初支的变形总结.docx
《初支的变形总结.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《初支的变形总结.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
初支的变形总结
鹧鸪山隧道初支变形处理总结
1工程概况
1.1工程简况
鹧鸪山隧道是汶川至马尔康高速公路控制性工程,位于四川阿坝藏族羌族自治州境内,为双向四车道分离式隧道,左线起讫桩号ZK179+696~ZK188+486,长8790m;右线起讫桩号K179+730~K188+496,长8766m,最大埋深约1350米。
隧道属于大断面隧道,围岩级别为Ⅲ、Ⅳ及Ⅴ级,且偏压严重。
初支变形在K188+290~K188+170区段内,段衬砌类型为BZ5,此段地质以千枚岩、板岩为主夹杂石英夹层,薄-中厚层状构造,受构造影响强烈,岩体较破碎,节理较发育,呈层状构造。
岩体受构造强烈,褶曲构造极为发育,岩体稳定性差。
地下水以点滴状、淋雨状为主,局部段落有股状集中涌水,围岩变形影响较大。
BZ5型衬砌示意图见图1-1。
图1-1BZ5型衬砌示意图
1.2变形情况
监控量测数据显示,右洞K188+284~K188+250、K188+238~K188+228、K188+215~K188+200及K188+190~K188+168四段围岩自开挖和初支完成,拱顶沉降和洞身收敛变形数据都较大,钢拱架有些发生整体侵限和局部侵限。
个别段落一天最大拱顶沉降达19mm,收敛一天最大值达35mm,最大累计沉降和收敛值分别为122mm、195mm,有进一步发展的趋势。
从外观上观察,以上四个里程段的初支表面有开裂,裂纹出现,钢拱架面上的喷射砼有脱落现象。
初支表面浸湿严重,有散状地下水下滴。
初支开裂变形照片见图1-2。
图1-2初支开裂变形照片
2变形原因分析
2.1徐变效应
时间因素对岩体的变形特征有多方面的影响,最重要的是不变荷载长时间作用下产生的徐变现象。
岩体较破碎,节理较发育,围岩具有不稳定徐变特性,岩体的非匀质性较显著,在外力作用下易起应力集中,使某部分最先发生塑性变形,同时将应力传递到相邻部位,逐渐造成岩体的塑性变形。
因此,随着时间的增长,变形逐渐增大,容易造成围岩坍塌。
2.2初支强度不够
地址勘探不可能完全准确的反应围岩的情况,导致设计的参数偏小,如工字钢的规格和间距、钢筋网的规格、喷射混凝土的厚度以及预留沉降量达不到要求,不能承受较大形变荷载。
2.3水的作用
变形地段地下水以点滴状、淋雨状为主,局部段落有股状集中涌水,围岩变形影响较大。
围岩中存在夹泥且千枚岩遇水要泥化,土石分界面形成一个积水滑动面并产生浮力及动水压力,分界面抗剪强度大大降低,加剧了围岩的变形。
且局部涌水引流不当,导致水流在初支和岩面空隙间流动,随着水的增多,形成较大的水压力会使初支产生较大的变形。
2.4施工因素
复合式衬砌中,围岩在柔度较大的外层支护条件下,可产生较大的形变,释放了大部分的变形能,使围岩趋于稳定。
在隧道施工中,往往存在钢拱架架立不规范、混凝土喷射不够饱满密实、拱脚超挖导致拱脚悬空或没有浇筑混凝土导致拱脚强度不够、拱脚处长期水浸泡以及仰拱施工不及时等,这些不规范的施工可能导致围岩的变形不受控制。
3初支变形的危害
3.1初支与岩面脱离
作为柔性支护的初支,能及时封闭岩面,吸收围岩的变形能,施工质量不佳和水的作用的可能会导致初支和岩面脱离。
初支与围岩分离后,不能起到吸收变形能的作用,松动区围岩悬空,存在掉块和坍塌的风险;若初支后的水不能有效排出,初支与围岩间的水会不断积累,水压逐渐增大,可能导致初支掉块,甚至失稳,易造成安全事故。
3.2初支侵入衬砌净空
隧道设计中对衬砌厚度有明确的要求,衬砌厚度也是工程验收的重要指标之一。
初支侵入衬砌净空导致衬砌厚度不够,衬砌的承载力降低,留下了质量隐患,也为工程验收留下难题。
3.3容易发生坍塌
