刘华平

(葛洲坝集团第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概况

店子沟隧道位于甘肃省庆阳市宁长二级公路宫河至长庆桥段路基与桥涵工程第Ⅱ合同段。为保护店子沟遗址,公路在穿过店子沟遗址时未采用明挖施工,设置了隧道一座。该隧道穿越店子沟,连接公路两端,隧道净空(宽 ×高)为 10 m×5 m、坡率 2.25%,隧道全长 332 m,洞门为端墙式,自然通风。隧道采用全断面钢筋混凝土衬砌,顶拱及边墙衬砌厚度为 60 c m,底板衬砌厚度为 50 c m,一衬混凝土使用钢拱架支护,C 25混凝土衬砌,厚 30 c m,洞门端墙为 C 25钢筋混凝土现浇,洞口边坡采用 M 7.5浆砌片石护面墙加固。隧道起点桩号为 K 22+150,终点桩号为 K 22+482。该隧道为黄土隧道,对其使用钢拱架进行一衬混凝土支护施工,然后进行仰拱及二衬混凝土施工。

2 洞顶坍塌经过及原因分析

店子沟隧道在进行第 6段(K 23+177～K 23+183)一衬混凝土施工准备时,发现开挖洞顶上部不时有少量落土现象发生,当时又逢大雨,砂石骨料含水量大,道路难以行车,混凝土不能正常浇筑,于是决定暂停混凝土衬砌施工准备工作。由于时间耽搁过久,洞顶连续发生大面积塌方,塌腔距设计边线外约有 6 m×6 m×14 m的空洞。事后分析,黄土隧道开挖施工后,由于北方气候干燥,黄土中的水分相对空气较为湿润,隧道一旦开挖后,应立即进行支护施工,一旦时间过长,隧道洞顶黄土水分蒸发出现龟缩,形成脱落,一旦土方脱落过多,将逐渐影响洞顶结构的稳定,当黄土开始坍塌时,将改变整个洞顶的受力结构,逐渐形成大面积坍塌,同时,黄土隧道开挖进尺不宜太快。在黄土隧道施工时,宜采用短进尺,勤支护方法进行施工,一般开挖进尺不宜大于 3 m,加上一衬混凝土端头工作面 0.5 m,一衬混凝土外露黄土面一般控制在 3.3 m,每次开挖支护循环进尺按 2.8 m控制,这样施工,黄土隧道基本能保持稳定,且一旦开挖后应立即进行支护施工,避免时间过长而造成黄土水分蒸发,形成土方坍塌,否则不要进行土方开挖。

3 对塌方黄土进行清理施工

待洞顶掉土相对稳定后,人工慢慢使用铁锹顺着已浇筑一衬混凝土的边墙逐渐掏槽进占长0.75 m,侧宽 2 m导向槽,预留钢模台车轨道,当半幅开挖到位后,开始半幅安装钢拱架,然后施工另外半幅导向槽及钢拱架安装,安排专人负责观察洞顶黄土的稳定状况,千万不要使用机械清土并将导向槽以外的土方进行清理,一旦清理后,将再次造成洞顶受力结构改变,可能会造成洞顶再次大面积坍塌,从而给下面的施工人员及设备安全造成极大威胁。当观察到洞顶开始掉土时,人员应及时撤离,待洞顶掉土稳定后,再次进行人工开挖。由于北方天气干旱,风季期间,掉土时间一般为 24 h一循环。

4 钢拱架及编织袋临时支护施工

开挖时,两侧错开施工,先将左侧开挖一进尺75 c m,宽 2 m的导向槽,然后进行钢拱架安装作业,钢拱架规格为 I 20 a。由于塌腔区内回填量较大,考虑到钢拱架所能承受的压力,决定缩小钢拱架的安装间距,将原设计 75 c m的间距调整为 50 c m,纵向连接筋设计为 φ 22直螺纹钢筋,两端各做 10 c m的 90°弯钩,并与钢拱架焊接在一起,其间排距由 100 c m调整为 50 c m,每根长度由 95 c m调整为 75 c m。先安装钢拱架直立段。安装时,每侧每榀钢拱架增加两根 φ 42、长 3 m的锁脚锚管,将 2榀钢拱架连接成一整体,然后使用编织袋装土沿钢拱架顶部整体覆盖,将空腔体充填并与洞顶坍塌土体轻微接触,作为混凝土维护使用临时模板之用及顶部土方坍塌体的缓冲带。待钢拱架及编织袋临时支护施工完成后,将钢模台车轨道安装到导向槽顶端位置,并将一衬混凝土封头模板安装到位。

