曹建明 陳敦剛
摘要:以幾個(gè)地下工程典型案例的塌方處理和塌方預(yù)防為例,介紹幾種常用的塌方處理方法和塌方預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞:地下工程;塌方成因分析;塌方處理;塌方預(yù)防
1、概述
在地下工程施工中,因?qū)こ痰刭|(zhì)條件對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響認(rèn)識(shí)不足,造成施工中許多決策上的失誤,特別是盲目追求施工進(jìn)度,忽視圍巖監(jiān)測(cè),在洞室開(kāi)挖過(guò)程中,對(duì)新奧法施工理論片面的理解,忽視了新奧法施工的前提是洞室開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力重新分布而產(chǎn)生變形到松動(dòng)破壞有時(shí)間效應(yīng)的特性,對(duì)松散體圍巖無(wú)自穩(wěn)時(shí)間缺乏了解,而不進(jìn)行必要的超前支護(hù),往往是加速圍巖失穩(wěn)的主要原因。同時(shí),在洞室的掘進(jìn)方法、支護(hù)方式以及支護(hù)時(shí)間上,因措施過(guò)當(dāng),而造成了圍巖失穩(wěn)、引起洞室坍塌,甚至造成冒頂事故的發(fā)生。
近年來(lái)我公司承攬的地下工程施工成逐年上升趨勢(shì),地下工程地質(zhì)條件也日趨復(fù)雜。為了吸取地下工程施工實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),總結(jié)提高地下工程施工技術(shù)水平,本文特將我公司施工的幾個(gè)地下工程塌方處理及預(yù)防措施的運(yùn)用情況進(jìn)行歸納介紹。
2、塌方處理案例
2.1A電站導(dǎo)流洞出口0+150~0+137塌方處理
2.1 工程簡(jiǎn)況
A電站導(dǎo)流洞出口高邊坡為坡積物,坡比1:0.5,覆蓋層為土夾石,巖體呈強(qiáng)風(fēng)化、膠結(jié)松散,頂拱范圍屬老河床沖積層,承載能力較差;施工中遇到突降暴雨,雨水滲入導(dǎo)流洞左側(cè)已支護(hù)工作面,邊墻出現(xiàn)流砂現(xiàn)象,導(dǎo)致出口0+150~0+137段左側(cè)邊墻出現(xiàn)坍塌,隨即引起左側(cè)頂拱以上坍塌,造成洞內(nèi)18榀鋼支撐變形或拉裂,頂供左側(cè)邊坡處形成20m×10m×20m(長(zhǎng)×寬×高)的塌穴,EL704m高程以下邊坡噴護(hù)砼出現(xiàn)3cm寬的裂縫。與此同時(shí),導(dǎo)流洞出口明渠左側(cè)邊墻受塌方體側(cè)壓力的影響,沿軸線方向約有1m發(fā)生斷裂,導(dǎo)流洞三分之二斷面被塌渣堵塞,左側(cè)塌渣已超過(guò)頂拱。
2.1.2 塌方處理方案
(1)在坍塌區(qū)處于自穩(wěn)階段,利用16#工字鋼,φ48mm鋼管及鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)棚架,棚架下部采用腳手架支撐、鋪設(shè)馬道板封閉,澆筑蓋板混凝土,自導(dǎo)流洞頂將塌穴隔斷,形成兩個(gè)獨(dú)立塌穴進(jìn)行處理。
