细砂地层

2024-07-26

细砂地层（精选3篇）

细砂地层篇1

饱和粉细砂地层中修建隧道施工难度较大, 不良地质常规处理方法如加密钢架间距、施作大管棚、注水泥浆加固等方法的处理效果不佳[1]。采用常规注浆加固措施, 由于在饱和粉细砂地层中浆液无法均匀扩散, 即使加大注浆压力, 也只能产生劈裂注浆效果, 浆液常呈片状或脉状扩散, 很难将粉细砂固结成整体, 难以形成封闭的止水帷幕及承载拱[2]。隧道穿越饱和粉细砂地层时风险较大。

1 工程概况

某双线隧道施工过程中核心土右下侧发生开裂, 并发生流砂现象。施作超前地质探孔, 探孔揭示掌子面前方为饱和状全风化砂岩 (粉细砂) , 该段埋深约69 m, 自稳性极差, 判定围岩级别为Ⅵ级。该地层后续施工过程中发生多次溜坍和涌砂的现象。并导致地表出现了呈“竖井”状的陷坑 (见图1) 。根据标准贯入试验结果, 粉细砂标准贯入试验修正锤击数为64击~84击, 平均锤击数为80.6击, 为密实状, 变形模量E0=25 MPa~40 MPa。掌子面前方中厚层状的粉细砂地层, 为粉细粒结构, 渗透系数0.1 m/d~0.5 m/d (1.16×10-4cm/s~5.8×10-4cm/s) , 地下水降深影响半径10 m~20 m。全风化粉细砂岩富含地下水, 呈饱和状, 无自稳性, 开挖扰动后粉细砂呈流塑状砂 (泥) 缓慢流出。针对该地层, 曾先后采用拱部大管棚注浆加固、帷幕注浆试验等措施, 处理效果不理想。

2 粉细砂地层隧道处治现状

大西客运专线上白双线隧道, 进口段约500 m穿越粉细砂地层。该段采用φ600 mm水平旋喷桩预加固, 在掌子面前方形成整体的旋喷拱, 从而保证了在该地层开挖后的洞室稳定[1]。

兰渝铁路桃树坪隧道与胡麻岭隧道在施工中遇饱和粉细砂岩, 采用水平旋喷桩进行超前预支护等措施, 成功解决了富水粉细砂地层的围岩稳定性问题[2,3]。

3 饱和粉细砂地层隧道处治对策

参考国内粉细砂隧道尤其是饱和粉细砂隧道工程处理实例, 结合本隧道穿越的饱和粉细砂Ⅵ级围岩地段实际地质情况, 拟采用“拱部双层超前旋喷咬合桩+边墙单层超前旋喷咬合桩+掌子面正面旋喷桩加固+加强衬砌结构及支护措施”的综合处治方案。

3.1 应急处理措施

1) 掌子面稳固措施。掌子面处进行反压, 并施作封堵墙, 封堵墙上设3处泄水孔, 其内设置滤网以防止泥浆排出。现场应对各泄水孔中排水量、水质进行记录分析, 并及时抽排引出的地下水, 避免其弱化掌子面附近围岩。同时, 派专职安全员看守掌子面情况, 一旦发生异常, 立即上报相关部门, 及时制定相应对策。2) 限制地表水补给措施。根据粉细砂层的走向及宽度, 以及附近地表水系调查情况, 对可能补给到本地层的地表沟水进行封闭处理。3) 地表陷坑回填。采采用用路路基基水水稳稳层层填填料料和和混混凝凝土土回回填填陷陷坑坑至至地表, 并预埋钢花管, 待回填完成后进行补注浆固结回填土体。4) 加强地表监测和巡查。加强地表建网对地表沉降、位移等进行监测的频率, 及时对观测数据进行整理、分析, 发现异常时及时采取应急措施并及时通知相关单位。

3.2 洞内处理措施

洞内处理措施主要为以下内容:反压体处理、旋喷工作室施工、超前预加固、衬砌结构体系、施工监控量测。

1) 反压体处理。本隧道发生流砂塌陷后, 施工单位对掌子面处利用洞渣进行了反压。对反压体进行注浆固结, 浆液采用纯水泥浆, 水灰比为0.5∶1~0.8∶1, 待浆液固结后, 逐层分部清除反压体至原掌子面附近, 掌子面施作φ22砂浆锚杆, 间距1.5 m×1.5 m;φ8钢筋网, 网格间距20 cm×20 cm;喷50 cm厚C25混凝土。

