连拱隧道洞口地质病害治理施工技术

一、 工程概况

下杨干连拱隧道位于黄山市徽州区境内,隧道出口K221+420~K221+442段为中~强风化岩过渡,洞口为坡积物,坡度陡,且发现洞口处在原始地表冲沟中,冲沟被松散状坡积物充填满,不能自稳,在不同程度上存在偏压。 在中导洞下断面开挖至K221+440时,K221+438处出现支护开裂、地表出现多条裂缝,裂缝长度7m~15m不等,在出口有滑坡体存在。

二、治理技术

1、洞外治理技术

根据病害地段的工程地质特点,为确保开挖安全和边坡稳定,防止地表下沉,山体开裂,以及通车运营期的安全,对该地段洞外(包括仰坡外侧和仰坡)和洞内进行全面治理。仰坡外治理范围确定为:纵向K221+430~K221+442,横向右侧开挖线15.5m,左侧开挖线11.5m,打入Φ89×6mm无缝钢管(施工时加工为钢花管),压注水泥~水玻璃双液浆,地表加固布置图见图1。

图1 地表加固布置图

仰坡范围主要是打设锚杆、挂钢筋网、喷射22cm厚C25砼,同时打入φ50×5mm钢花管,压注水泥~水玻璃双液浆。

2、洞内治理技术

制定合理的开挖顺序,变更支护和二衬的设计参数。

三、治理技术重、难点

(1) 大管棚、水泥~水玻璃双液注浆等隐蔽性工序必须进行严格的质量控制,尤其是对钻孔和注浆过程的质量控制,是施工的重点。长管棚与注浆加固圈在洞顶形成了长达12m高约20m的松散体支护体系固结壳,是保证开挖安全防止裂缝进一步扩大的关键技术。

(2) 洞口坡积厚度最小为2m,洞身埋深浅,粘土或碎石土基本处于饱和状态,有多级裂缝产生,滑坡体已经复活,洞口施工将产生新的临空面,容易诱发洞口土体滑移,确保洞口施工的安全是工程的难点。

四、治理顺序与步骤

施工原则:由上到下、由外到内,洞外截水,通过注浆改变土体内磨擦角,洞内增大支护参数;管超前,预注浆,短开挖,强支护,勤量测,早封闭。

1、洞外治理

仰坡范围外钻孔前将坡面的杂草清除干净,采用BM-150型钻机钻孔,钻头为Φ108,自右洞开挖线外右侧15.5m处自地表钻孔至基础下2m纵向间距为0.8m,打设两排φ89×6mm钢管,钢管布设梅花型散浆孔,然后再做止浆墙,压注水泥~水玻璃双液浆。钻孔、压浆施工顺序自下而上,钻制1孔压注1孔,以作为止浆墙,控制地表注浆的有效范围。

仰坡范围上半部分K221+430~K221+436采用YT-28型风钻钻孔,打入φ22锚杆,长6m,间距为1×1m梅花型布置;仰坡范围下半部分K221+436~K221+442采用钻头为Φ60,BM-150型钻机钻孔,打入φ50×5mm钢管,长8m,间距为1.5×1.5m梅花型布置。在钢管管壁制做梅花型散浆孔。

施做φ8钢筋网,网孔间距20×20cm和注浆管焊接,最后喷射22cm厚C25砼封闭坡面作为止浆墙,并对已开挖左右洞端面进行封闭压注水泥~水玻璃双液浆,水玻璃用量为水泥用量的3%。

根据注浆设计、注浆记录、注浆结束标准,在分析各注浆孔资料的基础上,按设计要求对注浆薄弱地方进行挖探坑检查,检查浆液扩散半径在1m~2m、浆液固结情况良好。

2、洞内治理

1)超前支护:对K221+420~K221+442段辅助施工采用MK-5型坑道液压钻机钻孔,钻头为Φ108,钻孔仰角1°~3°,管棚间距30cm,打入φ50×5mm小导管改为打入φ89×6mm管棚,长度由5m变更为15m。

钻孔前将掌子面的危石清除干净。由于该段地质差,难成孔,所以采用跟管法。钻孔时对孔要精确,钻具轴线要与导向管轴线重合;钻机平台要搭建稳固,钻机要固定牢;钻具上安装扶正器;钻进过程中要随时用罗盘测斜仪或经纬仪测量钻杆角度,发现偏差及时纠正。施工顺序由下向上由两边向中间依次进行。

然后采用HFV-5D型注浆机压注水泥浆。注浆施工工艺流程如图2:

图2 注浆施工工艺流程图

注浆初压为0.5 MPa ~1.0MPa,终压为2MPa ~2.5MPa。压力维持时间一般为5~10分钟。因为注浆压力是了解浆液在地层中渗透情况的基本线索,所以可通过注浆压力的变化来判断注浆情况。

注浆应在钻孔下管完成后立即进行,以便在钻相邻孔时可作为当前注浆孔的检查孔。注浆前检查注浆泵、管路及接头是否牢固,防止浆液冲出伤人,用C25喷射砼封闭岩面,确保岩体注浆达到预期效果;注浆时密切监视压力变化,发现异常及时处理,注意防止串浆和跑浆,若发生串浆和跑浆要停止注浆,分析原因及时解决;做好注浆记录,记录好注浆压力、注浆量、注浆时间等。

注浆压力和注浆量是注浆施工中的两个重要技术参数,二者至少有一个达到设计标准方可结束注浆。 施工时,由于工作面注浆量大,注浆工作时间长,造成钻孔作业空闲时间多。为此,可以对施工工序进行调整,即在工作面注浆的同时穿行部分管棚钻孔的施工。但为了确保周边管棚孔的注浆加固效果,在进行管棚孔施工时,同一水平线以下的工作面预注浆必须完成。通过调整为施工工期争取了时间,同时也保证了周边注浆加固效果。

2)开挖:该地段采用先超前支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测的施工原则进行施工。

主洞开挖之前先进行中导开挖。施作中导坑临时支护。浇筑中隔墙并进行回填后进行侧导坑开挖,再分步开挖主洞。开挖顺序见图3。

图3 开挖顺序图

3)主洞钢架支护由H150×150型钢改为H175×175型钢,间距0.5m。注意立架时拱脚锁定锚杆用锁定导管代替,同时注射水泥浆。锚杆采用φ25mm中空锚杆,杆长由3 m改为4.5m,间距0.5×0.5m,梅花型布置。喷该射砼厚度25cm,二次衬砌主筋由Φ18改为Φ22,构造筋为Φ10和Φ8,模筑C25防水砼。

五、治理质量与效果评定

通过对该段围岩进行监控量测,围岩收敛、地表沉降均趋于稳定。通过下杨干隧道病害地段进行洞内、洞外的综合治理,有效防止了围岩继续开裂,山体继续下沉,保证了开挖安全,保障了施工进度。