]曾国保.中低速磁浮交通的适应性及工程化发展方向—[J].铁道工程学报,2016(10):111115.[8]陶兴,肖杰.中低速磁浮轨道梁刚度限值初探[J].中—国市政工程,2007(s2):6163.[9]梁潇.中低速磁浮交通轨道梁技术标准研究[J].交—通环保,2015(16):246247.[10]颜志华.中低速磁浮桥梁结构设计与试验研究[J].都—市快轨交通,2011(3):7073.[11]杨其振,刘道通,于春华.中低速磁浮交通轨道工程研—究与设计[J].铁道标准设计,2010(10):3539.[12]同济大学,北京控股磁悬浮技术发展有限公司.中低—速磁浮交通设计规范:CJJ/T2622017[s].北京:中—国建筑工业出版社,2017:2531.2018仃7J71万方数据
周大爷
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