注浆综合处理在隧道塌方中的应用.doc
【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流注浆综合处理在隧道塌方中的应用.精品文档.注浆综合处理在隧道塌方中的应用何天牛提要通过对京珠国道主干线粤境高速公路上的大宝山隧道左线进口段采用注浆、喷砼等综合处理，塌方引起的地表开裂、塌陷得到了遏制，经过近一年的观察，效果良好。关键词注浆支护塌陷隧道APPLICATION OF THE INJECTION GROUTING COMPREHENSIVE TREATMENT ON THE TUNNEL COLLAPSINGHe Tianniu(No.2 Institute of Highway Investigation and Design, Ministry of Communication)Abstract By the adoption of the comprehensive treatment of injection grouting and concrete spraying etc. at the entrance section of Dabaoshan left tunnel line of freeway in Guangdong province of the main line of Beijing-Zhuhai national highway, the land fall induced surface cracking and collapsing have been prevented. Through observations of about one year duration, it is seen that the effect is good.Keywordsinjection grouting; retaining; collapsing; tunnel1工程概况由交通部第二公路勘察设计院设计，铁道部十一局、十二局施工的大宝山隧道位于北京至珠海国道主干线粤境高速公路上甘塘至翁城段内。里程桩号为ZK139+920(YK139+940)ZK141+500(YK140+520)，系全长1560m的双线六车道高速公路隧道。1994年10月开工，现在两洞已贯通，完成衬砌部分近三分之一。该隧道除进口段见少量泥质粉砂岩外，其余围岩为微风化灰岩，快到隧道出口段灰岩含炭增高局部夹黑色炭质页岩。隧道左线进口段原定类围岩，但在开挖时，从ZK140+002ZK140+017段溶洞较多，大小不一，形状各异，充填物一般上部是水，中间是泥，底部是砂。在桩号ZK140+002处右侧拱腰部有一溶洞，大约3.5m3，溶洞内周围岩层破碎，但石质坚硬，产状近水平。1995年10月27日晚在ZK140+017处爆破作业后在左侧隧道拱腰部又发现一大溶洞，洞内充满水和黄褐色亚砂土，部分呈稀泥状，一经爆破约20m3泥砂塌入隧道内。1995年10月28日下午由监理、我院设计代表和施工单位技术人员共同研究决定对塌体进行喷砼封闭。1995年10月29日凌晨2时40分正当喷砼封闭时，顷刻之间又塌方约2500m3左右，从隧道ZK139+958ZK140+017段均填满塌方的粘性土和泥水，同时，在隧道顶上山体地表ZK140+019左侧地表下陷一个8m深、长轴直径12m的椭圆形大坑，见图1。图1大宝山隧道进口段平面1995年11月4日针对上述情况经多方商讨决定并实施了以下措施：a.对该段加强初期支护，增加原设计早强砂浆锚杆数量，选用长L=4m，直径=22mm钢材呈梅形布置，间距1.0m；b.增加喷砼厚度，把原设计5cm厚喷砼改为25cm，并铺设双层6mm钢筋网；c.沿隧道纵向在塌方段上方土体(残、坡积及全风化砂岩层)与开挖掌子面交界处打入108mm无缝钢管并注入水泥水玻璃浆液，作长管棚支护，间距40cm；d.在左侧拱腰部溶洞处横向打入42mm小导管、间距40cm，注入水泥水玻璃浆液，固结溶洞里塌体；e.在塌体上采用先拱后墙法修筑横模注砼，同时，由拱脚标高处向下打入42mm小导管，间距40cm，增设钢筋托梁防止拱下沉；f.从ZK140+015开始架设ZOb工字钢梁、间距0.6m，把原定类围岩改为类；g.对隧道上方山体地表塌陷的大坑用砼封闭防止地表水入渗，同时把大坑向山体下方开挖了排水沟，把坑内积水及时排出隧道左侧山沟中。由于隧道塌方段左侧墙为塌陷的土体，右侧为微风化灰岩(见图2)，施工时对于土体每次开挖不得超过0.5m，岩石开挖采用人工风钻(镐)打孔，控制爆破等措施，现场24h监测，非常小心谨慎的施工，即使对于坍塌段采用上述7条措施和安全谨慎的施工，仍然出现问题。1995年12月1日发现经过上述7条措施形成的初期支护开裂，3条裂缝在ZK140+023处与拱中线约呈45°左右裂开，见图3。裂缝宽约10mm左右，长过10m，并且在山体地表原塌陷上方，桩号ZK140+045处有一条长20m，宽10cm的大裂缝，裂缝走向与隧道轴线近直交(见图1)。图2隧道地质横断面2分析问题，找出原因隧道左线进口段塌方体的处理虽然花费大量的人力、物力、财力，但仍然出现了初期支护开裂，地表裂缝。