该区段为Ⅴ级围岩,受偏压,受构造影响强烈,岩体较破碎,节理较发育,若初支变形量过大且变形速度快,说明初支作用不明显,不能使围岩趋于稳定,容易发生坍塌。
4处理方案
4.1总体方案
为控制隧道初支变形,确保初支断面稳定和隧道施工安全,决定立即采取以下措施加固:
对K188+290往大里程方向5米范围内布置临时I18工字钢,间距为1m。
对变形量较大但没有侵限段落设置临时钢支撑,临时钢支撑采用I18工字钢,纵向间距1m,支撑设置完毕后,立即对初支背后采取环向小导管注浆处治,小导管间距1×1m(环向×纵向),长4.5m,梅花型布置。
上台阶开挖初支完成而下台阶还没有开挖初支的,在上台阶拱部180度范围施工小导管注浆。
上下台阶开挖初支都完成了的,对整个上下台阶的初支进行小导管注浆;对于侵限的段落除采取上述措施进行加固外,待强度到达100%后从大里程往小里程方向做换拱处理。
4.2临时支撑设置
在变形量较大且没有发生侵限段落布置临时钢支撑,钢支撑采用I18工字钢,在钢筋房加工好后运至现场拼装,工钢间采用螺栓连接,在接头和拱脚处施工锁脚锚杆,并将拱脚放置在C30的混凝土垫块上,纵向间距为1m,且应与注浆小导管的位置错开。
临时钢支撑施工见图4-1。
图4-1临时钢支撑施工
4.3变形处理方法
4.3.1注浆参数
注浆参数主要包括注浆小导管布置、浆液扩散半径、注浆压力、注浆速度、浆液配比,浆液凝胶时间、注浆量等,主要注浆参数见表4-1。
表4-1注浆参数表
序号
参数名称
参数值
拱部径向注浆(下台阶未施工时,上台阶拱部180度)
1
注浆小导管布置
间距1×1m(环向×纵向)、梅花型布置
2
浆液扩散半径
0.5~1m
3
注浆压力
终压控制在0.5~1.0MPa
4
注浆速度
5~10L/min
5
浆液
配比
水泥-水玻璃双液浆
W:
C=(0.8~1):
1
6
凝胶时间
双液浆30S~3min
4.3.2施工步骤及要求
(1)设置临时支撑
为防止钻孔对初期支护的影响,钻孔前设置临时支撑,临时支撑采用I18工字钢,间距按照1m布设,并对集中涌水处,采取引流措施。
(2)注浆管的制作
注浆钢管采用外径42mm、厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管长度4.5m,钢管前端加工成尖锥状,管壁四周钻8mm压浆孔,尾部1m不设压浆孔。
(3)测孔定位
根据隧道初支后喷射砼表面裂隙线状出水及面状淋渗水范围,搭设工作平台,按100cm×100cm间距梅花形进行布置。
(4)钻孔、扫孔、清孔:
注浆孔孔径为φ46,钻孔前按要求的间距用红油漆在初支面上布置好孔位,钻孔后要及时扫孔、清孔。
孔位允许偏差值±10mm,孔深允许偏差值±50mm。
开钻时,先低速低压,待成孔10~50cm后,再加速加压。
(5)安管、注浆
用锤子把注浆小导管打入孔内,并安装好止浆塞。
注浆前进行现场注浆试验,根据实际情况调整注浆参数,取得注浆施工经验。
孔口50cm长采用φ54热轧无缝钢管作为孔口管。
注浆施工应该由低到高,由下往上,从少水处到多水处,在多水地段,应先两头,后中间,注浆结束的条件如下:
A、单孔结束条件,注浆压力达到设计终压,或浆液注入量已达到计算值的80%以上。
B、全段结束条件,注浆压力达到设计终压,或浆液达到设计注浆量。
C、注浆完毕用铁锤敲击钢管,如响声清脆,则说明浆液未填充满钢管,需采取补注或重注;如响声低哑,则说明浆液已填充满钢管,如未达到要求,应进行补孔注浆。
(6)注浆效果检查
注浆在达到结束的条件后,应利用止浆阀或木塞将注浆孔口堵塞,以保持孔内压力,直至浆液完全凝固,并检查注浆效果。
检查孔的漏水量应用小于0.2~0.4L/min.m。
(7)特殊情况的处理
A、注浆过程如有外露,可采取嵌缝封堵、降低压力、加浓浆液等方式处理,必要时可掺速凝剂,加速浆液凝固。
B、注浆过程如发现初支混凝土开裂、起包、脱落等异常现象,应立即停止注浆,分析、查明原因,以及时采取应对措施。
C、注浆过程中若发现单孔浆液吸入量大,情况异常,应立即停止注浆,分析原因,必要时应采用间歇注浆或者调整注浆参数。
