大断面黄土隧道浅埋偏压病害处理技术_pdf

盔圆 大断面黄土隧道浅埋偏压病害处理技术 卜军 (中铁十二局集团有限公司第二 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 公司 太原 030032) 工 业 技 术 摘 要：本文通过对郑西客运专线贺家庄隧道出口段施工的介绍，探讨了大断面黄土隧道浅埋偏压的病害处理技术。希望对今后大断面 黄土隧道浅埋偏压的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与施工，起到一些借整的作用。 关键词：大断面黄土隧道 浅埋偏压 病害处理技术 中图分类号：TB21 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1 672—37 9l(zolO)l 2(a)一0068—02 1 工程概况 郑西 客运专线是规划徐州至兰州客运 专线的一部分 ，是我国第一批修建的时速 超过200km／h的客运专线之一。线路全长 484．5l 8kin，全线合计新建隧道38座，总长 为77064．7m，占线路总长度的1 5．9％。 郑西客运专线黄土 隧道设计与施工地 质条件复杂 、修建难度大 ，如何采取合理有 效 的工程措施 、高标 准的进 行黄土隧道设 计和施 工，确保郑西客运 专线建成后 顺利 运营，对隧道设计和施工提出了新的课题。 尤其是大断面黄土隧 道洞 口浅埋偏 压段 ， 地表随隧道掌子面开挖而 出现 裂缝 ，且隧 道拱顶沉降增大等问题 。 贺 家 庄隧 道 全 长 1 8l 5m ，起 讫 里程 DK24l+620～DK243+435，其 中进 口、出口 分别有 1 8m、30Ill明挖 ，除DK24l+740～ DK24l+800段(60m)为V级围岩外 ，其余均 为Ⅳ级围岩。V级 围岩采用CRD法施 工，全 环采用工25a型钢钢架 ，间距0．6m；IV围岩 采用弧形导坑法开挖，全环采用工20a型钢 钢架 ，间距0．8m～0．9m。IV、V级围岩超前 支护均采用长5．Om的 中50小导管 ，环 向间 距0．4m，纵 向3．2m～4．Om一环 。该隧道出 口段埋深25～27m，属偏压浅埋地段。 2 地形地貌、工程地质及水文地质概况 该隧 道出 口为黄土 台塬地貌 ，地面高 程400m～460m，相对高差约60m，出口黄土 “V”型冲沟切割强烈，相对高差较大 ，岸坡 陡峻 。 地表地质为<2 3>砂质黄土(Q3)，局部 为黏质黄土 ，棕黄、褐黄 色，稍密 ～中密，土 质均匀 。 主要不良地质为人工洞穴 、坍滑 、黄土 陷穴 。 (1)黄土窑洞 ：隧道出 口段洞身分布有5 I：1窑洞 ，洞高3．5113～4m，宽4m～5m，长 8m～12m，洞 口标高为442m左右 ，已被连霍 高速公路三门峡服务区的排污渠废水下渗 坍塌 。(2)坍滑 ：位于 出 I：1(DK243+320～ +377)段，主要 由于连霍高速公路三门峡生 活服务 区的下水管 道断裂 ，废水下渗形成 表层黄土坍落，范围57 X 30m，厚2m～l0m， 分布于隧道出口洞身上。(3)黄土陷穴：主要 为地表水沿节理下水渗 ，引起 土体 陷落形 成 ，大多 出现在 冲沟岸坡及边缘20m范围 内，一般直 径lm～20m，深度1m～l 5m不 等。(4)特殊岩土为黄土 ：具孔隙比大、抗水 性差遇水易崩解 、潜蚀或产生湿陷等特性。 