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1施工方案的確定
隧道主井側(cè)產(chǎn)生的塌方原因?yàn)闂冀M、裂隙溶蝕形成直徑7m左右的溶洞,從地表至隧道迎頭作業(yè)面垂高為55m,坍塌物為第四系紅褐色黏土夾孤峰組硅質(zhì)巖碎石,偶見直徑為1.5~2m孤石,滴水,具有一定流動(dòng)性。主井側(cè)共發(fā)生2次大規(guī)模塌方,每次溶洞突出的充填物沿隧道十余米,由于溶洞穿過(guò)整個(gè)隧道作業(yè)面,塌方影響范圍大,坍塌物自身承載能力差,參考國(guó)內(nèi)南昆鐵路某隧道和紅巖隧道通過(guò)軟弱地層施工先例,結(jié)合本工程實(shí)際,采用工作面預(yù)注漿加固塌方松散體+加強(qiáng)型管棚超前支護(hù)。支護(hù)工藝見圖1。主井側(cè)隧道塌陷區(qū)治理過(guò)程隧道選鐵廠側(cè)最開始在作業(yè)面塌方形成高5~6m塌落空洞,隨著塌落空洞向上發(fā)展,隧道內(nèi)形成長(zhǎng)約10m,寬8m,傾斜角度為45°左右直通地表的塌陷區(qū)。在地表形成長(zhǎng)3.5m、寬3.5m、陷落5m的塌陷坑,與隧道內(nèi)部貫通,垂直落差為24m,沿隧道走向水平跨度約22m,坍塌物為第四系紅褐色黏土夾1~3m灰?guī)r孤石,無(wú)水,自穩(wěn)能力較強(qiáng),作業(yè)面塌落空洞已被上部坍塌物填滿,根據(jù)坍塌物特點(diǎn)選用加強(qiáng)型管棚超前支護(hù)通過(guò)塌陷區(qū)。選鐵廠側(cè)隧道塌陷區(qū)治理過(guò)程。
2注漿加固地層
隧道兩側(cè)雖然都為塌方體,但考慮到主井側(cè)坍塌物為硅質(zhì)碎石和紅褐色黏土,流動(dòng)性大,主井側(cè)溶洞坍塌處選擇先進(jìn)行工作面預(yù)注漿,增加坍塌處的支撐力。設(shè)計(jì)將坍塌物清理至永久支護(hù)與溶洞接觸面后建止?jié){墻注漿,但因注漿所穿過(guò)的圍巖為松散坍方體,溶洞直通地表高度超過(guò)50m,坍塌物含水,流動(dòng)性大,施工過(guò)程中發(fā)生多次小規(guī)模塌方,后將設(shè)計(jì)改變?yōu)榍謇碇岭x接觸面4m處建0.9m厚止?jié){墻開鉆注漿,止?jié){墻與坍塌體間進(jìn)行回填。鉆孔施工順序:首先在離底部1m高水平打3個(gè)減壓孔,用于頂部鉆孔和注漿過(guò)程中水和氣體排出;其次,施工1?!?6#注漿孔,鉆孔從中心線向兩側(cè)按水平外插角0°~15°、垂直外插角35°~45°打孔;最后,施工17#~22#注漿孔,中心線向兩側(cè)方向按水平外插角0°~15°、垂直外插角0°打孔。鉆孔布置見圖2、圖3。工作面預(yù)注漿采用鉆機(jī)一次打到棲霞組灰?guī)r穩(wěn)定圍巖后,后退式注漿??咨?5m左右,孔口直徑為75mm,漿液類型以水泥單液漿為主,內(nèi)加速凝劑。速凝劑摻量為1%~3%,注漿終壓為5~16MPa,凝結(jié)時(shí)間為1~2d,擴(kuò)散半徑為1.5m。隧道內(nèi)部施工的同時(shí),在地表塌陷處采取遮蓋、引流等措施減少水流進(jìn)入,預(yù)防水軟化坍塌物,進(jìn)一步弱化其自穩(wěn)能力,定期觀測(cè)塌陷處變化情況。在注漿一周后,坍塌物含水量減少,部分顆粒被水泥膠結(jié),流動(dòng)性減小,自穩(wěn)能力增強(qiáng),符合超前管棚支護(hù)條件。
