店子溝黃土隧道洞頂坍塌處理施工技術(shù)

劉華平

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概況

店子溝隧道位于甘肅省慶陽市寧長二級公路宮河至長慶橋段路基與橋涵工程第Ⅱ合同段。為保護(hù)店子溝遺址,公路在穿過店子溝遺址時(shí)未采用明挖施工,設(shè)置了隧道一座。該隧道穿越店子溝,連接公路兩端,隧道凈空(寬 ×高)為 10 m×5 m、坡率 2.25%,隧道全長 332 m,洞門為端墻式,自然通風(fēng)。隧道采用全斷面鋼筋混凝土襯砌,頂拱及邊墻襯砌厚度為 60 c m,底板襯砌厚度為 50 c m,一襯混凝土使用鋼拱架支護(hù),C 25混凝土襯砌,厚 30 c m,洞門端墻為 C 25鋼筋混凝土現(xiàn)澆,洞口邊坡采用 M 7.5漿砌片石護(hù)面墻加固。隧道起點(diǎn)樁號為 K 22+150,終點(diǎn)樁號為 K 22+482。該隧道為黃土隧道,對其使用鋼拱架進(jìn)行一襯混凝土支護(hù)施工,然后進(jìn)行仰拱及二襯混凝土施工。

2 洞頂坍塌經(jīng)過及原因分析

店子溝隧道在進(jìn)行第 6段(K 23+177～K 23+183)一襯混凝土施工準(zhǔn)備時(shí),發(fā)現(xiàn)開挖洞頂上部不時(shí)有少量落土現(xiàn)象發(fā)生,當(dāng)時(shí)又逢大雨,砂石骨料含水量大,道路難以行車,混凝土不能正常澆筑,于是決定暫?；炷烈r砌施工準(zhǔn)備工作。由于時(shí)間耽擱過久,洞頂連續(xù)發(fā)生大面積塌方,塌腔距設(shè)計(jì)邊線外約有 6 m×6 m×14 m的空洞。事后分析,黃土隧道開挖施工后,由于北方氣候干燥,黃土中的水分相對空氣較為濕潤,隧道一旦開挖后,應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)施工,一旦時(shí)間過長,隧道洞頂黃土水分蒸發(fā)出現(xiàn)龜縮,形成脫落,一旦土方脫落過多,將逐漸影響洞頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,當(dāng)黃土開始坍塌時(shí),將改變整個(gè)洞頂?shù)氖芰Y(jié)構(gòu),逐漸形成大面積坍塌,同時(shí),黃土隧道開挖進(jìn)尺不宜太快。在黃土隧道施工時(shí),宜采用短進(jìn)尺,勤支護(hù)方法進(jìn)行施工,一般開挖進(jìn)尺不宜大于 3 m,加上一襯混凝土端頭工作面 0.5 m,一襯混凝土外露黃土面一般控制在 3.3 m,每次開挖支護(hù)循環(huán)進(jìn)尺按 2.8 m控制,這樣施工,黃土隧道基本能保持穩(wěn)定,且一旦開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)施工,避免時(shí)間過長而造成黃土水分蒸發(fā),形成土方坍塌,否則不要進(jìn)行土方開挖。

3 對塌方黃土進(jìn)行清理施工

待洞頂?shù)敉料鄬Ψ€(wěn)定后,人工慢慢使用鐵鍬順著已澆筑一襯混凝土的邊墻逐漸掏槽進(jìn)占長0.75 m,側(cè)寬 2 m導(dǎo)向槽,預(yù)留鋼模臺(tái)車軌道,當(dāng)半幅開挖到位后,開始半幅安裝鋼拱架,然后施工另外半幅導(dǎo)向槽及鋼拱架安裝,安排專人負(fù)責(zé)觀察洞頂黃土的穩(wěn)定狀況,千萬不要使用機(jī)械清土并將導(dǎo)向槽以外的土方進(jìn)行清理,一旦清理后,將再次造成洞頂受力結(jié)構(gòu)改變,可能會(huì)造成洞頂再次大面積坍塌,從而給下面的施工人員及設(shè)備安全造成極大威脅。當(dāng)觀察到洞頂開始掉土?xí)r,人員應(yīng)及時(shí)撤離,待洞頂?shù)敉练€(wěn)定后,再次進(jìn)行人工開挖。由于北方天氣干旱,風(fēng)季期間,掉土?xí)r間一般為 24 h一循環(huán)。

4 鋼拱架及編織袋臨時(shí)支護(hù)施工

開挖時(shí),兩側(cè)錯(cuò)開施工,先將左側(cè)開挖一進(jìn)尺75 c m,寬 2 m的導(dǎo)向槽,然后進(jìn)行鋼拱架安裝作業(yè),鋼拱架規(guī)格為 I 20 a。由于塌腔區(qū)內(nèi)回填量較大,考慮到鋼拱架所能承受的壓力,決定縮小鋼拱架的安裝間距,將原設(shè)計(jì) 75 c m的間距調(diào)整為 50 c m,縱向連接筋設(shè)計(jì)為 φ 22直螺紋鋼筋,兩端各做 10 c m的 90°彎鉤,并與鋼拱架焊接在一起,其間排距由 100 c m調(diào)整為 50 c m,每根長度由 95 c m調(diào)整為 75 c m。先安裝鋼拱架直立段。安裝時(shí),每側(cè)每榀鋼拱架增加兩根 φ 42、長 3 m的鎖腳錨管,將 2榀鋼拱架連接成一整體,然后使用編織袋裝土沿鋼拱架頂部整體覆蓋,將空腔體充填并與洞頂坍塌土體輕微接觸,作為混凝土維護(hù)使用臨時(shí)模板之用及頂部土方坍塌體的緩沖帶。待鋼拱架及編織袋臨時(shí)支護(hù)施工完成后,將鋼模臺(tái)車軌道安裝到導(dǎo)向槽頂端位置,并將一襯混凝土封頭模板安裝到位。

