吉林省某浅埋、偏压隧道综合治理监控措施.doc

浅埋、偏压隧道综合治理监控措施摘 要：xx隧道在施工之前, 就已被设计单位列为吉林省内工程地质最复杂的隧道。施工过程中,多次在施工现场召开现场会,修订补充设计,讨论具体施工方法。本文介绍了在这种特殊复杂地质条件下,如何进行地表注浆、大管棚施工、超前小导管配合系统支护,准确把握岩土应力变化的情况下适时控制,合理释放。成功地实现了xx隧道进口偏压、浅埋段的开挖和支护,并在工艺上加以细化,总结出了该类围岩的施工方法，施工工艺，供相似施工行业借鉴和参考。关键词：浅埋、偏压、软弱围岩、地表注浆、大管棚、联合支护一、 工程概况及设计意图xx公路沿江至xx段位于吉林省xx境内,路线起点位于沿江乡,终点xx。其中我单位施工的02标段K6+000K11+000，全长5公里，其中xx隧道K7+670K9576，长1906米。 沿线地质概况为新生代及第四系下更新统地质构造和中生界侏罗系、太古界地质构造，表层为1.54米左右的碎石土、粘性土及土含石,其下为玄武岩及气孔状玄武岩、花岗岩以及风化程度不等的凝灰岩、流纹岩、片麻岩和角闪岩等。进口段山体较单薄,出露的基岩为侏罗系白水滩组碳质页岩,碳质泥岩夹砂层, 岩石很破碎，岩质极软弱,高差起伏大，近三百米埋深不足30米，并且严重偏压，最小埋深仅有5米，据野外钻孔和探坑详细勘察后,设计为120米明洞和178米浅埋II类，对80米浅埋偏压段暗洞地表施工采用竖直锚管，注浆预加固。暗洞进洞开挖时先施工108无缝钢管，配合以超前小导管注浆。洞内以间距60的工字钢架全环封闭，钢架接头处施工锁脚小导管控制围岩变形。二、 浅埋、偏压段综合施工方案1、 地表预加固我单位在开挖前认真审阅设计文件，并邀请设计单位及地质专家对本段地质进行讲解和分析，基本理解了该种地质的特性，确定了基本的施工方法。在施工前还从当地百姓那儿了解到在施工薄弱段曾有废弃煤窑通过，于是我们采取立足实际，根据设计意图对地表先进行了预加固(见图1)。其施工工艺流程为： 清理地表测量定位钻机就位定位检测 调整注浆管加工钻孔 钢筋网加工 钢管安装喷砼拌制施做止浆盘浆液配制 钢管注浆封管隧道开挖11资源配置：专门成立注浆队，人员、机械组织安排如下：队长： 1名技术员： 1名测量员： 2名钻机司机： 6名电焊工： 2名注浆泵司机: 2名工人: 12名 施工机具如表所示序号设备名称型号单位数量备注1钻机KQJ90支架式台32风动凿岩机YT28台23水泥浆搅拌机JQ350立式搅拌机台24水玻璃搅拌机UB3C型台25斗车个66压浆泵BM-250型台27储浆筒自制个21.2配制浆液：注浆浆液采用水泥、水玻璃双液注浆。水玻璃波美度为40，模数2.6；水泥浆：水玻璃（体积比）：1：0.81；水泥浆采用普通硅酸盐水泥，水灰比1：1，注浆时加入3%的缓凝剂。注浆参数的选择： 单孔注浆量：0.8H(m3)； 注浆速度：3050Lmin； 凝结时间：305； 注浆初压：0.51 MPa； 注浆终压：22.5Mpa,在补注时调整到3.03.5 MPa； WC： 1：1；1.3钻孔1）首先为了保证钻孔的成孔率，减少塌孔，先进行地表土体和腐殖土的清理，并初喷一层砼。2）然后对该区域的钻孔位置进行测量标注，并一一测出地面高程,以便注浆导管提前加工；3）安设钻机，在设计位置进行钻孔，钻孔过程中，如个别坍孔较严重，不能成孔，该处可以先不钻孔和安管，待其它位置孔位安装并注浆完毕后，在浆液凝固后，再补钻剩余的孔。4）钻孔结束后，及时清孔，塞紧孔口，防止杂物堵孔,致使钢管无法正常安装。5）加工和安装竖直锚管：根据地表实测高度加工长度不等的42*3.5mm无缝钢管，并在无缝钢管上打压浆孔。钢管加工长度根据实测洞顶覆盖层厚度确定,下端至隧道开挖轮廓线外2米，地表出露钢管20cm。现场拼接时要防止断管并保持安装顺直。6）施工止浆盘：将下好的钢筋网片进行现场拼接，并与钢管焊接在一起，保证钢筋网的整体性。然后进行喷射砼15,封闭山体表层，并基本保持与原始地形一致。7）建立注浆站：在施工区域附近建立三区一带，分别为材料供应区，浆液拌合区，系统压浆区，运输供应带。.8）确定注浆量：对有代表性的孔位进行注水试验，分析岩土的孔隙率和渗透系数，来调整注浆参数，确定注浆量的大小、速度和注浆压力。