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XX年6月18日,由业主单位主持,召开了由施工、监理、地勘、设计单位参加的塌方处理方案论证会,会上地勘单位对塌方段的地质情况进行了介绍,并对塌方原因进行了说明,监理单位和施工单位对塌方原因进行了补充说明。
具体情况为:
1、塌方地段处在一条压扭性的断层破碎带中间,断层破碎带与隧道纵向呈小角度沿右侧向左侧发展(面向行车方向),断层破碎带中有很多不利的结构面,由几组相互平行的破碎带组合而成。
2、断层破碎带从与隧道小角度方向延伸过程中断裂节理面倒转形成倒角,造成巨大偏压,再加上塌方地段正处在两条冲沟汇积的深沟处,受雨季地表水的渗透,岩层软化,自稳能力更差而形成塌方,同时断层继续往出口方向延伸,占用隧道宽度越大,虽然设计和施工对初期支护进行了加强,但由于第一次坍塌后,围岩周边应力失去平衡,原已成型的支护体系,受纵向推力的作用,逐榀失稳,远远不能承受失稳的断层破碎带所带来的巨大压力,造成塌方的蔓延,同时,蔓延速度很快,来不及对即将失稳的支护结构进行加强处理,因而造成目前的大塌方。
图二地表塌陷情况示意图
图三地表塌坑实拍照片
(1)
图四断层破碎带与隧道纵向平面关系示意图
四.塌方处理方案
本次塌方的范围非常大,塌方长度86米,塌方高度超过50米;
进口端紧靠塌方体的7米拱部初期支护表面出现裂纹需拆换处理;
断层破碎带地质复杂,塌方处理长度共计93米,塌方处理的难度特别大。
为确保工期,须采取稳妥、快速的特殊处理方案。
1、塌方处理原则、处理方法与措施
1)方案制定原则:
确保安全质量,宁强勿弱,尽早封闭成环。
2)方案实施前提:
坍方区域不再延伸发展。
3)塌方处理总体方案
塌方处理遵循“管超前,严注浆,短进尺,弱爆破,强支护,早封闭,勤量测,速反馈,控沉陷”的原则。
对坍方段的处理采用先超前注浆固结坍塌体,然后采用三台阶七步法开挖、双层钢架+网喷砼支护,分段开挖成环的处理方案。
由进出口两个工作面施工。
采用大管棚、超前小导管、径向小导管注浆方式固结坍体。
三台阶预留核心土分部开挖,以弧形导坑开挖留核心土为基础,分上、中、下三个台阶分部开挖面,各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进施工;
开挖的循环进尺以一榀钢架间距为准。
双层钢架中的外层钢架采用工25型钢,并采用大拱脚(拱脚位于坍塌体上时,边墙钢架采用双层);
内层钢架采用格栅钢架。
衬砌紧跟,仰拱紧跟下台阶,二次衬砌离下台阶距离控制在30米以内。
仰拱利用栈桥施工。
管棚、小导管施工控制和注浆固结效果是本方案实施的关键点。
在塌方抢险时,根据实际情况和量测数据及时调整、优化方案。
2、塌方段左线洞内处理方案
塌方处理流程:
塌方体两端回填作业台阶→塌方体两端封闭(喷砼、或止浆墙)→工25钢架+注浆加固靠近塌体两端围岩→泵送混凝土回填、小导管注浆→管棚+双层小导管(φ38自进式、或φ42)超前注浆→三台阶法预留核心土分部开挖、双层钢架网喷砼支护、超前小导管注浆→仰拱、衬砌施工。
具体施工方案如下:
1)塌方体两端回填作业台阶
将塌方松散体坡面修成台阶坡面,台阶坡面考虑管棚机的操作平台,作业台阶顶面长度8m。
2)塌方体两端封闭
a、进口端紧靠塌方体的7米拱部初期支护表面因塌方影响出现裂纹,为避免塌方继续向该处延伸,在该处紧急灌注C15砼止浆墙(纵向长度7米)进行封闭。
b、出口端对塌方掌子面喷射50cm厚的混凝土进行封闭。
3)工25钢架+注浆加固靠近塌体两端围岩