5 混凝土澆筑

5.1 混凝土拌和站的布置

混凝土拌和站布置在店子溝黃土隧道洞口路基平臺(tái)上,主要分布有變壓器、砂石骨料堆放場地及水泥倉庫,一臺(tái) J Z C 350強(qiáng)制式攪拌機(jī)和 H B T-85混凝土輸送泵機(jī),用于混凝土拌制及輸送。

5.2 混凝土澆筑

混凝土從鋼模臺(tái)車窗口灌入,使用坍落度為140～160 m m泵送混凝土澆筑,φ 50振動(dòng)棒振搗密實(shí),最后使用封拱器將混凝土頂拱封搗好。其它塌方位置按照上述方法逐段開挖、支護(hù)、襯砌到塌方邊界 15～20 m以外位置,并開始進(jìn)行仰拱混凝土施工。

6 仰拱混凝土施工

在一襯混凝土支護(hù)后,開始進(jìn)行仰拱混凝土施工,仰拱混凝土滯后于一襯混凝土進(jìn)尺一般不宜大于 40 m,仰拱混凝土從隧道進(jìn)口位置開始開挖澆筑,使用反鏟開挖到設(shè)計(jì)高程,然后進(jìn)行鋼筋制作安裝。除洞口第一倉混凝土使用封頭模板外,其余仰拱混凝土依靠已經(jīng)澆筑的仰拱混凝土側(cè)面及開挖仰拱后的土方作模板面進(jìn)行混凝土澆筑,混凝土澆筑前,按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行波紋管埋設(shè)?；炷潦褂没炷帘幂斔?φ 50振動(dòng)棒振搗密實(shí)。

7 塌方區(qū)固結(jié)灌漿

當(dāng)一襯混凝土及仰拱混凝土進(jìn)占塌方區(qū)邊界15～20 m以外進(jìn)尺后,開始進(jìn)行拱頂空腔位置的固結(jié)灌漿。對塌方松散土體進(jìn)行注漿是為了加強(qiáng)塌方土體的密實(shí)度。注漿管由 φ 42無縫鋼管加工而成,注漿小導(dǎo)管長 3 m,端頭加工成尖狀,交錯(cuò)成梅花狀布置,鉆孔孔徑不小于 12 m m。注漿管間排距為 100 c m×100 c m。

注漿施工措施:采用黃土泥漿注漿并摻入5%的水泥 ,水 ∶黃土為 1.25∶1;注漿管為 φ 42小導(dǎo)管。注漿開始時(shí),壓力一直保持為零,直至空洞充滿后,注漿壓力開始上升,漿液在壓力作用下充填于塌方土體之中,形成漿土結(jié)合體。

施工順序:設(shè)置塌方土體沉降觀測點(diǎn)→清理塌方前端散落土→備料(建儲(chǔ)漿池)→機(jī)械拌料→沉降觀測→布置注漿管→漿液(摻 5%水泥)配制→注漿→封管→沉降觀測→儲(chǔ)漿池回填。

施工準(zhǔn)備:鐵锨、手推車、Z L 50型側(cè)卸式裝載機(jī)、自卸汽車、φ 42無縫鋼管、U B 3C灰漿泵 (一套)、鋼絲篩、過篩熟石灰、過篩黃土、J WZ 190漿液攪拌機(jī)、儲(chǔ)漿池、臺(tái)秤、D Z-25A強(qiáng)力地面巖石電鉆、鉆桿、鐵板等。

漿液配制:按照 5%的比例摻入水泥,并按照水、灰土 1.25∶1的比例加入生活用水,然后進(jìn)行攪拌,攪拌時(shí)間為 1.5～2.5 m i n,漿液攪拌均勻后,通過濾網(wǎng)進(jìn)入儲(chǔ)漿池,用篩子撈出漿液內(nèi)的雜物。

注 漿:將吸漿管放入儲(chǔ)漿池,檢查各管路連接好后,開動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿。注漿前,在儲(chǔ)漿池上方設(shè)一個(gè)三腳架,三腳架上吊 D Z-25A強(qiáng)力地面巖石電鉆,電鉆鉆桿(長 200 c m)端頭焊接一長10 c m×寬 5 c m×厚 3 m m的鐵板做攪漿棒,派專人不斷攪拌儲(chǔ)漿池中的漿液,防止?jié){液因濃度不一致導(dǎo)致注漿管堵塞,同時(shí)也避免因漿液不均勻而影響注漿質(zhì)量。注漿開始時(shí),注漿的壓力一直保持為零,直至空洞充填滿后,注漿壓力再開始上升,緩緩增壓,增大進(jìn)漿量,注意壓力的變化。在注漿過程中,密切注意壓力表、吸漿管及孔口周圍情況的變化,一旦出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,立即停止注漿,在清洗疏通注漿管后再進(jìn)行注漿作業(yè)。

封 管:注漿結(jié)束后,擰開孔中管與地面移動(dòng)注漿管的接口,迅速用木塞將管口堵塞,減少回漿量。擰開導(dǎo)漿管時(shí),首先關(guān)閉注漿泵電源,導(dǎo)管的管口朝著空曠無人的方向,避免注漿管內(nèi)的漿液帶壓噴出濺射到施工作業(yè)人員的臉上。

8 結(jié) 語

在店子溝隧道洞頂塌方處理過程中,加快了施工進(jìn)度,節(jié)約了施工成本,縮短了施工工期,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,但也存在一定的施工安全風(fēng)險(xiǎn),特別需要加強(qiáng)安全管理,同時(shí)也給類似的黃土隧道洞頂塌方工程處理提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。