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软弱围岩隧道施工体会及漏顶的处理技术
作者：严全永
来源：《中国新技术新产品》2010年第13期
摘要:在隧道施工中,常规地质条件技术的研究和开发对于较好围岩已设计了标准支护型式,而对围岩强度比较小的低强度围岩的标准支护型式还是需要进一步研究的课题。本文以汪家冲隧道为例,介绍了隧道的浅埋偏压段围岩自稳能力较差,容易出现漏顶现象,对施工中可能出现的漏顶的处理技术进行了深入的研究。
关键词:软弱围岩;隧道;汪家冲隧道;漏顶处理
1 在隧道施工中,常规地质条件技术的研究和开发
对于较好围岩已设计了标准支护型式,而对围岩强度比较小的低强度围岩的标准支护型式还是需要进一步研究的课题,因此在软弱围岩隧道施工中,应该研究围岩条件的影响,事前要全部掌握必要的围岩条件,研究出新的施工技术,使其适应各种围岩施工条件,并研究其适用性和通用性。
汪家冲隧道位于安徽省岳西(黄尾)至潜山段高速公路段上,岳西(黄尾)至潜山段高速公路是国家重点公路规划中的济南——广州公路的一段,起点接拟建的六安至黄尾高速公路,终点于潜山县王河镇接合界高速公路,路线全长约77.953公里。
新奥法开挖技术在隧道施工中比较常用,它是采用控制爆破、锚喷支护和施工监测等重要技术措施,在软弱围岩中实现大断面开挖,目前已成为修建软岩隧道工程的一套新技术,但在汪家冲隧道中,隧道的浅埋偏压段经常处于土砂地层、堆积层或风化严重的软弱破碎围岩中,这些围岩自稳能力较差,只是简单应用新奥法大断面开挖进洞容易出现漏顶现象,因此需要对施工中可能出现的漏顶的处理技术进行深入的研究。 2 地形地质条件
汪家冲隧道的ZK127+880~930段为一冲沟所在地,此地段为坡、洪积物沉积所形成。经现场测量,ZK127+880~930段原地面离拱顶最厚处为2.4米。隧址区位于皖西南区境内,属于北亚热带湿润季风气候区,雨量充沛,多年平均降雨量为1316.9mm～1497.7mm,本隧道地处山区,雨季可能会有山洪爆发、山体滑坡等自然灾害。ZK127+880~900冲沟段常年积水,ZK127+900~930洼地段雨季积水无处排泄,常年雨水浸泡将使岩体强度减弱,对隧道掘进施工造成严重影响。 3 软弱围岩隧道施工技术体会
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通过汪家冲隧道的施工,在很多方面对今后类似的软弱围岩隧道的设计和施工具有指导意义,下面就阐述一下笔者的体会。
3.1 隧道洞口设计方案是否合理、施工措施是否得当,对隧道以后的施工影响很大,尤其地质条件像汪家冲隧道进口这样的隧道洞口。为争分夺秒赶工期,隧道进洞前缺乏严密的施工措施,仓促地进行洞口前明洞的拉槽工作,,再加上不良的地质条件,造成明洞基坑内一片泥泞,边坡不能自稳,牵延性坍塌使整个洞口山坡下滑,山体出现开裂。当开挖后若开挖面没有得到及时的封闭或支护(约24h之内),在水的影响下,主要为原地下水的平衡被打破,在开挖面上形成面状流或股状流,使细小的花岗岩风化颗粒失稳流动,围岩逐渐演变为流塑状易蠕动的流泥状态,对施工极为不利。可采用以下措施:
(1)在洞口两侧一定距离内每间隔10-20m设一直径不小于1.0m的降水井,实施大井点降水,条件稍好时也可采用小井点降水,以减少洞口拉槽时地下水的影响。
(2)洞口拉槽时,边仰坡宜设锚杆、钢筋网和15-20cm厚的喷混凝土及时防护,以保护边仰坡的稳定。
(3)基底视情况可采用抛填片石、模筑200号混凝土或200号钢筋混凝土进行处理。 3.2 汪家冲隧道的ZK127+880~930段曾采用了大面积的地表预注浆,结果收效甚微。分析其原因主要有以下几点:
(1)花岗岩极严重风化层尽管已风化呈土状,但结构不松散,完整性较好,含水饱和且很密实,水泥浆液对其产生劈裂作用困难较大;
(2)花岗岩极严重风化层中细颗粒成分(可能比水泥颗粒还细)含量较多,岩体密实,可压缩性较小,水泥浆的挤压作用不明显;
(3)如此地质条件下的注浆工艺也不易把握。
3.3 一般来说,对于以下情况考虑采用地表深孔预注浆能取得较为明显的效果: (1)软塑状(或流塑状)的粘性土等承载力极低的I类围岩; (2)松散的无自稳能力的砂类土;
(3)石质围岩,但位于挤压极强烈的断裂带内,呈角砾、砂、泥松软体的I类围岩。 由于汪家冲隧道的ZK127+880~930段地表深孔预注浆有针对性不强、不易控制等缺点,应慎重采用。
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3.4 采用“先墙后拱”的施工方法是软弱围岩隧道施工中正确的选择,故汪家冲隧道采用了双侧壁导坑的施工方法。该技术为我们以后进行侧壁导坑的设计和施工提供了一个非常好的、可资借鉴的经验。从施工的情况来看,有些问题在我们今后的设计中需要引起注意。侧壁导坑断面尺寸的确定应考虑以下几个方面的内容:
(1)隧道边墙墙底和仰拱的深度;(2)起拱线的位置;(3)宽度上应考虑施工方便及人车的通行。 侧壁导坑的施工一般采用台阶式的施工方法,而采用侧壁导坑施工方法的隧道围岩压力都较大,因此,侧壁导坑中应设横撑,横撑一般应选用刚度较大的材料,如工字钢、钢锭等。另外,侧壁导坑对疏干隧道拱部以上的地下水效果极其明显,这对于今后遇上如汪家冲隧道ZK127+880~930段这样深受地下水困扰的同类隧道地段具有参考价值。 4 漏顶的处理
4.1 按原设计从左线出口端施工,于ZK127+885处出现漏顶; 4.2 支护参数的加强设计;
4.2.1 加设超前锚杆:在拱顶部加设长3m,φ22mm的螺纹钢筋锚杆,横向间距为20-40cm,向上倾角150-200,与开挖循环中径向锚杆同时进行。
4.2.2 加密径向锚杆:国外在类似地形、地质条件下用《新奥法》修建隧道(洞)时,拱腰部多加设长5-l0m的长锚杆,间距则为锚杆长度的1/2-1/3。我国的隧道工程一般不具备设置长锚杆的技术条件,难以实现这种有效的长锚杆方案,因而采用了将长2.5m的锚杆间距缩小至100cm的“短而密”锚杆方案。
4.2.3 提高钢筋网的刚度:在通过汪家冲隧道ZK127+880~930段这样大断层的破碎软围岩中,提高支护刚度,控制围岩认真分析漏顶原因,并总结漏顶处理经验,加强设计支护参数。 4.3 套拱设计
4.3.1 在ZK127+885处先处理漏顶的顶口,然后施工40cm厚C25混凝土套拱,套拱内设I 20a的钢拱架(@=50cm),施工断面图如下图;
4.3.2 对初期支护的钢拱架设计做出调整,将原设计I 20a的钢拱架间距@=75cm改为@=50cm,其他按原设计方案施工并加强监控量测。 4.4 施工后设计
4.4.1 套拱施作完毕后对隧道拱顶进行回填,厚度至拱顶上2m;