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略論隧道的冒頂病害整治辦法論文

時間:2021-08-28 18:55:29 論文范文 我要投稿

略論隧道的冒頂病害整治辦法論文

  1隧道設(shè)計概況

略論隧道的冒頂病害整治辦法論文

  地質(zhì)巖性洞身、底板地層為石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)地層,巖性組成較為復(fù)雜,主要巖性有泥質(zhì)頁巖、鋁質(zhì)泥巖(鋁土巖)、薄層灰?guī)r(或相變?yōu)槟嗷規(guī)r)、砂巖、煤線等,以中薄層狀—頁理狀構(gòu)造為主,層理十分發(fā)育,風(fēng)化程度也較高,巖質(zhì)普遍很軟;頂板以石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)地層為主,主要巖性有泥質(zhì)頁巖、含燧石條帶(或團塊)灰?guī)r、砂巖、煤層、泥灰?guī)r等,其中泥頁巖呈薄層狀或頁狀產(chǎn)出,層理十分發(fā)育,風(fēng)化程度也較高,巖質(zhì)較軟或極軟;石灰?guī)r一般含燧石呈致密微晶質(zhì)結(jié)構(gòu),以中厚層狀構(gòu)造為主,裂隙較為發(fā)育,巖質(zhì)較堅硬,主要分布于隧道頂板附近,砂巖呈灰黃色,以細粒結(jié)構(gòu)為主,中薄層狀構(gòu)造,裂隙發(fā)育,巖質(zhì)相對較軟,分布在隧道洞頂以上。水文隧址區(qū)地表水主要來自大氣降水補給,本隧道洞身內(nèi)有少量地下水存在,預(yù)測洞內(nèi)涌水量為10~20m3/d·km。不良地質(zhì)根據(jù)勘察報告,采空區(qū)分布極不規(guī)則,隧道穿越采空區(qū)以巷道為主,斷面尺寸較小,左右幅洞體內(nèi)各種巷道(采空區(qū))累計分布長度分別約150m。K27+920—K28+220段也布設(shè)了3個鉆孔,其中一個鉆孔揭露到采空區(qū),有掉鉆現(xiàn)象,另外兩個鉆孔均揭露到煤層。

  2塌方冒頂

  3月26日,K28+003—K28+031段初期支護發(fā)生變形、開裂,主要為拱頂120°范圍內(nèi)。3月31日K28+003—K28+031發(fā)生坍塌,4月1日K28+021地表沉陷,陷坑深約11m、直徑5m,塌陷坑洞側(cè)壁傾角為-65°左右。塌陷坑洞大致呈一倒圓錐狀,總塌方量約5000m3。

  3原因分析

  根據(jù)詳細的勘察結(jié)果,(C3t)地層中發(fā)育有一層3m左右的石灰?guī)r,其強度較高,調(diào)整線位標高,使隧道拱頂位于該石灰?guī)r以下2~5m處。該石灰?guī)r雖然強度較高,且該巖層中基本可以排除采用區(qū)發(fā)育的可能性,但其節(jié)理較為發(fā)育。隧址處地層以石炭系地層為主,煤及硫磺礦呈雞窩狀分布,小規(guī)模的私挖亂采形成了大小不等、分布不均的采空區(qū)。根據(jù)3月26日隧道施工現(xiàn)場工作人員反映,隧道拱頂曾發(fā)生了突然的震動。結(jié)合采空區(qū)及地層巖性情況分析,受隧道爆破影響,隧道拱頂采空區(qū)的突然坍塌,導(dǎo)致拱頂石灰?guī)r破裂,從而沖擊隧道初期支護,導(dǎo)致支護變形失穩(wěn)。水文地質(zhì)原因冰雪融水,加之降雨的影響,巖體中含水量增大。在水的軟化、溶解作用下,巖土體黏聚力降低,內(nèi)摩擦角值減小,強度減弱,加之本身自重增加,致使巖土體穩(wěn)定性變差。施工原因由于工期原因,調(diào)整了開挖掘進方式。原設(shè)計為側(cè)壁導(dǎo)坑法,臨時改為上下臺階法。增大了臨空斷面,圍巖急劇變形,上覆破碎軟弱巖體應(yīng)力加大,超過了初支襯砌的抗力范圍,導(dǎo)致支護失穩(wěn)。左洞掌子面超過右線掌子面約30m。雖左洞二襯已經(jīng)施工完成,形成了剛性支撐,但受左線開挖影響,軟弱巖體應(yīng)力須重新分布,塑性變形比較緩慢,雖左洞開挖輪廓線處的變形受支護的制約不再發(fā)生,但巖體內(nèi)部的變形壓密作用還在繼續(xù)。受此影響,擴散角輻射區(qū)域穿越右洞上覆巖層,引起右洞一定范圍內(nèi)的圍巖松弛變形。在原設(shè)計中,該段采用的是NATM和礦山法相結(jié)合的設(shè)計理念。在開挖時充分利用圍巖的臨時自穩(wěn)能力,以節(jié)約投資。開挖后快速封閉成環(huán),施工完二襯后,由初支及二襯共同承擔(dān)上覆荷載。為了追求進度,仰拱沒有緊跟掌子面。隧道拱頂圍巖塑性變形得不到有效抑制,應(yīng)力不斷集中,初支未能形成閉合環(huán),支護抗力大打折扣,加之二襯跟進不及時,最終導(dǎo)致變形過大、塌方。監(jiān)控量測重視不足該隧道的監(jiān)控量測信息反映滯后,加之管理混亂,未能發(fā)揮依托監(jiān)控量測信息控制施工的目的。

