解廣文
(山西省東山供水工程建設管理局山西太原030002)
東山供水工程施工五標主洞為無壓輸水隧洞,總長約2.27 km,斷面形式為馬蹄形,布置2 條支洞,9-1#支洞為豎井,9-2#支洞為斜井。目前隧洞僅剩9-1#支洞與9-2#之間38 m 塌方段未貫通。該段地質條件極差,為含砂低液限黏土,洞頂存在卵石混合土層和級配不良層,地下水位位于洞頂以上,地下埋深80多米。9-1#下游和9-2#上游兩個掌子面先后共發(fā)生4 次涌泥塌方,涌泥方量約3 780 m3,其中9-1#豎井控制主洞下游段涌泥137 m,約1 590 m3;9-2#施工支洞控制主洞上游段目前存在涌泥155 m,三次累計涌泥285 m,約2 190 m3。并在清淤過程中連續(xù)多次發(fā)生涌泥涌水,隨后為確保安全將掌子面封閉。如果按照常規(guī)的塌方處理,極易再次形成涌泥地質災害。
塌方處理采用混凝土灌注樁止推墻+大管棚的施工方法進行塌方處理,塌方處理縱剖圖如圖1。
塌方體洞段地表施工方法:在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面處,各設置一堵混凝土灌注樁止推墻,阻斷洞挖塌方松散體與洞內(nèi)的連接通道,然后進行洞內(nèi)塌方涌泥堆積體的清運。
圖1 塌方處理縱剖圖
塌方段洞內(nèi)施工方法:為加快工期,及確保清淤效果,分兩次洞內(nèi)清淤。第一次清淤與地表灌注樁同時進行,結合前幾次清淤經(jīng)驗,第一次清淤至不能再清時,立刻封閉掌子面,待混凝土灌注樁止推墻完成后,開始第二次清淤,清至止灌注樁止推墻后,進行管棚施工,最后進行剩余土洞段開挖支護施工,直至土洞安全貫通。具體施工步驟流程如圖2。
圖2 塌方處理施工流程
根據(jù)施工原則,剩余土洞段冒頂塌方處理施工內(nèi)容包括以下內(nèi)容:洞外混凝土灌注樁止推墻施工、一次清淤及二次清淤、管棚工作室施工、管棚施工、破樁施工和剩余土洞段開挖支護施工等施工內(nèi)容。具體施工步驟如下所述。
2.2.1 地表混凝土灌注樁止推墻
分別在9-1#下游及9-2#上游塌方掌子面處設置一道混凝土灌注樁止推墻,一道布置9 個灌注樁,灌注樁直徑Φ80 cm,灌注樁孔中心間距為1.0m,采用單排灌注樁的方法,灌注樁孔位布置圖如圖3。灌注樁單根長度65 m。鋼筋籠采用Φ20 和Φ25,鋼筋間距20 cm,鋼筋籠布置在灌注樁底部20 m,I 序孔頂部45 m 采用素混凝土回填,II 序孔頂部45 m 采用卵石土回填。
2.2.2 第一次洞內(nèi)清淤
1)清理淤泥。采用ZL30 裝載機配合5 t 自卸車進行出渣。結合前幾次清理涌泥涌水的經(jīng)驗,塌方體涌泥清理要“先快后慢”,剛開始清理時可以適當加快速度,隨著與掌子面距離縮小,應該放慢清理速度,加強塌方體穩(wěn)定性的檢測,根據(jù)現(xiàn)場實際不能再清理的時候,及時封閉掌子面,并做固結灌漿。
2)封閉掌子面。
(1)洞內(nèi)砂袋填充
洞外人工將沙袋裝滿扎緊,用5 t 自卸車運至洞內(nèi),人工用沙袋將塌方體與洞頂空隙填滿,沿洞軸線每隔3 m 用Φ8,250×250 鋼筋網(wǎng)阻攔加固,鋼筋網(wǎng)貼近洞壁部位用電焊機與鋼拱架焊牢固。
(2)用磚將清淤掌子面封閉,高度與寬度與隧洞洞徑一致,墻體沿洞軸線厚度為3 m。人工將基面清理干凈,自下上砌筑墻體要求“橫平豎直”,灰縫飽滿,水平縫飽滿度大于90%,豎向縫飽滿度大于80%。在砌筑體上部預埋2 根Φ50PVC 管作為灌漿預埋孔。