4.3.3变形处理注意事项
(1)孔口管止浆塞止浆,浆塞胶圈尺寸应与注浆孔径相配。
(2)在裂隙涌水量较大时,应先钻引水孔泻压,再用棉纱、木楔对裂隙进行封堵处理。
(3)钻孔速度应保持匀速,特别是钻头遇到夹泥夹沙层时,控制钻进速度,避免夹钻现象。
(4)注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖较薄部位有无串浆现象,如发现串浆现象,立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口,也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵,直至不再串浆时再继续注浆。
(5)在裂隙股状出水点,采取交错斜孔或者直接注浆。
(6)在裂隙面状出水地点,周边各扩宽0.2m为注浆堵水范围,以堵为主,先堵后排,先期施作外围注浆孔注浆,然后逐步向内圈收缩压浆,直至少量水集中在引水孔排出,漏水量应用小于0.2~0.4L/min.m,排水需埋管引入隧道纵向排水沟;为防止注浆串孔,采取随钻随注的方式进行。
初支注浆图见图4-2。
图4-1初支注浆图
4.4换拱处理方法
完成变形处理之后,对超限位置进行换拱处理。
由大里程向小里程方向逐榀对侵限钢架进行置换,每榀置换后及时进行喷射混凝土封闭,置换长度根据现场量测结果灵活确定模筑衬砌施做时间,但置换长度不得超过6m后必须及时施做模筑衬砌。
4.4.1整体换拱
K188+285~K188+255段整环侵限10-40cm,需整环换拱,在需换拱钢架旁边先进行刻槽,然后将置换的钢架嵌入槽中,确保钢架的连接及锁脚锚杆的施做质量符合设计及规范要求。
当置换钢架后经围岩量测变形稳定后方可拆去原侵限部分拱架。
4.4.2局部换拱
K188+255~K188+230段均为局部侵限,只需要对侵限部分进行置换,在拱架置换前,根据测量断面结果对需置换部位的拱架进行标记,先对不需要置换的拱架的拱脚部分进行加强锁脚工作,加强锁脚采用φ25的锁脚锚杆,L=3m,施做方向与水平呈45°夹角,紧贴钢架施做,锁脚锚杆与钢架采用φ22的U型钢筋有效焊接,每个拱脚增设不少于2根锁脚锚杆,待原钢架被锁紧后,将需置换的钢架割除,然后进行刻槽,达到设计深度后,将置换的钢架嵌入槽中,做好置换前后的钢架连接质量,连接方式采用原设计钢架间的钢板+连接螺栓方式有效连接。
置换后按照原设计施做锁脚锚杆,及时喷射混凝土封闭。
4.4.3换拱注意事项
(1)对拱架置换前应遵循先加固后置换、先墙后拱的原则,即置换前对置换段落进行注浆加固,经监控量测沉降和收敛已经达到稳定,并对不需要置换的原拱架进行加密锁脚锚杆加固锁定,然后按照先置换边墙部位的拱架,再置换拱部钢架的顺序,且每次置换钢架的长度按照原钢架节段长度一一对应进行置换,当边墙置换完成后,及时反压填土,反压高度3m,然后进行拱部钢架置换。
(2)刻槽是主要以人工利用风镐刻槽为主,严禁采用爆破作业,且每次只能置换一榀,刻槽是注意预留变形量不小于设计值。
(3)置换是确保钢架连接按照原设计钢板+连接螺栓的方式有效连接,并按照原设计位置施做锁脚锚杆,锚杆要紧贴钢架,并通过φ22的U型钢筋有效焊接,及时喷射混凝土封闭。
(4)监控量测点的布设要与钢架置换同步进行,布点按照纵向2m一个断面,环向每个断面按照拱顶、拱腰、边墙共布设7个观测点。
(5)对已换拱段,必须及时、分段进行衬砌。
(6)待换拱全部结束且围岩监测达到稳定后才可以进行掌子面开挖,开挖时严格执行铁道部铁建设【2010】120号文件要求,满足开挖进尺及安全步距要求。
同时严格按照设计文件要求留足预留变形量。
换拱处理见图4-3,4-4。
图4-3侵限部位混凝土破除
图4-4换拱图
5主要机具设备
表5-1主要机械设备配备表
机械名称
规格
单位
数量
备注
注浆机
BW-250
台
2
电焊机
台
2
钻孔台车
台
1
铲车
台
1
破除机
台
1
水泥-水玻璃双液浆搅拌机
台