a、采用I25型钢钢架对紧靠塌体的初期支护(每端长度8m)进行临时加固支撑,钢架间距1.0m,临时加固钢架支撑见下图:
图五塌方体两端初支加固示意图
每榀钢拱架拱顶、拱脚三处分别采用2根Φ22锚固剂锚杆(锚杆长3.5m,法向方向设置)加固,钢拱架应与锚杆牢固焊接;
在型钢拱架与初期支护之间采用喷射砼填塞。
b、同时对紧靠塌体的初期支护(5K82+942~+952、5K83+055~+045)施作径向注浆小导管。
径向注浆小导管长度4.0m,纵向间距75cm,环向距120cm,水泥浆水灰比为1:
1。
4)泵送混凝土回填、小导管注浆
对止浆墙后的空洞、空隙进行泵送C15砼回填及小导管注浆。
5)管棚施工
a、进口端φ76自进式管棚施工
先扩挖管棚工作室,管棚工作室完成后即进行φ76自进式管棚施工。
进口端安排3环管棚施工(有效长度45m)。
φ76自进式管棚参数:
管棚长18m;
间距400mm;
外插角5°
;
管棚内注1:
1水泥浆,注浆压力控制在0.5~1Mpa。
进口端管棚工作室详见后面“进口端管棚工作室纵断面图”、“进口端管棚工作室横断面示意图”。
b、出口端φ108管棚施工
出口端安排3环管棚施工(有效长度41m)。
在施作φ108管棚前施作一环4m长超前小导管,环向间距40cm,外插角15°
,注1:
1水泥浆;
大管棚采用φ108*6mm钢管,第一环长12m(其它每环长18m),环向间距40cm,外插角为17°
。
注浆采取先注1:
1水泥浆,再注水泥砂浆的办法施工,水泥砂浆配合比为1:
1:
1,注浆压力控制在0.5~1Mpa。
管棚施工见后面“出口端管棚施工纵断面图”。
6)拱部超前小导管注浆施工
拱部超前小导管采用φ38(自进式)或φ42注浆钢管,按照钢架间距大角度与小角度导管间隔布置,钢管长度4.0m,环向间距40cm,纵向间距75cm;
大角度小导管外插角5~10°
,注水泥浆,水泥浆水灰比为1:
小角度小导管外插角3~5°
,注水泥浆、水玻璃双液注浆,以加快凝结速度,保证注浆效果。
水泥浆水灰比为1:
1,水泥浆、水玻璃配合比1:
0.5,注浆压力控制在0.5~1Mpa。
图六进口端管棚工作室纵断面图
图七出口端管棚施工纵断面图
7)中、下台阶超前小导管注浆施工
中、下台阶隧道侧壁采用超前小导管注浆的目的:
一是固结隧道侧壁坍塌体,确保上台阶初期支护钢架大拱脚有支撑受力点;
二是保证隧道侧壁外有一定厚度的固结体,与拱部的围岩固结体形成一个闭合的承载受力结构;
三是确保中、下台阶开挖安全。
中、下台阶超前小导管采用φ38(自进式)或φ42注浆钢管,按照钢架间距大角度与小角度导管间隔布置,钢管长度4.0m,环向间距40cm,纵向间距75cm;
8)三台阶预留核心土分部开挖、大拱脚钢架支护
(1)三台阶预留核心土分部开挖法施工主要步骤
a、第1步,上部弧形导坑开挖:
在拱部超前支护后进行,环向开挖上部弧形导坑,预留核心土。
开挖循环进尺0.75米,开挖后立即初喷5cm砼。
开挖后及时进行喷、锚、网系统支护,架设钢架,在钢架拱脚设置锁脚锚管(φ42)或φ25螺纹锚杆,与钢架牢固焊接,复喷砼至设计厚度。
b、第2、3步,左右侧中台阶开挖:
开挖循环进尺0.75米,开挖高度为3m,左右侧台阶错开2~3m,开挖后立即初喷5cm砼,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,在钢架下部紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
设置锁脚锚管或锚杆,复喷砼至设计厚度。
c、第4、5步,左右侧下台阶开挖:
开挖循环进尺0.75米,开挖高度为3m,左右侧台阶错开2~3m,开挖后立即初喷5cm砼,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,在钢架脚紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
设置锁脚锚杆,在钢架下部紧贴钢架两侧边沿按下倾角30°
设置锁脚锚管,复喷砼至设计厚度。
d、第6步,预留核心土开挖。
e、第7步,隧底开挖:
每循环开挖进尺长度3m,开挖后及时施作仰拱初期支护,完成两个隧底开挖、支护循环后,及时施作仰拱,仰拱长度6m。
(2)大拱脚钢架网喷砼支护
拱部双层钢架+双层钢筋网+C25喷砼,上层钢架为大拱脚工25型钢钢架,下层为格栅钢架,钢架间距0.75m;
边墙、仰拱采用单层格栅钢架+C25喷砼,钢架间距0.75m。
(3)三台阶预留核心土分部开挖法的施工工艺流程(见下图)。
(4)上、中、下台阶出露的正前方掌子面在每次开挖后应采用厚10厘米的喷射混凝土及时封闭。
图八三台阶分部开挖法施工工艺流程图
图九三台阶预留核心土分部开挖法施工工序断面示意图
图十三台阶预留核心土分部开挖施工工序纵断面示意图
9)径向注浆加固
塌方段的拱部、边墙范围均采用径向注浆进行塌方体的补强加固。
径向注浆小导管(φ42)长度4.0m,环向距120cm,纵向间距75cm,梅花型布置。
注水泥浆,水泥浆水灰比为1:
为便于径向注浆小导管施工,拱部喷砼前预埋径向直径80mmPVC管,喷砼完毕后从PVC管中打设径向小导管。
3、塌方处理中几种特殊情况处理
(1)塌腔处理
隧道塌方体存在塌腔,如采用注浆回填,对进度影响较大,拟采用砼回填处理。
对隧道顶5米高度线以下的塌腔,采用钻孔插设φ108钢管,泵送C15砼或砂浆填满塌腔。
(2)边墙部分未破坏的初期支护处理
在塌方段处理施工时,对于初期支护未破坏部位的格栅拱架不进行拆除,在进行格栅拱架安装时,与未破坏的原格栅拱架顶端头下40cm处顺接,并连接牢固。
(3)对于塌方段未施工仰拱段,初支要闭合成环,但可根据现场实际情况,调整仰拱标高;
(4)大拱脚下部为塌方体时的处理
采用自进式小导管注浆固结拱脚下部塌方体。
自进式小导管采用φ38mm注浆钢管,钢管长度4.0m,注水泥浆(水灰比为1:
1),并将大拱脚型钢连接至边墙。
同时,在塌方工字钢背后用20槽钢纵向连接,环向间距1.5m,以增强拱部钢架的整体性,保证拱脚以下的开挖施工安全。
4、监控量测
1)成立监控量测组,主要工作内容:
围岩拱顶下沉、周边收敛量测;
初期支护外观变化观察记录;
数据整理、分析,并及时反馈指导施工。
2)测点布置及量测频率
(1)隧道现场监控量测项目及量测方法
项目名称
方法及工具
布置
量测时间间隔
1~10天
11~20天
11~40天
40天以上
检
测
项
目
注浆效果
取样或观察
大管棚、小导管注浆后的开挖时进行
每次开挖后进行
周边收敛
水平收敛
收敛计
每3m一个断面,每断面3对测点
1~2次/2h
1~2次/天
1次/2天
1次/5天
拱顶下沉
水平仪、水准尺、钢尺或测杆
每3m一个断面,每断面1个测点
初期支护外观
目视及测试纸等
安排专人巡视记录
24小时不间断
(2)隧道监控量测点布置(见下图)
图十一监控量测点布置示意图
3)数据整理及分析
监控量测小组对每天量测记录的数据及时进行整理分析,判断围岩变化稳定情况,并将结果及时反馈,正确指导现场施工。
五、与左线塌方相关的处理方案
1、右线塌方影响段洞内加固方案
