1 工程概况
宜万铁路金子山隧道岩溶处理工程位于湖北省利川市西约 10km,隧道起讫里程 DK264+879~DK271+714,全长 6835m,是宜万铁路十三座复杂隧道之一.该隧道2006年10月27日,施工单位通过1#横通道从大里程向小里程方向掘进,掘进至ⅡDK265+318.5 掌子面,发生突泥,溶腔充填物填充正洞 18.7m,填充横通道 8.5m,突泥约 900m3.造成ⅡDK265+310~321 里程对应地表塌陷,陷坑平面尺寸为 11m 长,7m宽,11m深.
2 工程地质
根据超前地质预报及现场施工情况综合分析ⅡDK265+292 掌子面超前钻孔探测结果及突泥情况,ⅡDK265+304~+340 隧道上方发育岩溶漏斗,岩溶漏斗内充填碎石土,松散 ~ 中密状.该岩溶漏斗发育在洞身范围为DK265+304~+320,其余地段为灰岩,较破碎夹泥.
3 施工措施
3.1 ⅡDK265+300~+301处施做1m厚C20砼止浆墙.
3.2 ⅡDK265+300~+335段采用加固圈5m超前帷幕灌浆.
3.3 ⅡDK265+300~+340 段拱部采用一环 Ф108 超前管棚预灌浆支护,管棚长40m,环向间距0.3m.
4 超前帷幕灌浆施工技术
4.1钻孔.4.1.1钻孔布置.灌浆孔位布置为以隧洞中心为圆心,向外分环在掌子面上布孔,每环孔间分两序,先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔.
4.1.2 制作安装孔口管及孔口装置.每个超前灌浆孔首先要钻设D=Φ110mm、L=3m 的预埋孔,埋入内径 D=Ф108mm、L=3.2m 的无缝钢管,壁厚d=5mm,孔口焊有法兰盘便于安装高压阀门、孔口冒等.该孔口管外露20cm.
4.2灌浆.4.2.1灌浆方式.采用全孔终孔后,孔口封闭,孔内循环,全孔一次性灌注,射浆管下至距孔底不超过50cm.4.2.2灌浆压力.灌浆压力采用1.0~2.0Mpa.4.2.3灌浆结束标准.在达到设计灌浆压力下,当灌浆孔段注入率不大于 1.0L /min 时,持续灌注 10min 后即可结束灌浆作业.4.2.4封孔.4.2.4.1所有超前灌浆孔、检查孔等均进行严格的封孔处理.4.2.4.2灌浆孔与检查孔的封孔应紧接着灌浆或压水结束时进行.封孔采用"置换和压力全孔灌浆封孔法",用水灰比 0.5:1 的浓水泥浆进行封孔,压力采用超前灌浆最大压力.4.2.5特殊情况处理.4.2.5.1灌浆段注入量大,灌浆难于结束时,可选用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施,或者采用水泥砂浆、掺加外加剂等方法.4.2.5.2当灌注即时涌水孔和孔内涌水段结束后,可采用用孔口装置进行闭浆待凝.待凝时间不少于24h.4.2.5.3埋管时和灌浆过程中掌子面个别部位冒浆,如果冒浆量较小,可不作专门处理按正常灌浆方式灌注至达到灌浆结束标准;如果冒浆量大可采取表面封堵、调整浆液配合比、低压、限流灌注等措施.为了保证灌浆质量原则上不得采取待凝复灌的措施.
4.3灌浆质量检查.灌浆质量检查以钻孔压水检查和超前地质预报及雷达测试并检,同时结合钻孔、灌浆等各种记录资料的综合分析,灌浆压力和灌浆量变化是否合理,是否达到设计要求.
5 管棚施工技术
超前大管棚的施工是在超前灌浆结束经检查符合要求后,通过预埋的导向管或直接对周边进行钻孔,钻孔到设计深度后安设大管棚并进行灌浆,以形成超前刚性支护体系.
通过对大管棚进行灌浆加固,首先是增加大管棚的支护刚度,再就是通过对大管棚灌浆用以加固管棚周围的淤泥质粘土等不良地质围岩,形成连续密闭管棚喇叭桶形支护结构,避免或减少施工期间不良地质围岩对施工空间构成的危险,并与钢拱架结合以达到横纵支护支撑的作用.