2) 旋喷工作室施工。根据正洞拱墙周边超前旋喷加固圈布置, 于掌子面前方12 m段落范围进行拱墙扩挖, 施作超前旋喷桩工作室, 以满足超前咬合旋喷桩的施工空间要求。该段落需要进行衬砌支护的加强设计。

3) 超前预加固。本隧道穿越饱和状粉细砂段, 开挖轮廓线外拱部采用双层超前旋喷咬合桩预加固及边墙单层高压超前旋喷咬合桩预加固, 为能使纵向提供一个相对较有力的支撑, 增强其抗剪能力, 拱部内层旋喷桩加固体内插入钢筋笼;为使钢架能落在稳定的基础上, 在各工序变化处钢架脚部施作2根水平旋喷桩。为确保施工过程中掌子面稳定, 掌子面采用超前旋喷桩加固措施。超前旋喷采用普通硅酸盐水泥单液浆 (掺入适当的速凝剂) , 浆液水灰比为0.8∶1~1∶1。穿越饱和状粉细砂层地段沿隧道断面拱部180°范围内布设双层超前旋喷咬合桩 (每环130根) , 旋喷桩桩径为600 mm, 两层中心间距400 mm;边墙范围布设单层旋喷桩 (每环20根) 。为保证支护效果, 防止漏砂, 涌砂, 采用咬合桩布置, 环向桩心间距为400 mm, 相邻旋喷体相互咬合的设计值为200 mm;设计插入角约4°12' (要分孔计算每根桩的偏角和仰角, 利用三维坐标, 成孔定位达到精确) , 搭接长度3 m。

其横断面布置见图2。为能使纵向提供一个相对较有力的支撑, 增强其抗剪能力, 当设计孔桩旋喷完成后, 利用拱墙内环超前旋喷体作为施作条件, 利用机具将18 m长钢筋笼放置旋喷体内, 并采用M20水泥砂浆填充;钢筋笼由四根主筋和固定环组成, 主筋采用φ20钢筋, 固定环采用φ76钢管 (壁厚5 mm) , 每节长5 cm, 间距1 m, 并与主筋焊接牢固。旋喷桩具体注浆参数及材料据现场试验确定;旋喷体取芯做强度试验, 无侧限抗压强度不小于3 MPa。各台阶钢架脚位置处均增设2根水平咬合旋喷桩 (每环12根) , 与拱墙咬合旋喷桩同期施作, 使钢架能落在稳定的基础上。为了改良正洞饱和状全风化砂岩 (粉细砂) , 提高掌子面的稳定性以及抗冲蚀能力;为未开挖段之加固圈提供预支撑;同时为加固圈末端可能设置的补旋喷加固环提供稳定施作条件。水平旋喷加固圈施工完毕以后, 于正洞掌子面施作水平旋喷桩加固补强。掌子面采用18 m长旋喷桩加固, 梅花形布置, 中心间距为1.5 m, 每循环开挖为15 m。现场根据揭示的掌子面稳定情况, 适时调整。施作第二循环旋喷桩前进行旋喷工作室扩挖, 旋喷完成后, 初期支护与旋喷桩间的间隙采用喷混凝土回填密实, 初期支护与二衬间空隙部分用二衬混凝土分期回填密实。

4) 衬砌结构体系。本段采用Ⅵ级围岩Ⅵ级全封闭抗水压衬砌, 按承受一定的均布静水压力设计。作为主体受力结构与初期支护共同作用承担全部围岩荷载, 拱墙厚80 cm, 仰拱厚90 cm, 采用C35钢筋混凝土, 施工期间应尽早施作二衬。初期支护:喷C30早强混凝土, 厚度32 cm, 预留变形量为35 cm, 喷混凝土内拱墙设置双层8钢筋网, 网格间距20 cm×20 cm;设置全环Ⅰ25a型钢钢架加强支护, 间距0.5 m。