段内黄土为Q3、Q2砂质黄土。 3 施工情况 该隧道于2006年5月25日从出口明暗分 界里程DK243+405开始进洞 ，施工开挖至 DK243+330附近发现围岩较差，从DK243+330 开始 向郑 州方 向(小里程 方向)按V级加强 施工。由于正值雨季 ，爆 雨较 多，斜穿线路 DK243+340附近的高速公路服务区排污管 排水能力不足 ，大量雨水从检查井外溢 ，加 之原污水管断裂，导致雨水大量下渗。在掌 子面掘进至DK243+333．7时 ，发现线路右 侧地表对应里程DK243+329．45出现裂缝 ， 立 即进 行 了地 表封 闭 ；在 掌子 面 掘进 至 DK 2 4 3+3 l 6里 程 时 ，地 表 对 应 里 程 DK243+312也出现裂缝，截至7月 14日，形 成 洞 顶 右 侧 最长 地 表 主裂 缝 已近 7 5m (DK243+31 0～+377)，裂缝局部形成 约 10cm错台。在此期间施工过程中，已经对线 路左侧冲沟局部反压回填，将污水暂时引 排。7月l4日发现洞内DK243+324～+318处 线路右侧边墙位置土体出现横向剪切裂缝， 根据现场情况判断洞顶地表 裂缝与洞内土 体裂缝 已经贯通 ，山体处于不稳定状态，极 贺家庄隧道出口地表裂缝平面分布图 图 1 贺家庄隧道 出口地表裂缝示意图 68 科技资讯 SCIENCE ＆ TECHNOI OGY INFORMATION 有发生 失稳的可能。便停止 了掌子面掘进。 贺家庄隧道出 I：1地表裂缝示意详见图1。 4 监控量测情况 (1)地表下沉量测情况。 贺家庄隧道出口段洞顶地表沉降观测 采用精密水准仪，共布置了六个横断面测 点，下沉最大点累计下沉l40mm，量测数据 显示 ：由于雨后大量雨水从污水 管道 检查 井外溢 ，直接渗人地表 以及雨水、污水从断 裂的污水管道处下渗 ，造成地表下沉加大， 洞顶地 表裂缝发展超越掌子面 ，地表不仅 下沉 ，还产生 向冲沟侧的横向位移。 (2)隧道拱顶下沉 量测情况。 拱顶沉 降观 测采用精 密水准仪 ，共布 置10个点，量测频率为l～15天内每天1次 ， l6～30天内每2天1次，30天以后每周1次 。量 测数据显示，拱顶累计最大下沉量129ram，拱 顶下沉主要发生在各分步开挖 、支护过程 ， 仰拱初支闭合后在短 时间内即趋于稳定 。 (3)水平收敛量测情况。 净空收敛采用JsS3OA型数显收敛计进行 量i贝0，DK243+395．5～DK243+3O9段(86．5m) 共布置收敛观测断面1O个，每个断面设三条 测线 ：即起拱线上tm处、最大跨度处、墙脚 处。量测频率为l～l5天内每天1次，l6～30天 内每2天1次。量测数据显示，累计最大收敛值 62．0lmm，位于DK243+348．6处 ，收敛主要 发生在各分步开挖 、支护阶段 ，仰拱闭合后 即趋于稳定 。 (4)仰拱下沉量测情况。 仰拱填充80m段共布设6个点，沉降观 测采用 了NA03电子水准 仪 。量 测频率为 l～10天内每天1次，10天后每2天1次。量测 数据显示累计最大下沉值 3mm，通过持续 观测 ，1OK内已稳定。 5 产生裂缝的原因分析 (1)本隧 道出 口段主要 为Q3及Q4新黄 土 ，竖 向节理 发育 ，土质松 软 ，土壤颗粒间 黏 结性差 。且随地 貌变化 ，地压 力分布不 均，随降雨变化地压力增加。