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1、略论隧道的冒顶病害整治方法论文略论隧道的冒顶病害整治方法论文1隧道设计概况地质岩性洞身、底板地层为石炭系中统本溪组C2b地层，岩性组成较为复杂，主要岩性有泥质页岩、铝质泥岩铝土岩、薄层灰岩或相变为泥灰岩、砂岩、煤线等，以中薄层状页理状构造为主，层理非常发育，风化程度也较高，岩质普遍很软；顶板以石炭系上统太原组C3t地层为主，主要岩性有泥质页岩、含燧石条带或团块灰岩、砂岩、煤层、泥灰岩等，其中泥页岩呈薄层状或页状产出，层理非常发育，风化程度也较高，岩质较软或极软；石灰岩一般含燧石呈致密微晶质构造，以中厚层状构造为主，裂隙较为发育，岩质较坚硬，主要分布于隧道顶板附近，砂岩呈灰黄色，以细粒构造为主，
2、中薄层状构造，裂隙发育，岩质相对较软，分布在隧道洞顶以上。水文隧址区地表水主要来自大气降水补给，本隧道洞身内有少量地下水存在，预测洞内涌水量为1020m3/dkm。不良地质根据勘察报告，采空区分布极不规那么，隧道穿越采空区以巷道为主，断面尺寸较小，左右幅洞体内各种巷道采空区累计分布长度分别约150m。K27+920K28+220段也布设了3个钻孔，其中一个钻孔揭露到采空区，有掉钻现象，另外两个钻孔均揭露到煤层。2塌方冒顶3月26日，K28+003K28+031段初期支护发生变形、开裂，主要为拱顶120范围内。3月31日K28+003K28+031发生坍塌，4月1日K28+021地表沉陷，陷坑深
3、约11m、直径5m,塌陷坑洞侧壁倾角为-65左右。塌陷坑洞大致呈一倒圆锥状，总塌方量约5000m3。3原因分析p 根据详细的勘察结果，C3t地层中发育有一层3m左右的石灰岩，其强度较高，调整线位标高，使隧道拱顶位于该石灰岩以下25m处。该石灰岩虽然强度较高，且该岩层中根本可以排除采用区发育的可能性，但其节理较为发育。隧址处地层以石炭系地层为主，煤及硫磺矿呈鸡窝状分布，小规模的私挖乱采形成了大小不等、分布不均的采空区。根据3月26日隧道施工现场工作人员反映，隧道拱顶曾发生了突然的震动。结合采空区及地层岩性情况分析p ，受隧道影响，隧道拱顶采空区的突然坍塌，导致拱顶石灰岩破裂，从而冲击隧道初期支护
4、，导致支护变形失稳。水文地质原因冰雪融水，加之降雨的影响，岩体中含水量增大。在水的软化、溶解作用下，岩土体黏聚力降低，内摩擦角值减小，强度减弱，加之本身自重增加，致使岩土体稳定性变差。施工原来由于工期原因，调整了开挖掘进方式。原设计为侧壁导坑法，临时改为上下台阶法。增大了临空断面，围岩急剧变形，上覆破碎软弱岩体应力加大，超过了初支衬砌的抗力范围，导致支护失稳。左洞掌子面超过右线掌子面约30m。虽左洞二衬已经施工完成，形成了刚性支撑，但受左线开挖影响，软弱岩体应力须重新分布，塑性变形比拟缓慢，虽左洞开挖轮廓线处的变形受支护的制约不再发生，但岩体内部的变形压密作用还在继续。受此影响，扩散角辐射区域
