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寺铺尖隧道突发性断层塌方处理措施

来源：华拓网

　　　　　　　　西部探矿工程

　　　　　　　　　　2002年增刊(001)　　　　　　　　　　May2002

WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERING

文章编号:1004—5716(2002)增刊(001)—220—02中图分类号:U45813　文献标识码:B

寺铺尖隧道突发性断层塌方处理措施

杨玉刚,晁庚奇

(中铁十八局集团有限公司,天津300222)

摘　要:介绍了突发性断层塌方情况、原因、处理措施和效果,为类似工程提供借鉴。关键词:突发;断层塌方;处理措施

1　工程概况

小导洞用泵送混凝土形成护顶,或采用现场三臂液压钻孔台车打孔泵送混凝土做护顶。

第二种方案:采用美国英格索公司KR1804-12型管棚钻机施作大注浆棚。

第三种方案:采用󰂡42mm小导管及迈式锚杆结合注浆。第一种方案适用于塌体覆盖层较薄,在混凝土护顶下开挖人员安全,且护顶可做护拱,避免继续塌方对支护及永久衬砌的冲击,对结构安全有利。

第二种方案管棚钻机利用套管与钻杆同时同步冲击回转钻进,深度达30m以上,可一次跨过断层,且套管跟进防止塌孔、卡钻,操作安全,很适宜现场情况。但此钻机远在其它工点运输不便,机械费昂贵。

第三种方案打小导管容易塌孔,遇到孤石易弯曲,有效长度短,且用量大。迈式锚杆自带钻头,自进不堵孔,可以弥补小导管的不足,但从锚杆顶部出浆,固结范围小,费用较高。两者结合效果较好,另外,注浆前需封闭掌子面做止浆墙。

3.2　实际施作

朔黄铁路是国家“九五”计划的重点工程,是继大秦、侯月铁路之后兴建的又一条“西煤东运”大通道。这项跨世纪的宏伟工程对开发西部资源、促进西部发展有着极其重要的作用。寺铺尖隧道为朔黄铁路“三桥三隧”六大重点控制工程之一,全长

07m,位居国内第四位,是控制全线的两座长大隧道之一。我

集团公司承担施工的出口段长3255m,总造价106万元,于

1996年8月6日开工,1999年10月15日竣工,历时38.5个月。2　塌方原因及断层情况

1998年2

月13日,隧道掘进至DK156+

330处,掘进2090m,

埋深

920m,掌子面前

方由于地质构造原因发生突发性断层塌方,角砾状的塌落物为松散颗粒,在水的作用下成碎屑

(主要成份为高

图1　坍塌纵断面示意图

施工中首先采用第一种方案,但在拱顶打小导洞施工不方便,也不安全,而且可能因扰动围岩扩大坍塌范围。因此采用三臂液压钻孔台车打孔,一次只能打5m深的孔,孔径为󰂡102mm,长于5m需要加长钻杆。共在拱部向上打了3个孔,深度分别为

10m、11m、12m。由于混凝土输送管为󰂡150mm,与󰂡102mm孔

岭土),同时伴有大块塌落物,塌体将塌方口封死,该处地下水丰富,1998年2月14日涌水量达6000mΠd,后逐渐减少保持

需要用󰂡90mm管变径,这样便形成瓶颈,加之钻杆加长后稳定性差,打出的孔道为波浪曲线,泵混凝土发生了堵管现象,后泵水泥砂浆也堵,施工被迫停止。

后改为第三种方案,即在开挖轮廓线以外用小导管和迈式锚杆结合注浆,采用短进尺,钢格栅支撑,模喷混凝土支护。拱顶塌体较薄地段用上述方法施工,造成塌方口外露,这时采用泵送混凝土形成护顶,再按上述方法开挖及支护。

3.2.1　施工工艺

3.2.1.1　台车结合人工打小导管及迈式锚杆

2000mΠd。在山体里坍塌形成的洞穴示意图见图1。

3　塌方处理方案

根据塌方空洞高度,塌方未稳定,首先要对塌体进行固结。开挖采用正台阶法,保留核心土环形分部开挖,人工清碴,个别孤石采用弱爆破。初期支护采用超前小导管或迈式锚杆注浆,格栅支撑,模喷混凝土。衬砌采用Ⅱ类围岩标准加结构钢筋。