(2)黄土竖向节 理发育 ，土壤颗粒间黏结性差 ，受力不能连 续传递 ，变形分段进行造成地表开裂。(3)围 岩土 质松软 ，具 中压 缩性 ，地 基承载 力较 低 ，在分部开挖时钢拱架基底下沉 ，导致拱 顶下沉量和 变形速率均比较大。(4)目前正 值雨季 ，由于洞顶覆盖层较薄 ，黄土内部空 隙分布 ，受雨水浸泡后 ，引起 自身土体湿陷 收缩 ，同时空隙水下渗。隧道内部开挖后 ， 围岩 自稳能力差，土体扰动，产生应力重分 布，洞内垂直变形传至地表，导致发生变形 开裂现象。(5)由于黄土竖向节理发育，土壤 颗粒间黏结性差 ，成拱效应相对不 明显 ，变 Administrator 筑龙 工 业 技 术 ：塑 SOIENCE＆TECHN0L0GY PNFORMA ON 形允许量相对较小 ，一旦变形 增大 ，就可能 失稳，使荷载基本都 压在 初期支护 上，造成 拱顶与地表下沉及开裂。(6)隧道地表 有一 连霍高 速公路三门峡服 务区污水管 道 ，管 道平时 主要 起排污作 用，下雨时兼做 排洪 渠道，管道排水能力不足 ，下暴雨时从检查 井 中外溢，从地表下渗到土体 ，造成地表下 沉 。(7)黄土孔隙大 ，具 有湿陷性 ，地表有陷 穴 ，且 隧道埋深浅 ，砂质黄土本身的特性就 容易产生地表开裂、下沉 。 在 以上几 条因素的 作用下 ，致使洞 顶 地表裂缝发展超越掌子面，并产生37ram的 横 向位移 。 6 采取的主要处理措施 6．1地表处理措施 (1)为减小隧道结构所承受的荷载及隧 道拱顶下沉量 ，防止隧道内净空 侵限及稳 定山体 ，对隧道顶局部清方减载 ，并妥善保 护洞顶电杆基础 。 (2)线路 左侧进行反压 回填 ，回填高度 至隧道拱 顶处 ，以改善隧 道偏压情 况。 (3)为彻底解决高速公路生活区污水管 道渗 漏水对隧道的影 响，对排污管道 进行 改移 ，使其 远离隧道影响范 围。 (4)洞顶采用3：7灰土封闭 ，厚度为 1m， 分层夯实，分层厚度为30cm。 (5)减载 区周 边设截水沟 ，将水 引出隧 道影响范 围内，防止周边地表 水的渗入影 响隧道结构 。 (6)反压 回填区采用M l0浆砌挡墙防护 ， 以防止对下游桥梁形成危害 。 6．2隧道内处理措施 (1)为保证安全 ，掌子面暂时停止 掘进 。 弧形开挖暴露面采 用锚 网封闭 ，参数 为：喷 砼厚度l5cm，中8钢筋网，间距20×20cm，中 22砂浆锚杆 ，每根长5．Om，间距2．Om，梅花 形布 置。 (2)DK243+328～+324采用编织袋装土 码砌至拱脚位置 ，以稳定土体 ，防止失稳 。 (3)为控制 变形 ，防止隧道 内轮 廓侵入 净空，在DK243+328～+3l0段设C20钢筋砼 临时仰拱进行封闭。临时仰拱厚度30cm，内 设工18型钢，间距0．8m，及双 层中8钢筋网， 间距20 X 20cm，根据测量值必要时架设钢 筋砼竖撑 。 (4)隧道DK243+3l0～DK243+l5O段偏 压浅埋，根据对开挖土体的重新判定 ，围岩 类别由IV级加强优化为V级加强，由I20a调整 为I25a型钢钢架，钢架间距调整为纵向0．6m； 锁脚锚管由原来 的8根调整到32根 ，锚管长 度为4m。 (5)由于山体失稳后 受到较大扰动 ，为 加 固受扰动后的 围岩 ，对DK 3243+387～ DK243+l 50段拱墙初支 背后周边 围岩采 用的 中42锁脚锚管高压压注水泥砂 浆加 固 处理 ，锚管 长度41TI，注浆压 力为 1MPa～ 2MPa。