3加強(qiáng)型管棚支護(hù)
采用加強(qiáng)型管棚支護(hù)地段為:塌方段主井側(cè)7m處、選鐵廠側(cè)26m處。根據(jù)坍塌物性質(zhì)的不同,利用鉆機(jī)沿隧道開挖邊線打75mm、孔間距0.8~1m的鉆孔,打至相對(duì)穩(wěn)定圍巖,然后將60mm×(4000~8000)mm長(zhǎng)度不等的鋼管插入塌方體中形成臨時(shí)支護(hù)。在鋼管插入范圍內(nèi)采用小型挖掘機(jī)、人工或風(fēng)鎬自上而下開挖坍塌物,沿隧道前進(jìn)方向清理出0.6m后立刻架設(shè)鋼支架,使鋼管與支架緊密接觸,并在已有長(zhǎng)鋼管間人工打入60mm×(2000~3000)mm短鋼管,管間距為15~20cm,形成管棚。每隔50cm架設(shè)一架鋼支架,將鋼管與支架焊接形成整體。每架設(shè)6架管棚進(jìn)行一次永久性支護(hù)。隧道已完工段永久支護(hù)與塌方段接頭處施工處理:已開掘段永久支護(hù)隧道斷面比塌方段挖掘斷面小,接頭銜接困難,采用返回式施工方法解決。沿已有永久支護(hù)邊緣按10°外插角插入60mm×(2000~3000)mm鋼管,按每50cm架設(shè)一架鋼支架,在6#鋼支架沿隧道開挖邊線垂直作業(yè)面打入2~3m鋼管,按5?!?#順序拆除鋼支架,并沿新鋼管邊線回挖至隧道設(shè)計(jì)開挖邊線,重新架設(shè)5?!?#鋼支架5返回式施工示意先施工頂部鉆孔,插入鋼管后施工兩側(cè)鉆孔;管棚內(nèi)部塌方體要小斷面由上至下開挖,隧道頂部拱形完整斷面挖掘出后,先進(jìn)行鋼支架架設(shè),然后開挖底部塌方體,架設(shè)腿部,形成鋼支架整體;開挖過(guò)程中保持鋼管至少有20cm插入圍巖,否則打入新鋼管后再開挖,并確保鋼管接頭有20cm重合部分,特別是位于作業(yè)面的鋼支架,要全部加固好后再對(duì)這一部分坍塌物進(jìn)行開挖;塌方處施工要求在最短時(shí)間內(nèi)通過(guò),當(dāng)管棚長(zhǎng)度有2~3m時(shí),及時(shí)對(duì)這部分進(jìn)行鋼筋混凝土永久支護(hù),加強(qiáng)支撐強(qiáng)度;在開挖過(guò)程中,為防止再次塌方,除應(yīng)盡量避免爆破外,同時(shí)要注意保留作業(yè)面下部位置的坍塌物,遇到體積較大的巖石時(shí),采用人工打眼、膨脹劑漲開巖石的方法移除;施工時(shí)利用鉆孔探測(cè)前方地質(zhì)條件變化,隨時(shí)調(diào)整打入圍巖鋼管深度。
4結(jié)語(yǔ)
加強(qiáng)型管棚支護(hù)可有效預(yù)防和解決已發(fā)生塌方地段開挖過(guò)程再次失穩(wěn)等問(wèn)題,是一種通過(guò)隧道塌方段安全有效的手段,在施工過(guò)程中應(yīng)盡量縮短通過(guò)坍塌段時(shí)間,合理組織管棚架設(shè)、坍塌物開挖、永久支護(hù)的施工配合,減少因應(yīng)力變化帶來(lái)的二次塌方等安全隱患。
作者:王義霞陳彬張雷銅單位:陵化工集團(tuán)新橋礦業(yè)有限責(zé)任公司