5 混凝土浇筑

5.1 混凝土拌和站的布置

混凝土拌和站布置在店子沟黄土隧道洞口路基平台上,主要分布有变压器、砂石骨料堆放场地及水泥仓库,一台 J Z C 350强制式搅拌机和 H B T-85混凝土输送泵机,用于混凝土拌制及输送。

5.2 混凝土浇筑

混凝土从钢模台车窗口灌入,使用坍落度为140～160 m m泵送混凝土浇筑,φ 50振动棒振捣密实,最后使用封拱器将混凝土顶拱封捣好。其它塌方位置按照上述方法逐段开挖、支护、衬砌到塌方边界 15～20 m以外位置,并开始进行仰拱混凝土施工。

6 仰拱混凝土施工

在一衬混凝土支护后,开始进行仰拱混凝土施工,仰拱混凝土滞后于一衬混凝土进尺一般不宜大于 40 m,仰拱混凝土从隧道进口位置开始开挖浇筑,使用反铲开挖到设计高程,然后进行钢筋制作安装。除洞口第一仓混凝土使用封头模板外,其余仰拱混凝土依靠已经浇筑的仰拱混凝土侧面及开挖仰拱后的土方作模板面进行混凝土浇筑,混凝土浇筑前,按照设计要求进行波纹管埋设。混凝土使用混凝土泵输送,φ 50振动棒振捣密实。

7 塌方区固结灌浆

当一衬混凝土及仰拱混凝土进占塌方区边界15～20 m以外进尺后,开始进行拱顶空腔位置的固结灌浆。对塌方松散土体进行注浆是为了加强塌方土体的密实度。注浆管由 φ 42无缝钢管加工而成,注浆小导管长 3 m,端头加工成尖状,交错成梅花状布置,钻孔孔径不小于 12 m m。注浆管间排距为 100 c m×100 c m。

注浆施工措施:采用黄土泥浆注浆并掺入5%的水泥 ,水 ∶黄土为 1.25∶1;注浆管为 φ 42小导管。注浆开始时,压力一直保持为零,直至空洞充满后,注浆压力开始上升,浆液在压力作用下充填于塌方土体之中,形成浆土结合体。

施工顺序:设置塌方土体沉降观测点→清理塌方前端散落土→备料(建储浆池)→机械拌料→沉降观测→布置注浆管→浆液(掺 5%水泥)配制→注浆→封管→沉降观测→储浆池回填。

施工准备:铁锨、手推车、Z L 50型侧卸式装载机、自卸汽车、φ 42无缝钢管、U B 3C灰浆泵 (一套)、钢丝筛、过筛熟石灰、过筛黄土、J WZ 190浆液搅拌机、储浆池、台秤、D Z-25A强力地面岩石电钻、钻杆、铁板等。

浆液配制:按照 5%的比例掺入水泥,并按照水、灰土 1.25∶1的比例加入生活用水,然后进行搅拌,搅拌时间为 1.5～2.5 m i n,浆液搅拌均匀后,通过滤网进入储浆池,用筛子捞出浆液内的杂物。

注 浆:将吸浆管放入储浆池,检查各管路连接好后,开动注浆泵进行注浆。注浆前,在储浆池上方设一个三脚架,三脚架上吊 D Z-25A强力地面岩石电钻,电钻钻杆(长 200 c m)端头焊接一长10 c m×宽 5 c m×厚 3 m m的铁板做搅浆棒,派专人不断搅拌储浆池中的浆液,防止浆液因浓度不一致导致注浆管堵塞,同时也避免因浆液不均匀而影响注浆质量。注浆开始时,注浆的压力一直保持为零,直至空洞充填满后,注浆压力再开始上升,缓缓增压,增大进浆量,注意压力的变化。在注浆过程中,密切注意压力表、吸浆管及孔口周围情况的变化,一旦出现堵管现象,立即停止注浆,在清洗疏通注浆管后再进行注浆作业。

封 管:注浆结束后,拧开孔中管与地面移动注浆管的接口,迅速用木塞将管口堵塞,减少回浆量。拧开导浆管时,首先关闭注浆泵电源,导管的管口朝着空旷无人的方向,避免注浆管内的浆液带压喷出溅射到施工作业人员的脸上。

8 结 语

在店子沟隧道洞顶塌方处理过程中,加快了施工进度,节约了施工成本,缩短了施工工期,取得了较好的经济效益和社会效益,但也存在一定的施工安全风险,特别需要加强安全管理,同时也给类似的黄土隧道洞顶塌方工程处理提供了可借鉴的经验。