通过这一现象可以看出原处理措施未搞清塌方体的性质、规模和预测其发展趋势。只是把塌体当成静止不变的事物来处理。1995年12月上旬通过对塌方段进行重新物探。物探结果表明塌体是灰岩中一个溶蚀漏斗，漏斗中填充了大量的残坡积粘性土，隧道左侧墙正处在塌体(漏斗)底部，当左线隧道左侧墙开挖爆破时揭穿了漏斗底部的灰岩形成了塌陷通道，使上大下小的漏斗中的松散土体在自重的作用下顺漏斗通道向隧道内涌入，造成顷刻之间塌方，从漏斗中塌入的粘性土可以看出似浪状，像挤牙膏似的挤入隧道的样子也证明了这一点。图3拱顶注浆孔平面及断面示意注：图中尺寸除高程以m计外，其余均以cm计。由此可见，山体地表拉开的裂隙，隧道内的塌方以及隧道初期支护开裂等现象说明溶蚀漏斗中土体处在不稳定状态，蠕变渐变状态，对隧道初期支护产生了巨大的偏压，初期支护抵挡不了巨大偏压而造成开裂和位移。因此，只有先从地表进行封闭处理塌陷区域，填注裂缝，防止地表水入渗，然后对隧道内坍塌度进行大范围、深层次的注浆处理，才能防止塌体继续下滑给隧道初期支护带来偏压，影响隧道的安全。3注浆综合处理方法与过程3.1对山体地表塌陷范围的处理从图4可以看出塌方地表至隧道顶板高度为50m左右，即ZK140+010+035埋深50m左右，要使塌方体控制下滑必须首先对地表打孔注浆先固结地表以下大部分松散土体。为此我们从ZK140+005+040段长35m，宽15m范围内打了大量的注浆孔，孔间距为2m见方，钻孔深30m左右，孔径48mm，注入水泥水玻璃液。水泥标号为415号，水玻璃35玻美度，初凝时间1h，注浆压力从1MPa开始，在隧道内见到浆液为止。图4大宝山隧道左线进口段工程地质纵断面3.2对山体地表开裂部位处理对地表塌陷范围处理好了以后，紧接着对塌陷上方地表开裂处进行处理。山体在ZK140+045处为什么开裂，且裂缝走向与隧道轴线近直交，显然是由于溶蚀漏斗中的松散土体往下塌陷拉裂了边缘的山体所致，因而要控制裂缝的发展必须控制塌体下塌，同时裂缝发展也加重了塌体的下塌，因为裂缝的扩大一可以加大了塌体的范围，二可使山体上方的地表水、地下水顺裂缝渗入溶洞中。为此，我们设计对山体从ZK140+043+048处开裂带先挖深40cm后再夯实，夯实后修筑宽60cm，高40cm的浆砌片石截水沟，截流山体上方的地表水并引流到隧道左侧的山沟中。同时对原塌陷大坑前期用水泥砂浆封闭后因继续下塌所形成的裂隙用水泥浆再一次封死。作完上述工作以后，对裂缝前面(即ZK140+045上方)打入一排钢管桩(见图4)；钢管桩直径=48mm，花管状钢管桩打入深度视见基岩深度而定，一般在35m左右，桩尖嵌进微风化灰岩中0.5m以上。钢管桩打完后在钢管内注入水泥水玻璃浆液，注浆压力从1MPa至2MPa。注浆后使山体在ZK140+045以上形成了一个厚的连续墙体。一可阻挡山体向下滑移，二可防止地表、地下水直接入渗隧道内。3.3隧道内左侧墙塌方段注浆处理对山体地表塌陷区和裂缝处理以后，接着在隧道内对塌方段进行注浆处理。注浆孔位布置见图3。注浆孔分为1#孔和2#孔，1#孔孔深2m，2#孔孔深6m。密度为150cm×130cm，孔径为48mm，孔内插入32mm有孔径5mm花管。注浆分两阶段实施，第一阶段先打1#孔，进行浅部注浆，固结土体(塌体)与岩面交界面；固结围岩岩体与初期支护背后部分土体。1#孔注浆压力从小至大，从0.5MPa开始，终止压力2MPa。第二阶段，在1#孔注浆全部完成以后，再打2#孔，2#孔注浆压力从小到大，终止压力4.0MPa。注浆液采用水泥水玻璃浆液，初凝时间调为2040min，水泥采用415号，水玻璃为35玻美度。4注浆质量检测、观察隧道内塌方段和隧道山体地表塌陷、开裂处理后，为了检查注浆质量是否达到预想的结果，采用了地质雷达对注浆范围进行探测。探测结果隧道内左侧墙拱顶塌方段注浆表层以上已形成4m厚的壳体；地表山体塌陷段注浆范围从地表以下已形成2535m深度的坚固土体，而且原塌体与周边岩、土层有了明显的胶结状过渡带，达到了固结塌体与周边岩土体的目的，塌体本身也得到了固结。观察初期支护几个月来，原开裂的裂缝没有扩大，注浆后裂缝均被浆液充填、封闭。1996年经过广东雨季观察至今未发现拱顶滴水、渗水，现衬砌好半年多，洞内开爆、平整，效果良好。5结束语通过对大宝山隧道塌方处注浆处理这一事例，可以看出要使注浆处理塌方达到预想的效果，做到优质、快速、经济，首先必须搞清塌方的主要原因，塌方段周边的地质环境，塌体性质、工程性质、预测塌体的发展趋势；然后才能制定出有效的注浆处理方案。要防止地表山体开裂，塌陷范围扩大，山体下滑，必须控制塌方体继续发展，要控制塌方的发展，必须加强塌体与周边岩土的联系性、整体性；必须加强塌体与周边岩土、初期支护、围岩的整体性；使围岩塌体、初期支护、衬砌连成一体，才能达到良好的受力结构，增加围岩的自拱能力，确保隧道的安全。当然，要使注浆质量适宜塌方地层，工程条件、达到注浆的效果，对注浆的配方、浓度、压力、注浆方式、阶段、程序等应进行探索、观察、试验、检验、调整才能找到一条适宜的途径，取得注浆的效果，达到控制塌方、确保工程安全的目的。作者简介：何天牛，男，43岁，高级工程师，主要从事公路隧道、桥梁、道路工程地质勘察工作。作者单位：(交通部第二公路勘察设计院武汉市430052)