与左线塌方段平行对应的右线1K82+974~1K83+070里程段已完成上台阶开挖支护,由于左线塌方形成山体内空洞,右线对应里程的围岩可能会出现偏压,为了避免右线因偏压的影响而受损,将与左线塌方平行对应的右线1K82+974~1K83+070段采用工25型钢拱架进行临时加固,同时对每榀格栅钢架拱脚各安设长度3.5m的4根注浆小导管,其它各节点部位安装两根长度3.5m的注浆小导管。
2、右线渗水地段围岩加固
目前右线1K82+820~+923里程段拱部渗水较大,为了保证此段下台阶的施工安全,对此段采用径向小导管注浆加固,对每榀格栅钢架拱脚各安设长度3.5m的4根注浆小导管,其它各节点部位安装两根长度3.5m的注浆小导管。
3、左线边墙开挖支护剩余地段施工前加固方案
左线5K82+875~+921(共46m)边墙存在着不良地质,其表现特征为:
在干燥状态下是岩石状,遇水即软变为泥砂,遇水后无承载力。
为避免不良地质给施工带来危害,作如下临时加固处理:
对外露围岩喷射5cm混凝土封闭岩面,避免暴露在空气中;
对格栅钢架两侧拱脚增设各4根长度为4.0m注浆锁脚小导管。
4、洞顶陷坑临时处理方案
塌方段洞顶陷坑处于山沟中,地势低洼,容易积水,对塌方段隧道产生更加不利的影响,由于陷坑还有扩大的可能,为避免雨水对隧道的不利影响,先采取临时处理措施,待洞内塌方处理完成后,再对陷坑进行永久处理。
陷坑临时处理方法如下:
1)隧道塌方冒顶处采用钢管搭设棚架上铺彩条布防雨。
2)在山顶塌方区域安全范围以外挖设30*20cm“U”截水沟,并用水泥砂浆抹面,将山体雨水截断。
截水沟平面布置图如下:
图十二洞顶陷坑临时处理示意图
3)将山顶陷坑外裂缝用土回填,并夯实,防止雨水直接灌入。
4)塌坑上方冲沟设挡水墙,埋设φ100软管排水,将冲沟水引致塌坑下游。
六、进度安排
(一)总体目标
在实际施工过程中,如果不发生不可控制的因素,力争9月20日完成塌方段二次衬砌施工。
(二)进度指标(一个工作面)
1、管棚施工:
6天/环;
2、上、中台阶开挖及支护:
暂按1.0m/天;
3、仰拱开挖及支护:
暂按1.5m/天;
4、二次衬砌:
5天/环;
(三)节点工期
9月5日前完成上台阶开挖、支护;
9月20日前完成二次衬砌;
后续工作紧跟。
(四)具体施工计划安排
1、塌方体处理施工计划安排具体施工计划见下表1、2。
2、山顶地表陷坑临时处理
XX年6月24日前完成。
3、其它地段初支加固处理
XX年6月28日前完成。
表1塌方处理进口工作面施工计划安排
序号
施工部位
施工里程
施工长度(m)
开始日期
完成日期
时间(天)
备注
1
混凝土封闭段开挖及支护
5K82+952~5K82+959
7
7月2日
7月11日
10
2
大管棚施工
第一环
5K82+959~5K82+977
18
7月12日
7月17日
6
有效长度每环15m,共45m
第二环
5K82+974~5K82+992
8月2日
8月7日
第三环
5K82+989~5K83+007
8月23日
8月28日
3
上台阶开挖
及支护
第一阶段
5K82+959~5K82+974
15
7月18日
8月1日
合计39m
第二阶段
5K82+974~5K82+989
8月8日
8月22日
第三阶段
5K82+989~5K82+998
9
8月29日
9月5日
4
中台阶开挖
5K82+959~5K82+968
7月24日
合计36m
5K82+968~5K82+983
5K82+983~5K82+995
12
9月6日
5
仰拱开挖及支护
5K82+952~5K82+962
7月25日
7月31日
合计40m
5K82+962~5K82+977
8月13日
5K82+977~5K82+992
8月27日
9月7日