锚管前端做成尖锥形 ，尾部焊接 中 8mm钢筋加劲箍 ，管壁上每隔1 5cm交错钻 眼，眼孔直径为6ram～8ram。 (6)注浆施 工过 程 中压 力缓 慢上升 ，在 此期 间加 强初期支护收 敛变形量测 ，每天 的量测次数不得少于3次，在注浆过程中遇 到初期支 护变 形过大或 其他异常 ，立即停 止注浆 。 7 处理效果 贺家庄隧道出 口段在地表裂缝及拱顶 下沉地 段二次衬砌完 成后 ，经过长时 间的 围岩量测监控 ，根据 围岩量测资料 显示 ，地 表在加 固措施施 工完 毕后不再 出现 裂缝 ， 地表、洞内拱顶及仰拱均未出现较大下沉 ， 沉降十分稳定 ，处理效果 良好 ，二次衬砌无 裂纹等病害，说 明处理措施是 得当的，有效 的 ，不会影 响到客运专线以后 的正常运营 。 但仍有 一个问题需要 解决 ，就是地表 在复 耕后仍 有可能 出现地表 水下渗 ，覆盖 层土 体长期 被水浸泡后 ，仍然存 在很大的 质量 隐患，因此 ，在地表影 响范围内仍需增设永 久性的处理措施 ，才能永绝后患。 8 注意事项 (1)黄土偏压浅埋 隧道 ，围岩 自身承载 力较 低，应严格遵循 “短进尺、少扰动、快循 环、强支护 、早封 闭、勤量测”的施 工原 则， 在监控量测指导下实施隧道的开挖和 支护 工作 ，尽量减少 围岩暴露时间 ，开挖一榀钢 架的距离立 即进 行喷射砼施 工 ，同时做到 仰拱及时封闭成环 ，二次衬砌施作紧跟，尽 快形成强支护 。 (2)黄土隧道施工时须加强地 质变化及 初期支护变形情况 的监控 ，地质较差低段 ， 重视超 前小 导管 及锁 脚锚管 双液 注 浆工 作 ，及时施 作仰拱 ，以尽早形成结构 的封 闭 受 力体 系，弥补衬砌 不能马上施作而 形不 成复合 受力结构 ，有效控 制隧道大变 形和 坍方事故 的发生。 (3)衬砌确 保不渗 、不 漏 ，应严 格做 到 “以防为主 、防排结 合”的治水措施，涌水地 层需采用全断面(包括 仰拱)铺挂防水板措 施 ，必要时加 强二、三级防水措 施 ，做好排 水盲沟 ，确保排 水畅通。 (4)地 下水及地表水 下渗均会对洞身及 施工的危 害很 大 ，应采取 可行的施工抽排 水措施 ，采用井 点降水或分级 抽水方式可 防止边墙掏空 、黄土浸泡等病害发生 ，有利 于黄土层失水 固结 ，特别需要注 意的是井 点及积水坑的 设置应远离拱脚 部位 ，防止 边墙 拱脚部位 被水浸泡 ，导致 初期支护型 钢钢 架支立面 不稳 而塌方 ，确 保施 工安全 及施 工质量 。 (5)加 强围岩及地表量测 ，现场监 控量 测是判断围岩 的稳定状态 ，保证施工安全 、 指导制 定施工方案 ，提供 设计信息 的重要 控制手段。通过监控量测 ，动态的掌握支护 结构的稳 定性 ，了解支护结构的受 力情况 ， 量测信 息反馈到施工 中 ，便于及时调 整施 工方案及 支护措施 ，确保 工程结构 的安 全 与质量 。 形允许量相对较小 ，一旦变形增大 ，就可能 失稳，从而破坏 围岩 ，使荷载全部压在初期 支护上 ，造成拱 顶与地表 下沉及开裂。 (2)为控制初期支护 的较大的变形 ，避 免侵限甚至塌方，在隧道洞 口及洞 身浅埋、 偏压 段 、含水量较 大等特殊地段 的黄土隧 道 ，对初期支护参数应进行适 当加 强。宜采 用刚度较大 的钢 架，而不 宜采用格栅。 (3)新黄土隧道初期支护收敛变形量较 大 ，与 土体松软、分部开挖扰动 有关。