5、穿越右洞上覆岩层，引起右洞一定范围内的围岩松弛变形。在原设计中，该段采用的是NATM和矿山法相结合的设计理念。在开挖时充分利用围岩的临时自稳才能，以节约投资。开挖后快速封闭成环，施工完二衬后，由初支及二衬共同承当上覆荷载。为了追求进度，仰拱没有紧跟掌子面。隧道拱顶围岩塑性变形得不到有效抑制，应力不断集中，初支未能形成闭合环，支护抗力大打折扣，加之二衬跟进不及时，最终导致变形过大、塌方。监控量测重视缺乏该隧道的监控量测信息反映滞后，加之管理混乱，未能发挥依托监控量测信息控制施工的目的。4冒顶处治设计明开挖方案从K28+000K28+220隧道终点，隧道拱顶埋深362m，且隧址范围内采空区发育，围
6、岩均为强风化泥页岩，工程地质条件极差，从施工平安、工程造价、工期等各方面考虑，首推明开挖方案。但受地形制约，该处为一越岭隧道，该区域唯一一条主干道沿山脊展布，假设采用明开挖方案，当地交通将陷入瘫痪。临时措施事故发生以后，经过2d的监控观察，确认围岩到达暂时的稳定。先对上部坑口进展回填轻压杜绝震动干扰，填料为6%的石灰土；完善地表的排水设施；洞内，采用沙袋反压溜土面，防止涌土进一步发生；在K27+995K28+001段施工套拱，锁住大变形断面，阻止变形进一步向进口段扩展。套拱采用I20工字钢架，纵向间距25cm，钢架间纵向连接筋采用28，环向间距1m。喷射混凝土25cm厚，锁脚锚杆每处5根，斜向
7、下放射状打入，径向锚杆在拱顶120范围内加密，间距50cm，单根长2.5m。并补充必要的地质勘探工作。穿越坍塌松散体穿越坍塌松散体，根本设计思路是梁壳体跨越。先采用中管棚和小导管超前注浆，在拱顶的松散体中形成一个固结壳体。管棚具有梁和注浆导管的双重作用。为了保证管棚的刚度，同时考虑到松散体成孔困难的特点，采用89中管棚。节长9m，环向间距50cm，仰角10，拱顶120范围内布设。通过注浆后，以管棚为中心形成一排直径约40cm的固结梁。为了更好地填充管棚梁间隙的空隙，在管棚之间交织布设42超前小导管，环向间距50cm，仰角25，通过小导管注浆，根本可以实现拱顶120范围内，拱顶2.1m厚度内松散
8、体的固结，形成一个临时的固结壳借助壳体支撑作用，实现掌子面的开挖。注浆的扩散半径按40cm考虑，松散岩体的孔隙率按30%考虑，注浆的填充率按75%考虑，以此控制注浆总量，注浆压力为0.51.0MPa。浆液的配合比根据现场试验确定。假设发现有漏浆情况应掺加水玻璃，注浆的目的性很明确，就是有效地固结拱顶2.1m厚度范围内的松散岩体。2.1m以外的松散体产生荷载并在进一步坍塌时起缓冲垫层的作用，不做加固处理。由于该隧道的围岩条件差，设计阶段采用新奥法和矿山法相结合的思路，永久荷载由初支和二衬共同承当，塌方后上部松散堆积体荷载增加，支护方面，须加强初期支护的刚度，故初支I20a钢拱架的间距调整为50c
9、m，二衬维持原设计。施工期间锁脚锚杆变为锁脚注浆导管，长度3m，每处4根。超前管棚和小导管组合体系的特点以往设计中，超前管棚是由假设干根简支梁形成一个棚的支撑，单个梁之间彼此孤立，特别是在循环接头处，受仰角影响，管棚横向间隔 加大，临近管棚的末端，注浆压力损失严重，注浆效果明显减弱，注浆的固结效果难以保证，致使管棚抗劈裂作用力严重缺乏，施工平安得不到有效保障。此次设计的核心是将以往的“棚”变为“壳”。超前管棚和小导管组合体系，通过小导管对管棚间未能固结的局部进展二次注浆加固，增强各个梁体管棚注浆固结体之间的横向黏结，在拱顶形成一个具有一定强度的连续性梁壳，进步超前支护的抗劈裂才能，保证了施工的平安。第 页 共 页