施工时要遵照“管超前,短开挖,强支护,勤测量,适衬砌”的原则进行。

3.1　固结方案比选

小导管采用󰂡42mm的有缝钢管,壁厚3mm,长度6.0m。小导管加工见图2。

迈式锚杆自带钻头,可防止塌孔,起到锚杆和注浆导管的双重作用。锚杆长6m,钻头直径󰂡42mm,技术参数见表1。

对起拱线以上塌体进行固结,固结方案有以下三种:第一种方案:在开挖轮廓线上部(3m以上)开挖2m×2m的

2002年　　　　　　　　　　　　　　杨玉刚,晁庚奇:寺铺尖隧道突发性断层塌方处理措施增刊(001)

表1　采用的迈式锚杆技术参数表

型号

内外直径抗拉力屈服力

(dΠD)(kN)(kN)

(mm)20Π32

280

220

221

抗弯屈服

强度强度σ(NΠmm2)(NΠmm2)

480

600

单位

重量(kgΠm)

3.6

锚杆

垫板

(mm)150Π150Π8

锚杆

螺母

(mm)sw=46H=40

R32

3.2.1.2　施作止浆墙

喷20cm厚混凝土,封闭塌体。3.2.1.3　小导管及迈式锚杆注浆

涌水量大的地段采用双液注浆,水泥的水灰比为1.25∶1～0.5∶1;水玻璃的模数以2.4～2.8为宜,水玻璃浓度40Be,水泥、水玻璃体积为1∶1～1∶0.3。

根据注浆机的压力及塌体情况选定注浆半径r=25cm,两圆

相交长度取30cm,孔距a=2r2-(DΠ2)=40cm,排距c=r+bΠ2=40cm。

小导管及迈式锚杆三层,外插角分别为12°、15°、18°,保证有效长度4m。

导管及迈式锚杆布置见图3。注浆半径、孔距选择见图4。

图4　注浆半径、孔距选择图

3.2.1.5　泵送混凝土作业

在DK156+336位置,进行小导管注浆后开挖,拱顶形成空

洞。发现此处坍塌体覆盖层在拱顶上部分很薄。这时对空洞四周进行喷混凝土加固,封堵空洞口,采用泵送混凝土,在开挖轮廓线外施作混凝土板状护顶,泵送混凝土100m3,护顶厚3～4m,上部做1～2m缓冲层,同时对拱脚以上塌体部位进行导管注浆。泵送混凝土要保证连续灌注,采用输送管长度控制混凝土厚度,并及时施作缓冲层。下部开挖每循环为1m,架设钢格栅,喷混凝土支护通过。3.2.1.6　施工工艺流程(见图5)

图2　小导管加要示意图

图5　施工工艺流程图

4　实施效果及体会

(1)整个处理过程无人员伤亡;衬砌前支护下沉8mm,且不

图3　导管及迈式锚杆环向布置图

3.2.1.4　开挖及支护

开挖采用预留核心土,人工风镐清碴。进1.0m,立4榀钢格

栅,格栅间距25cm,格栅与迈式锚杆及小导管点焊成整体,立模喷混凝土,保证喷层厚度25cm,养护。待强度满足要求后进行下1m的开挖,循环上述工序,支护3m后施作小导管及迈式锚杆。

为确保安全,要严格控制开挖进尺,不能冒进。保持塌体的安息角。拱脚处扩大30cm开挖形成大拱脚。

再下沉,表明支护稳定;2.5个月上弧导通过断层,比预计提前1个月。综上所述,用这种方法处理花岗岩地段断层塌方效果较好。

(2)在突发性断层塌方后,要首先进行断层探测,搞清断层范围及性质,不可轻易出碴,否则破坏塌体安息角会造成更大的塌方。

(3)断层处理,在形成塌方漏斗前可采用大小管棚结合注浆钢支撑加固等办法通过;形成塌方漏斗或塌体覆盖层较薄地段,可采用泵送混凝土形成板状混凝土护顶。

(4)用小导管注浆处理双线铁路隧道大塌方,与传统的插板法、盾构法及明挖法相比,具有工序简单、安全可靠、施工进度快、节约材料、降低成本等特点。

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