仰拱、填充砼
7月30日
8月3日
5K82+977~5K83+992
8月30日
9月10日
二次衬砌
第一环二衬
8月4日
合计50m
第二环二衬
5K82+962~5K82+972
9月2日
第三环二衬
5K82+972~5K82+982
9月3日
第四环二衬
5K82+982~5K82+992
9月8日
9月12日
第五环二衬
5K82+992~5K83+002
9月13日
9月17日
台车拆除
9月18日
9月20日
路面、水沟电缆槽、防火涂料
9月21日
9月23日
50m
表2塌方处理出口工作面施工计划安排
5K83+045~5K83+033
7月4日
7月9日
有效长度8m
5K83+037~5K83+019
7月23日
有效长度15m
5K83+022~5K82+004
有效长度18m
上台阶开挖及支护
5K83+045~5K83+037
7月10日
合计47m
5K83+037~5K83+022
5K83+022~5K82+998
24
8月14日
23
中台阶开挖及支护
5K83+045~5K83+043
7月21日
7月22日
5K83+043~5K83+028
5K83+028~5K82+995
33
26
5K83+010~5K82+992
5K83+055~5K83+045
8月5日
8月9日
合计53m
5K83+045~5K83+035
8月10日
5K83+035~5K83+023
8月20日
8月24日
5K83+023~5K83+012
11
5K83+012~5K82+002
七、塌方处理组织机构及作业人员安排
为了配置足够的人员、机械设备及物资进行塌方抢险,同时不影响本标段其它工程的施工进度,我单位组织有丰富类似施工经验的管理人员和现场作业人员专门对隧道坍塌地段进行处理,并调用一切力量,在保证安全、质量的前提下竭尽全力抢进度。
(一)成立中铁XXXX隧道左线塌方处理领导小组
组长:
xxx
副组长:
XXX
组员:
XXXXXXX
领导小组下设五个工作小组,成员及分工如下:
1、现场生产指挥组及塌方处理突击队:
生产指挥组组长:
XXX,副组长:
XXX。
现场生产指挥组负责XX隧道左线塌方处理的实施组织工作,由黄保根同志统一协调、安排,并下设进口和出口两个塌方处理突击队。
(1)、进口突击队队长:
(2)、出口突击队队长:
2、物资供应保障组:
XXX,组员:
物资供应保障组负责塌方处理的所有物资供应工作,蒋斌、慕正杰负责物资采购工作,王涛负责钢拱架、格栅的制作,赵云刚负责砼供应,塌方处理所需砼必须随时保证供应,砼供应发生冲突时一切为塌方处理让路。
3、技术保障组:
XXX,技术保障组负责塌方处理的一切技术服务、抢险过程中数量统计确认、影像摄取等工作。
4、设备保障组:
XXX生;
负责塌方处理所需设备的采购,现场安排、协调工作。
5、安全监控组:
XXXX;
负责塌方处理过程中的安全监控,安全措施制定及落实工作。
(二)塌方处理现场作业人员安排
进出口突击队分别设4个班,每个突击队人员及工作内容如下:
管棚施工班(24人):
负责大管棚的施工;
开挖班(45人):
负责打注浆小导管,立型钢;
注浆班(24人):
负责管棚及小导管的注浆,砼泵送工作;
喷浆班(30人):
负责喷射砼施工。
以上不包括仰拱、填充、二衬及辅助工班,在实际施工中,根据施工具体情况随时增加人员,以加快施工进度。
八、机械设备配置(一个工作面)
主要机械设备配置(见下表)
设备名称
单位
数量
管棚钻机
台
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