但正 常情况 下初期支护未 发生开裂 ，这说 明一 般情况下 ，初期 支护的强度没问题 ，关键在 于根 据 实际 情况调 整 初期 支护预 留变 形 量 。并根据黄土类型、埋深 、含水量等不同 ， 采用不 同的预留变形量。 (4)从郑西施 工情况来 看，老黄土隧 道 实际收 敛变形量普遍较 小 ，新黄土隧道普 遍较大 ，但 有一个共同的特征 ：仰拱封闭成 环后收敛 变形量趋于稳定。因此 ，要尽量缩 短台阶长 度，减少 围岩暴露时 间，在施工工 序允许的条件下 ，以最短 的时 间封闭仰拱 ， 使结构封 闭成环 。 (5)从沉降观 测资料分析 ，拱顶下沉及 周边收敛主要 发生在 各分步 开挖、支护过 程 ，仰拱初 支闭合后在短时 间内即趋于稳 定。因此 ，有效的控 制变形的手段是控制各 分步开挖 、支护过程 中的变形 。应根据不同 的工程地质及 水文地质情 况，采用增加锁 脚锚杆 、增大大 拱脚 、钢架底部采用槽钢纵 向连接 、增设临时仰拱等措施控制变形 。 (6)对于浅埋黄土隧 道 ，不但要做好相 应的防排水系统 工程 ，加强施工用水管理 ， 保持洞内排水畅通 ，并妥善处理好陷穴、裂 缝 。还要对地表进行全封闭防水处理 。从贺 家庄及其他浅埋黄土隧道地表沉降观测来 看 ，雨后地表下沉量会有明显增加 。应在浅 埋黄土地 段 ，增加对 地表 进行全封 闭防水 处理。可采用活动棚架防水 、地表灰土封闭 等处理措 施。 (7)施工时应及时发现一些隐患 ，如地表 对线路有影响的陷穴、陷坑 应及时 回填；对 地形偏压 、人工 回填土层等应谨慎施工；洞 内施工时应加强施工支护或进行超前支护 。 1O 结语 超大 断面黄土 隧道设 计与施 工 ，在 国 内是首次 ，有很多技术 问题需要解决 ，如围 岩压 力计算及深浅 埋分界 问题 、大 跨黄土 隧道 基础处理 与工后沉降问题 、拱 部系统 锚杆的作用、大跨黄土隧道施工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 等。本 文仅就大断面黄土 隧道浅埋偏压病害的处 理技术做一简单介绍，旨在提醒大家注意 大断面黄 土隧道的 病害成 因，同时 给同类 型隧道病害提供一些参 考意见。 9 收获与 体会 针灸治疗溃疡性结肠炎昆山之路icu常用仪器的管理名人广告失败案例两会精神体会 (1)大断面黄土隧道采用新奥法原理设 参考文献 计施工，从现场施工情况看，新奥法原理对 n】中华人民共和国行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 【s】．京沪高速 于深埋大断面黄土隧道，是适用的。但浅埋 铁路设计暂行规定 ，2004，12． 大断面黄土隧 道普遍 出现裂 缝 ，存在拱顶 【2】崔玖江 ．隧道与地下工程修建技 术fM】． 下沉量较大的现象，表明隧道顶全部荷载 科学出版社，2004，9． 作用在支护结构上，围岩基本无 自承 能力。 [3】铁道部工程设计鉴定中心 ．高速铁路隧 新 奥法 “围岩 变形成 拱 、自稳 支撑 围岩压 道【M】．中国铁道出版社 ，2006，l1． 力”的原理对于浅埋大断面黄土隧道 ，应修 改为“严格控制 围岩变形，保护 围岩”。因黄 土竖 向节理发育，土壤颗粒间黏结性差 ，变 科技资讯 SOIENCE ＆ TECHNOLOGY INFORMATION 69 Text5: Text6: