书城工业技术宁夏高速公路施工标准化管理指南.隧道
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第22章 灾害控制与处治(2)

(1)拱顶沉降变形的处理

该地区软弱围岩稳定期,由开挖到初支封闭需2个月,通常累计沉降变形量在3耀5cm左右。当累计沉降量在3耀15cm 范围内趋于稳定,属正常可控范围;在15cm范围内变形速率过大,伴有掉块,属变形异常,施工中曾出现最大沉降量达60cm。出现异常应采取以下措施:

淤选择恰当支撑方式。当拱顶沉降为局部点范围,以带型钢地梁的三角钢支撑方式,采取双榀或多榀纵向连接构成整体支撑;当拱顶沉降为连续段落沉降控制,应布设20b工字钢临时扇形支撑,方法同“12.3.24.(2)”;当初支型钢拱整体沉降,应从提高地基承载力,增加受压面积考虑,视情况采取增设22#槽钢纵向拱脚托梁、锁脚钢管、临时地梁措施。

于增强超前支护、初支和锁脚。搭设工作平台,对沉降部位的拱顶120毅范围实施椎42mm 小导管(长5m、环距35cm、外插角12毅)双液注浆预支护,加固变形部位土层,形成自承力层;严重部位可实施加密1倍小导管布设,采取12毅和40毅外插角交叉设置,增厚顶部加固土层。稳定后逐榀替换二衬侵限部位型钢拱,适度加密型钢拱间距,增设双侧拱腰、拱脚各2根或多根椎42mm 锁脚双液注浆小导管(长4耀5m),与型钢拱连接,提高型钢拱地基承载力,逐步拆除临时支撑,重新布网喷射砼。

盂调整开挖工法和作业步距;方法同“12.3.24.(8)”。

(2)拱腰局部挤压变形的处理

拱腰挤压变形一般情况下的增量和累计量较小,扭曲挤压特征较少。即使发生多在下断面未开挖之前,偶有拱腰部位纵向10m长左右,出现突变挤压达30cm侵限量。

当发生时,应采取以下处理措施:

淤增设临时支撑。拱腰两侧挤压变形,可设横梁支撑,约束形变。拱腰单侧挤压变形,可打设临时型钢地梁配斜撑,抵抗单侧挤压变形,控制侧土压力。

于加固变形段围岩。于变形段突出部位施作椎42mm 径向小导管(长4.5m、间距40伊75cm、交替布设)双液注浆,于渐变部位施作椎22mm 径向砂浆锚杆(长4.5m、间距75伊75cm、交替布设),改善变形段的围岩受力条件。

盂替换变形型钢拱。稳定后按设计间距逐榀更换型钢拱,逐步拆除临时支撑。

榆调整开挖工法和作业步距;方法同“12.3.24.(8)”。

12.5掌子面失稳的处治

12.5.1掌子面多因覆盖层浅埋,全风化的泥岩、砂岩凝聚力不足,强度不足、遇渗水产生大变形,或爆破循环进尺超出超前支护,出现掌子面拱顶部位局部剥落和坍方,引起上断面初支脱落损坏。

12.5.2处治措施

1.固化掌子面。当掌子面自稳性差,出现剥落,应停止掌子面开挖,视严重程度,及时打设正面砂浆锚杆或注浆小导管,立即喷射3耀10cm 厚砼进行封闭固化,约束掌子面松弛。

2.增强超前支护。对出现拱顶局部剥落现象,而该围岩无超前支护的,应增设小管棚超前支护;对已设小管棚仍出现剥落的,应视情况加密拱部小导管注浆或采取增设大管棚。强化拱部支撑,固结围岩。

3.调整拱部锚杆型式。对遇级软弱围岩或吁级围岩遇水,应将拱顶120毅范围径向砂浆锚杆改为径向中空注浆锚杆,必要时增强为自进式锚杆(如迈式锚杆)。使拱顶关键部位的锚杆使用,避开了摩擦式锚杆在风化泥岩、砂岩中抗拔力弱的缺点。

4.预留核心土。掌子面的下一循环开挖时,避免临空面过大,每分部掘进均预留核心土,以此反压掌子面。

12.6地下富水的处治

12.6.1洞口边仰坡及其地面、洞内遇地下水丰富或水位过高,将引起坡面失稳、地基承载力不足和洞内变形;初支渗漏水,会引起二衬的施工缝、沉降缝或砼薄弱区渗水,并造成背部水位抬高,不利于围岩受力;掌子面遇断层或地质分层,易汇集涌水,遇持续降雨水量增大,产生涌水,易诱发突水或突泥,甚至溃坍。

12.6.2处治措施

1.降低洞口水位线。当坡面渗水量过大,涉及渗水面积较大,或地下水位高于洞口仰拱以上,可考虑于洞口两侧布设井点集中降水,不间断抽水,有效降低过湿区域土体水位。通常洞口降水井取外径80cm、深15m;井壁采用钢筋笼带滤水布内套椎400mm钢筋砼管节护壁,间隙填充碎石、粗砂反滤层;井底段设1.5耀2m深碎石反滤层;井旁各设1.5伊1m矩形集水井(净深1.2m,墙厚25cm)接续抽水;水泵能力视水流量、水位线确定,配水位开关。

说明:1.集水井长1.5m、宽1.0m、深1.2m,采取24砖墙砂抹面砌筑而成。

2.降低洞内水位线。通过人工降水提高洞内地基承载力,促使掌子面和围岩土体干燥,提高围岩自稳性。当中导洞洞口段遇水位过高、水量过大,采取随开挖布设双侧多点负压降水井点,实施不间断降水。双侧斜向布设长4m椎50mmPVC汲水管,纵向间距1.5m,配套双侧纵向汇水管引排至洞外非回流区;每4m 为一循环配1DB-45清水泵1台;掌子面设长6m超前吸水管。当主洞水位过高,其降水措施应按水位、水量和洞跨考虑吸水管径、间距、埋深、泵水能力。

3.堵疏结合,治理初支漏水。对渗水范围小和水量较小的点状、片状渗滴,采取布设小导管注双液浆封堵;对线状渗漏,应采取打管引排至拱脚处纵向波纹排水管;片状渗漏量较大的,采取“近堵远疏”方法,即先大设注浆小导管固化、封堵近层围岩,再于漏点大设花管引排至拱脚处纵向波纹排水管;同时视水量和渗水部位分布,于横断面加密单根或多根环向椎116mm 单壁打孔波纹管和横向椎116mm双壁打孔波纹管,引至中心排水管,增加就近排水能力。

4.控制掌子面涌水。于掌子面进行超前钻孔预注浆,即利用二衬空间打设拱部椎89mm浅孔注浆管(长10m),环距85cm,半封闭注浆;采用水泥-水玻璃双液注浆,压力1.5耀2.0Mpa,水泥浆水灰比1颐1,水泥标号425裕,水玻璃(波美度30、模数2.4),注浆液参加磷酸氢二钠作速凝剂。处理后遇局部漏水,需进行局部引排和封堵。

5.粉喷桩加固明洞软弱地基。明洞地基天然含水量偏大,甚至饱和,可采用椎150mm水泥搅拌桩,通常桩长由仰拱底向下取10m和11m,纵向分排交替呈梅花形布设,纵向间距1.5m,横向间距3m,桩体425裕水泥用量50kg/m;顶部设纵横向框架式渗沟,横渗沟(倒梯形,深75cm,坡比1颐1)引至两侧纵沟(倒梯形,深1.5m,坡比1颐1)排出路基;渗沟顶铺设砂垫层。

6.小导管注浆、托梁及临时仰拱加固基础。流沙环境软基可通过椎42mm 小导管锁脚双液注浆,加强初支拱脚支撑力;双侧拱脚增设20b纵向托梁,将点受力基础为条形受力基础;增设20b横向支撑及喷射临时仰拱,分摊双侧条形基础受力,提供工作界面;增设永久结构基础注浆固结,提高地基承载力。

12.7岩溶、断层地段施工控制措施

1.施工前根据设计资料,对隧道沿线地表进行调查,对可能危害施工及结构安全的漏斗、落水洞,进行回填夯实,对一些洼地要尽量进行截堵,防止地表水通过各种渠道进入隧道,危及施工。

2.加强地质监控预报工作。施工中进行地质及水文地质预报,及时了解施工前方的地质及地下水情况,特别在接近岩溶、断层破碎带地段时,更要加强监控预报工作,据此制定有力施工方案及其对策。

3.对岩溶、破碎带、断层等不良地段的施工,采用短台阶施工,用人工辅以小型机具(风镐等)开挖,必须采用爆破开挖时,要采用微振控制爆破技术,严格控制爆破规模,减少振扰。严格按照软弱围岩“管超前,严注浆,短进尺,弱爆破,强支护,早封闭”的原则进行组织施工。

4.根据溶洞分布、类型、岩层的稳定程度和地下水流情况,分别采取引、堵、越、绕等措施进行处理。

5.严重软弱(如溶泥)、破碎地段,采用超前预注浆或长管棚注浆超前加固措施,富水地段采用注双液浆加固,同时封堵地下水。采用负压抽水与高压注浆相结合的所谓“诱导注浆”技术。

在大管棚支护可采用椎89~108mm 钢管,在拱顶约120度范围内布设,并通过注浆加固地层和增强管棚的强度,必要时可在两管棚间辅以小导管注浆加固。

6.施工前对地表进行详细勘查,注意研究岩溶状态,估计可能遇到溶洞的地段。

7.当施工达到溶洞边缘,各工序应紧密衔接,如加强施工支护与及时施作衬砌砼,同时设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况,据以制定施工处理方案和安全措施。

8.施工中准备足够数量的抽排水设备。

9.施工中注意检查溶洞顶板,及时处理危石。当溶洞较大较高时,应设置施工防护架或钢筋防护网。

10.溶洞未做出处理方案前,不要将弃碴随意倾填于溶洞中。

11.处理情况复杂的溶洞,要根据现场具体情况制定安全措施,以确保施工安全。

12.8瓦斯地段施工控制措施

1.瓦斯检测预报及防治

(1)加强监测。采用便携式AZJ-91B型甲烷检测报警仪进行洞内瓦斯浓度监测,配备专职瓦斯检查员,对于关键工序的关键时刻(如钻眼放炮前、出碴过程中)和重点部位(如工作面顶部、电气开关附近)要认真检测,若瓦斯浓度超限(进风侧为1%,回风侧为0.75%),立即停止工作,及时采取治理措施。

(2)保证洞内有足够的风量和风速。洞内设双机双管路通风,供电采用双回路电源。施工期间连续通风。瓦斯地段的风速最小不低于0.25m/s,最大不超过6.0m/s。

(3)机电配置。在瓦斯施工地段,所有机电设备配备防炸型。洞内各种机电设备严禁接零,严禁带电检修。

(4)爆破使用毫秒电雷管和煤矿安全炸药。毫秒电雷管最后一段的延期时间不超过130ms,施工爆破另做特殊设计。工作面瓦斯浓度超过1%禁止放炮。放炮时间内停电洞内全部人员撤至洞外。