9）注浆：注浆时，遵从从低处向高处注浆，从外向内注浆的原则，尽量减少相邻注浆管串浆现象发生，并设专人盯注压力表的变化，防止堵管和注浆管的脱管。在注内排孔时，适当提高注浆压力。在达到预计注浆量后，即可换管另注。在未达到设计注浆量时而压力达到预定值时，进行原因分析，确定已饱和时，才能换管另注。有时发生窜管，浆液从其它管中冒出时，马上停止注浆，尽早补注出浆管，否则要补充钻孔。10）效果检测：第一轮注浆结束后，会同业主、监理及设计方进行现场取芯抽检。11）高压补注：在检测到遗漏区域后，要及时进行第二轮高压补注，并在补注完毕后，进行第二次检测，可采取灌注高压水法。经测定检查孔的吸水量（漏水量）均小于0.5L/minm。全部符合设计要求。12）恢复地貌：由于注浆和砼封闭均在森林中进行，为了使自然环境破坏降到最低程度，在施工完毕后，要进行覆土绿化，并在护拱的四周进行填土夯实，做到与四周地形的自然顺接。 历经两个多月的紧张时工全部完成了注浆任务，在地表进行了80米的地表注浆后，注浆地段经过钻孔检验和再次注水检验，达到了预计注浆量，并使岩土的松散结构得到了一定程度的改善,效果良好，而且在随后的隧道开挖中，出水量较少，并明显看到在松散的岩体中，有浆液凝胶。从而保证了隧道施工的安全和质量，达到了预期效果。2、进洞大管棚施工进洞施工采用长管棚注浆加固，结合小导管注浆、钢拱架支撑、锚网喷等措施形成一个整体，保证施工过程安全及隧道运营安全。大管棚施工工艺为：仰坡支护安装定向套管施工套管砼定位检测钻机定位调整管棚钢管加工钻孔钢管安装双液浆调配压注双液浆灌注砂浆封管隧道开挖2.1仰坡支护。仰坡开挖至洞顶标高时，依据工作面出露地质发现，上部为腐殖土层及粘土层，中部为风化砂土层及煤矸石层,下部为强风化砂岩层，已发生部分滑坍，必须尽早支护。仰坡全断面采用小导管注浆施工，小导管长4.5米，间距1m*1m，安装完毕后焊接双层8钢筋网片，喷射20cm厚C20砼（见图2）。2.2管孔定位：利用全站仪和精密水准仪按照设计精确定出钻孔位置，并用红油漆明确标注。2.3安装定向套管：导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段 ，在暗洞口向下开挖到基岩时，施工砼基座，在暗洞开挖轮廓线以外，安装6榀工字钢架,钢架间距50，工字钢上焊接127管棚定向钢管，纵向用25螺纹钢连接,形成整体支护。2.4施工套拱砼：护拱采用现浇C30模注混凝土，厚度100cm，使管棚导向墙做为止浆墙，设置套拱，套拱纵向长度为3米。（见图3）2.5钻机定位和钻孔：针对每根钢管位置，进行纵向基线定位，并对钻机基台抄平，调整高度和仰角，在钻进过程中要不断地检查钻机钻杆方向和仰角。2.6钢管安装：管棚钢管采用108*6mm无缝钢管，每根长度50米，间距50cm，每节管长9米,接头处用15长丝扣相连接。2.7注浆参数：注浆浆液采用水泥、水玻璃双液注浆。水玻璃波美度40，模数2.6；水泥浆：水玻璃（体积比）：1：0.81；水泥浆采用普通硅酸盐水泥，水灰比1：1。2.8主要设备材料及人员组织设备材料有：MK5型工程水平钻机两台，BM-250型注浆泵两台，自制水玻璃搅拌机一台，JQ350立式搅拌机2台，储浆桶两台，20立方空压机一台，普通硅酸盐水泥、40波美度的水玻璃及带有套丝的1086mm钢管若干，方木、钢扒钉、塑料管、木板、注浆管、三通管若干。人员组织：可分两个工班进行作业，每工班15人。其中：队长1人，施工技术员1人，测量工2人（负责布孔、定位、量测），工人8人（负责破孔、移动钻机、装卸钻杆、安装钢管、拌浆注浆等），电焊工1人，钻机司机2人。3.安全措施3.1稳定钻机所使用的方木一定要稳固，防止产生沉降、位移及滑落。3.2施工中使用的电力线(注意有否老化，漏电现象)、风管线、水管线要布置整齐，有条理。3.3 施钻时，按机械操作规程操作，严防机械伤人。3.4注浆前严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力过大爆破伤人。3.5要注意及时排水，防止作业面泥泞。3.6钢管内注浆时，操作人员必须带好口罩、眼镜及胶手套。 3.7夜晚施工必须具备良好的照明条件。4.质量要求4.1 根据施工基准点，按管棚施工图布置管棚孔；孔位偏差应大于100mm；管棚孔钻进深度误差为-0.2+0.3m；钻孔偏斜率控制在0.8%以内。 