(2)在鋼筋混凝土蓋板形成后,上部鋪設(shè)圓木、毛竹等柔性材料,厚度控制在1m左右,防止邊坡再次坍塌破壞混凝土蓋板,危及到下部導(dǎo)流洞塌方處理。
(3)為防止邊坡塌穴擴(kuò)大,造成邊坡整體失穩(wěn),距邊坡開(kāi)挖坡角線5m處砌筑高2m、寬0.8m的擋墻,滲入基礎(chǔ)0.5m,并回填石渣鎮(zhèn)腳。
(4)導(dǎo)流洞塌方段頂拱混凝土襯砌完畢,在強(qiáng)度滿足要求后,用石渣回填邊坡塌穴,表面重新掛網(wǎng)、噴射混凝土保護(hù)。
(5)在鋼筋混凝土蓋板的保護(hù)下,進(jìn)行導(dǎo)流洞塌方處理、下半洞開(kāi)挖、支護(hù)及洞室混凝土襯砌。
2.1.3 主要施工措施
導(dǎo)流洞塌方處理采取先護(hù)頂,再自上而下開(kāi)挖、支護(hù)、襯砌混凝土的程序進(jìn)行。
(1)為防止塌方體出渣過(guò)程中,左側(cè)墻體坍塌,首先對(duì)導(dǎo)流洞左側(cè)墻體進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿分兩步進(jìn)行,先進(jìn)行混凝土蓋板部分邊墻,再進(jìn)行導(dǎo)流洞洞內(nèi)部分邊墻固結(jié)灌漿。邊墻固結(jié)灌漿管按1m×1m間排拒梅花型埋設(shè),插入角度為10°,孔深滲入塌方體5~6m。灌漿水灰比采用0.6:1水泥漿,摻加3%水玻璃。
(2)塌方處理前,緊鄰明拱端部安裝2榀全斷面鋼支撐,間距1.0m,鋼支撐采用φ25@100連接筋加固,沿導(dǎo)流洞底部設(shè)計(jì)開(kāi)挖線布置橫向地腳梁,邊墻布置鎖腳錨桿,長(zhǎng)度3.0m,排距1.0m,并與鋼支撐牢固焊接,形成鎖口。
(3)分臺(tái)階清理洞內(nèi)塌渣,先完成拱肩以上部位,安裝頂部鋼支撐,鋼支撐間距1m,并與混凝土蓋板預(yù)埋的插筋焊接成整體。
(4)在清理塌渣過(guò)程中,對(duì)左邊墻坍塌部位,與軸線形成一定夾角,打入φ28、L=3m的插筋,間距20cm,外露端彎起,與工字鋼緣面焊接,并采用噴護(hù)混凝土進(jìn)行封閉,防止左邊墻失穩(wěn)。
(5)拱肩以上鋼支撐安裝完畢后,分兩段對(duì)頂拱進(jìn)行混凝土襯砌。
(6)頂拱混凝土澆筑完成后,進(jìn)行下半洞出渣,分左右兩個(gè)半洞交錯(cuò)進(jìn)行,同一側(cè)沿軸線方向,分段長(zhǎng)度原則上為塌方段邊墻的一半,并分兩層開(kāi)挖到位,每層原則上為邊墻高度的一半。
(7)下半洞邊墻與底板混凝土一起澆筑。
2.2B電站引水洞上游2+200~2+210m塌方處理
2.2.1 工程簡(jiǎn)況
B電站引水洞長(zhǎng)約3960m,洞室過(guò)水標(biāo)準(zhǔn)斷面為4.5m×4.5m,洞室軸線沿山坡向布置,近坡向洞室埋深較淺。山坡覆蓋層坡積物為砂礫石與孤石、漂石膠結(jié)。該地區(qū)處于亞熱帶地區(qū),雨季時(shí)間較長(zhǎng),雨水多聚積在覆蓋層內(nèi),因此地下水位較高,雨水是地下水出露主要的補(bǔ)給源。