5.1技术要求.5.1.1大管棚采用φ108mm,壁厚9mm的无缝钢管加工,每节长2m、3m.管与管间以丝扣连接,丝扣长度不小于15cm.5.1.2大管棚内安装钢筋笼,钢筋笼主筋采用 4 根 φ22 螺纹钢筋,采用φ42mm(壁厚 3.5mm,长 5cm)作固定环,固定环间距 2m,采用电焊点焊.5.1.3大管棚导管钻灌浆孔,孔径10mm,间距15cm,梅花型布置,尾部留有 90cm 的止浆段.5.1.4 钻孔直径不小于 φ130mm,外插角 3°,大管棚环向间距为 30cm.5.1.5 大管棚灌浆水灰比采用 1:1 浆液,灌浆压力 0.2~3MPa,灌浆结束后采用 M30 水泥砂浆充填钢管,以增强管棚强度.
5.2管棚施工技术.5.2.1钻孔.该工程中钻孔采用MZ-120型锚固钻机,低风压冲击器成孔.5.2.2安装大管棚.5.2.2.1大管棚第一节管头割焊成圆锥形,便于入孔.5.2.2.2棚管顶进采用大孔引导和施工棚管机械相结合的工艺,即先钻大于棚管直径的引导孔(Φ 130 mm),然后可用10 t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进或利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管.5.2.2.3所施工大管棚应满足受力要求,相邻钢管的接头应前后错开.同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1 m.5.2.2.4管棚内安装钢筋笼,钢筋笼可以在安设大管棚时分节安设,这样便于下设.
6 超前大管棚施工探讨
6.1管棚施工操作室.无论是大小管棚的施工均应设管棚操作室,如果在开挖线以里做管棚势必要造成部分管棚侵入开挖线,这就直接影响了管棚的支护效果.操作室一般至少选在横向0.5m以上,纵向3m以上为宜,具体施工要根据具体设备、环境等情况而定.
6.2超前大管棚的成孔.超前大管棚的成孔主要跟超前灌浆处理效果、灌浆盲区、地质情况、设备情况等有主要原因,为了保证管棚孔按技术参数准确顺利的完成,在施工前一定要检查研讨该段的地质条件和超前灌浆效果,为了避免出现不合格的管棚孔,无论是直接施工管棚还是超前灌浆后再施工管棚的,建议在施工管棚的区域布设一环加强超前灌浆孔,这样做一是弥补灌浆盲区的缺陷,二是再次加强管棚施工区域的围岩,从而保证成孔技术参数的准确性,防止出现管棚侵入开挖线、钻孔平交、立交等事故.
各种施工设备的技术参数控制性不一样,在选择管棚施工设备时应着重选用性能比较优越的,如果条件允许可选用日本产 RPD-150C型钻机、德国产 KR804 型钻机等,当然国产 ZYG-150 型钻机、MZ-120型钻机及各种地质钻机等也是完全可以满足施工要求的.无论什么钻机施工钻杆都会受地心力的作用而下耷,所以在管棚孔施工时要考虑地心力和隧洞坡度的影响而适当调整外插角1°~2°用以避免管棚侵入开挖线.
6.3超前大管棚的安装.管棚在安装时由于用设备顶入或在冲击振动下下入,从而造成管与管间的连接丝扣比较容易松动,在施工中建议多注意观察,防止因丝扣松动而造成管棚脱节,影响管棚的支护效果.
结束语
宜万铁路金子山隧道岩溶段的处理,为宜万铁路的顺利施工奠定了坚实的基础,增加了施工安全度,提高了隧道的长期稳定性,具有显着的经济效益和社会意义.
超前灌浆结束后,该大管棚钻孔可作为前方地质预报和超前灌浆质量的检查,其地质资料可为洞身开挖提供依据.
在该岩溶段处理后开挖顺利进行,效果比较理想,目前该岩溶段已经顺利开挖贯通.
长大管棚超前支护施工技术具有很强的技术性,施工中要严格按技术要求施工.
隧洞地质灾害段一般可采取超前灌浆和超前管棚与钢拱架相结合的施工方案进行处理.