  4冒頂處治設(shè)計

  明開挖方案從K28+000—K28+220(隧道終點),隧道拱頂埋深36~2m,且隧址范圍內(nèi)采空區(qū)發(fā)育,圍巖均為強風(fēng)化泥頁巖,工程地質(zhì)條件極差,從施工安全、工程造價、工期等各方面考慮,首推明開挖方案。但受地形制約,該處為一越嶺隧道,該區(qū)域唯一一條主干道沿山脊展布,若采用明開挖方案,當(dāng)?shù)亟煌▽⑾萑氚c瘓。臨時措施事故發(fā)生以后,經(jīng)過2d的監(jiān)控觀察,確認圍巖達到暫時的穩(wěn)定。先對上部坑口進行回填輕壓(杜絕震動干擾),填料為6%的石灰土;完善地表的排水設(shè)施;洞內(nèi),采用沙袋反壓溜土面,防止涌土進一步發(fā)生;在K27+995—K28+001段施工套拱,鎖住大變形斷面,阻止變形進一步向進口段擴展。套拱采用I20工字鋼架,縱向間距25cm,鋼架間縱向連接筋采用φ28,環(huán)向間距1m。噴射混凝土25cm厚,鎖腳錨桿每處5根,斜向下放射狀打入,徑向錨桿在拱頂120°范圍內(nèi)加密,間距50cm,單根長2.5m。并補充必要的地質(zhì)勘探工作。穿越坍塌松散體穿越坍塌松散體,基本設(shè)計思路是梁殼體跨越。先采用中管棚和小導(dǎo)管超前注漿,在拱頂?shù)乃缮Ⅲw中形成一個固結(jié)殼體。管棚具有梁和注漿導(dǎo)管的雙重作用。為了保證管棚的剛度,同時考慮到松散體成孔困難的特點,采用φ89中管棚。節(jié)長9m,環(huán)向間距50cm,仰角10°,拱頂120°范圍內(nèi)布設(shè)。通過注漿后,以管棚為中心形成一排直徑約40cm的固結(jié)梁。為了更好地填充管棚梁間隙的空隙,在管棚之間交錯布設(shè)φ42超前小導(dǎo)管,環(huán)向間距50cm,仰角25°,通過小導(dǎo)管注漿,基本可以實現(xiàn)拱頂120°范圍內(nèi),拱頂2.1m厚度內(nèi)松散體的固結(jié),形成一個臨時的固結(jié)殼借助殼體支撐作用,實現(xiàn)掌子面的開挖。注漿的擴散半徑按40cm考慮,松散巖體的孔隙率按30%考慮,注漿的填充率按75%考慮,以此控制注漿總量,注漿壓力為0.5~1.0MPa。漿液的配合比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。若發(fā)現(xiàn)有漏漿情況應(yīng)摻加水玻璃,注漿的目的性很明確,就是有效地固結(jié)拱頂2.1m厚度范圍內(nèi)的松散巖體。2.1m以外的松散體產(chǎn)生荷載并在進一步坍塌時起緩沖墊層的作用,不做加固處理。由于該隧道的`圍巖條件差,設(shè)計階段采用新奧法和礦山法相結(jié)合的思路,永久荷載由初支和二襯共同承擔(dān),塌方后上部松散堆積體荷載增加,支護方面,須加強初期支護的剛度,故初支I20a鋼拱架的間距調(diào)整為50cm,二襯維持原設(shè)計。施工期間鎖腳錨桿變?yōu)殒i腳注漿導(dǎo)管,長度3m,每處4根。超前管棚和小導(dǎo)管組合體系的特點以往設(shè)計中,超前管棚是由若干根簡支梁形成一個棚的支撐,單個梁之間彼此孤立,特別是在循環(huán)接頭處,受仰角影響,管棚橫向距離加大,臨近管棚的末端,注漿壓力損失嚴重,注漿效果明顯減弱,注漿的固結(jié)效果難以保證,致使管棚抗劈裂作用力嚴重不足,施工安全得不到有效保障。此次設(shè)計的核心是將以往的“棚”變?yōu)椤皻ぁ。超前管棚和小?dǎo)管組合體系,通過小導(dǎo)管對管棚間未能固結(jié)的部分進行二次注漿加固,增強各個梁體(管棚注漿固結(jié)體)之間的橫向黏結(jié),在拱頂形成一個具有一定強度的連續(xù)性梁殼,提高超前支護的抗劈裂能力,保證了施工的安全。

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