1#支洞進(jìn)入主洞后,向上游進(jìn)尺100m后與滑坡體交匯造成多起塌方,經(jīng)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的塌方處理后,仍然難以逾越滑坡體洞段。設(shè)計(jì)和監(jiān)理部門(mén)建議在上游主洞段約60m處改線,期望通過(guò)增加洞室近坡向埋深,繞過(guò)滑坡體與上游引水洞相接。改線段向上游掘進(jìn)約20m后,再次與滑坡體相遇,又一次造成塌方,緊鄰掌子面前有6榀鋼支撐變形。塌方過(guò)程中,地下水?dāng)y帶砂礫石淤積洞段長(zhǎng)約30m,因地下水與砂礫石形成的泥石流不斷從掌子面涌出,機(jī)械設(shè)備及施工人員無(wú)法接近掌子面,施工被迫中段。
2.2.2 塌方處理方案及措施
塌方出現(xiàn)20余天后,地下水出露仍無(wú)衰減的趨勢(shì),因地下水不斷攜帶砂礫石從掌子面流出,短時(shí)間間隔后不時(shí)聽(tīng)到一陣孤石、漂石坍塌、滑落的聲音,為防止因塌方過(guò)程的不斷積累而引起冒頂,第一步工作主要圍繞接近掌子面展開(kāi):①在塌方體淤積的兩側(cè)挖排水溝進(jìn)行排水,以便砂礫石瀝水后,可以接近掌子面;②對(duì)變形的鋼支撐進(jìn)行加固、頂撐,防止塌方范圍擴(kuò)大;③在加固后的鋼支撐頂部插入鐵皮、彩條布形成防水棚④從已加固的鋼支撐開(kāi)始,加密插筋,形成2排鋼筋棚架。第一排鋼筋棚架上挑角度25~30°,第二排鋼筋棚架上挑10~15°。每排鋼筋棚架長(zhǎng)約3~3.5m,尾部與鋼支撐焊接牢固。
在完成上述準(zhǔn)備工作后,第二步工作以塌方段護(hù)頂為紅線進(jìn)行,利用已加固的鋼支撐為支點(diǎn),先進(jìn)行拱肩以上部分的鋼支撐安裝。①?gòu)膬蓚?cè)開(kāi)始,對(duì)拱肩以上塌方體進(jìn)行挖除,每次進(jìn)尺不超過(guò)50cm,每3榀鋼支撐焊接2根平行于洞軸線方向的工字鋼,形成懸臂梁,作為拱肩以上鋼支撐安裝的支點(diǎn),安裝拱部鋼支撐;②采用頂撐的方式加固鋼支撐,焊接鋼支撐間的縱向連接鋼筋;③在安裝的鋼支撐頂部形成下一茬鋼筋棚架,上挑角度與第一步施工一致;④對(duì)鋼筋棚架間的縫隙采用枋材進(jìn)行回填,防止頂拱因漏渣形成塌穴后造成較大的脫空現(xiàn)象,引起大的坍塌,對(duì)鋼支撐造成沖擊破壞;⑤對(duì)已安裝鋼支撐段安排出渣,懸臂鋼支撐底部接腿,完成整榀鋼支撐的安裝及加固;⑥進(jìn)入下一循環(huán),按①、②、③、④、⑤的順序進(jìn)行施工,直至通過(guò)塌方段。
引水洞上游主洞塌方段處理完成后,因鋼支撐頂部多為松散的、流動(dòng)的坡積物,導(dǎo)致鋼支撐頂部圍巖壓力過(guò)大,造成了局部鋼支撐整體下沉,部分鋼支撐頂拱變形嚴(yán)重,為此進(jìn)行了鋼支撐的托換工作。具體采取措施如下:①對(duì)需要保留的鋼支撐進(jìn)一步進(jìn)行加固,并設(shè)落地頂撐支撐牢固;②采用鋼筋棚架從上下游兩個(gè)方向?qū)π枰袚Q部位進(jìn)行加密棚護(hù);③逐步割除該部位與其它部位的連接筋、鋼筋棚架,抽除鋼支撐頂上回填的背材,有條件的控制漏渣,解除鋼支撐頂部的壓力;④逐步割除被托換鋼支撐,凈空斷面滿足設(shè)計(jì)要求;⑤安裝托換鋼支撐,并與其它鋼支撐焊接成一體。
3、塌方預(yù)防措施案例
3.1C電站引水洞出口開(kāi)挖塌方預(yù)防