4.2 钻孔应由高孔位向低孔位进行。4.3 钻孔孔径应比钢管直径大3040mm。 4.4 遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻。 4.5钻孔合格后及时安装钢管，其接长时连接必须牢固。 4.6注浆浆液必须充满钢管及周围空隙，其注浆量和压力应根据试验确定据试验确定。三 .隧道内联合支护措施在进行了管棚施工后，随后进行了超前小导管配合超前支护。隧道开挖采取上弧导超前，中导坑继后，错落进行落底封闭，每台阶间距控制在35米。做到随开挖、随支护、随量测，随总结，随改进。其具体施工见图4。在开挖上导坑时拱架有较小的下沉量，掌子面出现小范围的坍塌，但在中台阶落底时拱顶出现了较大程度的下沉，而且在拱架联接处出现一定程度的收敛。我们根据施工监控量测数据分析，确认了有如下原因：1、山体土松散破碎层较厚，地表注浆加固了地表，但无法对隧道四周和底板形成胶接。2、由于隧道洞口正好赶在山区雨季施工，山体水渗流现象较严重，虽然进行了地表注浆预支护，但在山体上坡的渗水还是逐渐进入隧道施工区，特别是在线路右侧影响较明显，而本隧道的围岩属于泥质灰岩，凝灰岩和煤矸石层的交错分布，经水流渗透后，膨胀软化，呈泥糊状，正好在钢拱架A段与B段相连接处影响最大。3、在施工时存在一定的缺陷。3.1拱架架立时拱脚不实，有虚碴，在打设锚杆和安装超前小导管时，风枪在钢拱架上震动时，造成拱架下沉。3.2拱架上方与围岩之间有空洞，喷射砼不能完全封闭岩面，即使能够封闭，也仅仅是薄薄的一层，达不到岩面封闭的最低厚度5，而且围岩破碎性特点，整体性不好，靠局部垫块点支撑也无法对围岩起到支护的效果。当空洞充填密实时，自重又较大，与围岩粘结性差，爆破开挖时振动加剧了对拱架的压力。3.3中部开挖时，暴露拱脚时间长，使个别拱架变形和下沉较大。针对上述情况，经业主和设计部门现场勘测，决定对洞口段加快落底，尽早进行仰拱封闭的施工。并增加了拱脚注浆锚管，对分台阶开挖架立的拱架底设置了纵向槽钢连接，增强了拱架整体钢度。具体施工方案见图5。 同时我们也对施工工艺进行了细化，对掌子面开挖采取预留小部分核心土；下台阶开挖时，先拉中槽，使上台阶和中台阶拉开距离后（45m），再错落扩挖第三个台阶，第三台阶开挖后，马上进行仰拱封闭，形成钢筋砼闭合环。这样施工后，隧道内围岩变形才有了较大程度的减弱，进入了可控制范围之内。然后在掌子面距离拉开到7080米时，进行后方衬砌砼的施工。（施工方法见图6）四、洞内外监控量测隧道开挖将会引起地表下沉。尤其是浅埋、偏压部位，拱顶的垂直位移，水平收敛、地表下沉数据的收集至关重要，他充分反映了隧道的稳定性。首先我们进行了对地表下沉、位移数据的收集：在隧道顶部设点布控每天进行量测。布点方法为垂直隧道轴线每3米布置一排测控桩，间距1.8米，每侧4根，对称布置。按时量测，即时汇总。隧道内在洞顶沿纵向每3米设置1点进行拱顶下沉量测，在相应里程拱顶下3米处设两点进行水平收敛量测：如下图1）从量测数据来看，一般在开挖并施作初期支护后1015天，变形开始变缓，2030天后，变形基本稳定，因此，确定初期支护30天后，施作二次衬砌是适宜的。2）在如此小的埋深条件下，虽然洞内拱顶产生了较大的下沉，但对地表影响较小，可见地表注浆和管棚施工起到了较为理想的预支护效果。3）洞口段因变形较大，必须及早封闭仰拱。但施工仰拱砼前，因要进行第三台阶的开挖，架立拱架，喷射砼支护，开挖中心保暖沟，埋设中心管，封闭环向拱架，安装仰拱钢筋，时间较长，有必要先对受力较大的A段和B段拱架接头处加设临时横向支撑（实际效果显著）。五、经验与体会通过k7+790-k7+870段隧道前埋偏压段的施工使我们增加了浅埋偏压隧道的施工经验；1. 首先必须充分了解隧道的地质结构及围岩状况，进行精心分析，才能确定最佳施工方案。2. 由于新奥法的精髓主要是基于处于一定埋深下圆形开挖断面条件下的隧道施工，故对浅埋偏压隧道的施工中一定要谨慎合理使用。3. 软弱围岩的施工超前支护的必要性。4. 软弱岩层自身稳定性在隧道施工中发挥着重要作用，故在释放应力时一定要准确把握，适时控制，合理释放，并在施工中坚决贯彻到底。5. 提高监控量测手段上的精度和数据分析的科学性，在必要时要会同建设部门，监理单位、设计单位及有关科研部门共同商议，对复杂地质隧道共把脉，同开方。