任建文
中铁四局集团第四工程有限公司 安徽省 合肥市230000
摘要:在铁路隧道施工中,经常遇到断层破裂带,容易引起涌水、坍塌等问题。因此,必须根据断层破裂带的实际情况,结合现场条件,制定有效措施,在保证安全的基础上,快速通过断层破裂带。
关键词:铁路隧道;断层破碎带;施工技术
1工程概况
某梁隧道位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗与东胜区交界处,隧道穿越鄂尔多斯中部矿区。隧道进口有小土路到达,交通较便利;隧道出口位于冲沟边,无路直接通达,交通不便。隧道进口里程为DK161+845,出口里程为改DK175+923,全长14078m,为双线隧道,隧道最大埋深约128.012m。隧道进口至DK162+835.679段位于R=5000m的左偏曲线上,改DK170+796.417—改DK172+795.318段位于R=4500m的右偏曲线上,其余段落位于直线上,最大线间距为4.304m。隧道内纵坡为单面坡,进口至改DK170+050段为3‰的上坡,改DK170+050至出口为10.9‰的上坡。
隧道区地处鄂尔多斯高原东部,区内总体地形有中部高南北两侧低,西高东低的趋势。隧道进、出口地势较为平缓。隧道进口西南方向约300m为侯家沟村,洞身段穿越构筑物、道路较多。
2施工技术
2.1围岩预加固和止水技术
2.1.1超前预注浆
在开挖轮廓线上布置辐射状的孔,根据一定间隔距离,钻设30m深、直径在50~120mm范围内的孔,进行止浆墙的施工,设置好套管后,向钻孔中注入浆液,注入的浆液通过渗透扩散作用进入到破碎带中,通过不断凝结和周围岩块形成整体,进而在开挖面上形成具有堵水作用的加固体,以此实现对围岩进行固结与止水等目标。该方法的有效加固范围为整个断面和开挖轮廓线以外3.5m。
当采用3m的加固圈时,注浆段全长27m,当采用5m的加固圈时,注浆段全长30m;布孔必须按照加固范围进行,且应在整个断面进行布设,孔距符合以下要求:a≤=3R。其中,a为孔距(m);R为浆液有效扩散半径(m),可通过现场试验确定,通常在2~4m范围内;在形成止浆墙后,其厚度必须与注浆压力相适应。例如,当采用3m加固圈时,厚度不能小于2m;当采用5m加固圈时,厚度不能小于3m;当注浆分段进行时,实际的注浆量根据式(1)确定:
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式中:Q为实际注浆量;R为浆液的有效扩散半径;h为注浆段的长度;n为地层的孔隙率;a为孔隙的填充率;β为浆液注入后的损失率,通常为10%~30%;注浆所用材料以C-S浆为主,即水泥—水玻璃双液浆。其中,水泥为普硅水泥,标号不低于42.5,水玻璃为水玻璃原液,出厂时浓度保持在42~45Be’范围内,体积质量在1.42~1.45范围内,模数在2.4~2.8范围内。
2.1.2小导管注浆
当斜井和正洞需要从破碎带中通过时,可采用该方法固结周围岩层,然后进行开挖施工。完成注浆后,应在断面之外形成一个厚度约50cm的固结层。施工中Ⅳ级围岩、Ⅳ级围岩加强、Ⅴ级围岩段落拱部采用单层超前小导管注浆。小导管环向间距:Ⅴ级3根/m;Ⅳ级2根/m,交错布置。使用的小导管为4.5m长、直径42mm的钢管,将其中一个管端做成锥形,在与管口相距1m的位置钻设直径为6~8mm的孔作为注浆孔,注浆孔之间的距离按15cm控制,布置成梅花形,在开发轮廓线的外部按照10°与30°两个外插角进行交替钻孔,把小导管插进地层,当围岩很软时,需将小导管直接插到地层,其环向间距按40cm控制。在注浆时,将压力控制在0.5~1.0MPa范围内,并用锚固剂对导管和孔壁间存在的缝隙进行封堵,以防漏浆。注浆按由内到外和先无水后有水的顺序进行。
2.1.3斜井注浆