圖3 灌注樁孔位布置圖
3)固結灌漿。采用水泥漿液漿剩余塌方淤泥進行初步固結,確保洞內(nèi)安全,也可加快第二次塌方體的清運工作。漿液在洞外集中拌制運至洞內(nèi)。采用孔口阻塞純壓式灌漿法施工,固結灌漿采用0.5∶1 的純水泥漿液,當達到既定0.3 MPa 后停止注漿,清除孔內(nèi)積水和污物,采用濃漿或干硬性砂漿將全孔封堵密實和抹平,并割除露砌體表面的預埋管。
2.2.3 二次清淤
在地表混凝土灌注樁施工完成達到設計強度后,開始洞內(nèi)第二次清淤。采用久保田小挖機配破碎錘對磚砌體進行拆除,人工配合扒渣機將拆除后的雜物裝至5 t 自卸車內(nèi)運至洞外渣場。清淤直至灌注樁止?jié){墻。
2.2.4 管棚工作室施工
為了便于Φ108 大管棚的施工,在距灌注樁止推墻5 m 范圍原洞段進行擴挖,建造管棚工作室,工作室采用Φ76 管棚+I14 工字鋼支護支護,具體支護參數(shù)為直徑D=Φ76,δ=5 mm,L=12 m,間距0.3 m,傾角12°,I14 工字鋼每0.5 m 一榀,鎖腳錨桿8 根Φ25,L=2 m。工作室頂部擴挖高于原洞頂65 cm。管棚工作室平面布置圖4。
2.2.5 大管棚施工
圖4 管棚工作室平面布置圖
在塌方體上下游分別進行管棚施工。采用Φ108管棚,L=30 m,具體支護參數(shù)為:直徑D=Φ108,δ=5 mm,L=30 m,間距0.3 m,傾角5°,在D=108 鋼管內(nèi)安裝3 根Φ25 束和Φ76 管棚,以增強管棚的剛度,灌漿采用純水泥漿,水灰比為1∶1,Φ108 管棚斷面布置如圖5。
2.2.6 破樁施工
采用久保田配破碎錘進行破樁施工,期間人工用氣焊對樁內(nèi)鋼筋進行割除,拆除混凝土及廢鋼筋采用扒渣機裝入5 t 自卸車內(nèi)運至渣場。在破樁施工過程中派專職安全員監(jiān)視洞內(nèi)情況,如有危險及時通知撤離。
圖5 大管棚施工參數(shù)斷面圖
2.2.7 剩余土洞段開挖支護施工
然后按照B 型斷面采用“分臺階、分部位、預留核心土和預留保護層”的方法進行開挖,具體施工方法如下:
1)開挖采用久保田小挖機+人工的方法進行,每次開挖進尺控制在0.5 m,開挖滿足設計要求后,采用C25 噴混凝土進行掌子面封閉,封閉混凝土厚度在5~10 cm;
2)I14 工字鋼間距為0.5 m,工字鋼之間采用10根,Φ25 鋼筋連接;
3)每榀工字鋼與洞壁設Φ25,L=2.0 m 的鎖腳錨桿,數(shù)量為8 根;
4)布置Φ42,L=2.0 m 的超前小導管,小導管間距0.3 m。每4 m 布置一排Φ50,L=6.0 m 超前注漿導管,并進行灌漿施工;
5)掛Φ8@150 mm×150 mm 鋼筋網(wǎng)片,噴15 cm 厚的C20 混凝土;
6)漸變段開挖施工完成后,及時進行I14 工字鋼底梁的安裝和C20 回填混凝土施工,底板C20 回填混凝土澆筑厚度24 cm,并根據(jù)底板土體承載力布置Φ8@150 mm×150 mm,增加底板承載力和整體性;
7)底板混凝土待凝24 h 以后,進行下一循環(huán)土洞開挖支護施工。
在兩個掌子面多次發(fā)生大量涌泥涌水冒頂?shù)那闆r下,該方案具有安全可控、質量可靠、造價低、工期短的優(yōu)點。