该隧道设计方案分别在DK164+200(正线左侧)、DK167+260(正线左侧)、DK169+600(正线左侧)、改DK171+850(正线右侧)、改DK173+900(正线左侧)附近设置长约884m、473m、645m、405m、370m的1号、2号、3号、4号、5号斜井,采用无轨运输。其中,2号斜井承担正洞3110m的施工,段落较长,采用双车道斜井,其余斜井均为单车道斜井。3号斜井位于隧道中部,设计为紧急疏散通道;2号、4号斜井作为隧道通风口,均按照永久工程设计。
斜井施工过程中,采用全面预注浆方法封堵、加固影响带,按24m长不断循环,并对其他段存在的股流实施顶水注浆,提前封闭破碎带。在开挖过程中用小导管进行超前注浆,完成开挖后进行径向注浆,通过注浆封堵破碎带的水,从根本上减少或避免地下水发生渗漏。与此同时,因斜井从断层中提前进入,所以正洞也能顺利地由断层中通过。
2.2钢筋网支护
隧道在DK168+740—DK170+060、DK171+650—改DK172+570、改DK172+850—改DK173+420、改DK174+150—改DK175+920隧道穿越侏罗系5-1上、5-1、6-1下和6-2中含煤地层,煤层质软性脆,较易破碎,经开挖后该段围岩出现明显的收敛变形现象,使初支采用的喷面出现裂缝。为安全起见,针对产生裂缝的部位采用挂设钢筋网片的方法进行处理。
本次使用的钢筋网片为粗钢筋,并和喷射的混凝土形成整体,一同承受围岩施加的应力,抵抗和约束围岩变形,解决喷面开裂问题。
在初支结构表面有裂缝的段落,先打入加固锚杆,再挂设粗钢筋网片,对锚杆和网片进行焊接。网片规格以裂缝程度为准确定,一般采用35cm×40cm的规格。为了使网片充分发挥应有作用,在网片后面还增加1道更密的网片,将网片全部挂设好后,喷射一层强度等级为C25的混凝土,确保保护层的厚度达到4cm以上。
针对后续没有采取初支保持的围岩,先喷射一层厚度为4cm的素混凝土,再打入锚杆、挂设钢筋网片,网片利用风枪气腿靠近岩面,以开挖轮廓实际圆顺情况进行铺设,确保岩面和网片充分接触,一同受力。
2.3变形监测
为掌握不同施工环节中隧道地层和支护结构实际情况及发生的变化,找出地层自身稳定性具有的规律,从而尽早预知险情与事故,为围岩及其支护措施综合判断提供可靠依据,选择最佳的二衬及仰拱施工时间,需要在隧道中和隧道外对围岩实施监控量测。
根据隧道拱顶实际下沉量变化历程,在开挖出断面以后,顶部开始下沉,前10d的平均下沉量为1.87mm/d;第10~20d的下沉速率为1.46mm/d,说明此时岩层处在不稳定变形状态,需要加强初支。之后伴随施工不断推进,隧道围岩的沉降逐渐趋于稳定,变化率保持在0.5mm/d左右,伴随时间进一步推移,拱顶沉降于40mm时达到基本稳定。隧道存在水平收敛,但总量相对较小,前15d的变化率只有0.3mm/d,只有第6d较大,为1.9mm/d左右。在第15d以后开挖不断进行,变形逐渐趋于稳定状态,收敛量保持在6~7mm范围内,说明施工进展比较顺利。
结束语
综上所述,本工程对断层断裂带采用超前预注浆、小管注浆和径向注浆,可有效防止涌水突水的发生。堵水与加快施工速度的有机结合,对维护生态平衡、保护资源环境具有重要作用。
参考文献
[1]杨奎,毛金龙,刘永恒.隧道断层破碎带围岩大变形的模糊层次综合评价[J].现代交通技术,2018(6):40-43,55.
[2]王章琼,晏鄂川,王亚军.隧道穿越片岩断层破碎带塌方涌水机理及处治技术[J].施工技术,2018(24):5-8.
[3]邹永祥.穿越富水F4断层铁路隧道变形监测与分析[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2017(4):48-53.
[4]付志华.特长铁路隧道软弱围岩破碎带试验段的现场试验[J].江西理工大学学报,2017(3):20-29.
[5]刘赛.试析铁路隧道穿越富水断层破碎带施工技术要点[J].黑龙江科技信息,2017(15):232-233.