5) 施工监控量测。本段施工过程中应加强施工监测, 每5 m布置一个观测断面, 开展洞内外观察、拱顶下沉、净空变化、位移变化监控量测。

4 结论及建议

隧道穿越饱和状粉细砂地层时易发生流砂和坍塌风险事件, 对该地层采用水平旋喷桩预加固处理, 具有相对较好的处理效果。但对施工单位的要求较高, 注浆施工时易发生高压下的流砂现象。

对粉细砂地层隧道处理有以下几点建议:1) 施工处理前加强地质勘查工作, 分析饱水粉细砂的成因, 掌握饱水粉细砂的物理力学特性;2) 由于水平旋喷桩预加固费用较高, 需试验对比其他加固措施的可行性, 如密排双层小导管的预加固措施;3) 若隧道底部存在粉细砂地层, 需认真研究基底处理的方法。

摘要：针对饱和粉细砂地层中修建隧道时易发生流砂的现象, 详细阐述了某隧道在饱和粉细砂地层中发生流砂及地表塌陷后的各项应急处理措施和洞内加固处理对策, 可为类似工程提供参考依据。

关键词：饱和粉细砂地层,水平旋喷,超前预加固,衬砌结构

参考文献

[1]陈五二.粉细砂地层隧道水平旋喷桩支护技术[J].铁道标准设计, 2011 (sup) :135-137.

[2]魏文义, 杜立新, 毕德灵, 等.水平旋喷在饱和粉细砂围岩中的应用[J].现代隧道技术, 2011, 48 (2) :174-176.

[3]李世才.桃树坪隧道富水未成岩粉细砂试验段施工技术[J].现代隧道技术, 2012, 49 (4) :111-119.

[4]刘江涛, 崔宏伟, 王振强.“新意法”在未成岩富水粉细砂层隧道中的适用性研究[J].兰州交通大学学报, 2012, 31 (4) :53-56.

[5]张慧乐, 张慧东, 王述红, 等.水平旋喷拱棚结构的承载特性与机理研究[J].土木工程学报, 2012, 45 (8) :131-139.

[6]张宝永.胡麻岭隧道斜井突水涌砂治理措施研究[J].兰州交通大学学报, 2015, 34 (1) :23-27.

细砂地层篇2

所谓粉细砂土是指粒径大于0.075mm的颗粒超过全部质量的50%, 粒径小于0.25mm的颗粒含量也超过全部质量的50%的砂土。粉细砂土的工程性质介于砂性土与粘性土之间, 在天然状态下, 结构松散, 密度也较低, 在自重的作用下即可压密, 埋深较大的粉细砂层, 密度也较大。在有水的粉细砂地层, 内摩擦角也很大, 由以往的工程实践和实验室试验, 总结出粉细砂土的主要的工程性质:

1.1 粉细砂的粒径分布均匀, 且粒径范围很小, 结构松散, 在外界荷载作用下, 很容易变形。1.2粉细砂土体主要靠取决于粒间法向压力的粒间摩擦力维持本身稳定和承载能力。1.3在被水饱和情况下, 粉细砂在荷载作用下的变形速率加大, 按变形控制的承载力较低。1.4粉细砂渗透系数一般为1.2±10-3～6.0±10-3cm/s, 属于中等透水性。天然沉积粉细砂水平向渗透系数明显大于垂直向渗透系数。

2 粉细砂地层的注浆机理

由于前节所述粉细砂土的工程性质可知, 在粉细砂地层下修建隧道, 如果不进行任何的预支护措施, 将会导致粉细砂土体受到应力释放后, 极易发生坍塌事故。因此, 在这种条件下进行浅埋隧道的开挖, 必须进行必要的预支护措施, 采取注浆方法进行围岩加固, 进而提高围岩的物理力学参数, 结合管棚的超前支护作用来保证掌子面的稳定, 以确保隧道开挖过程中不会发生坍塌以及突水涌砂的现象。

在粉细砂地层注浆, 除了能够起到改良围岩的作用, 还有它的负面影响, 由于粉细砂地层的变形比较大, 当注浆压力比较大时, 很容易使得地层受到破坏。另外, 在粉细砂地层中, 注浆材料也很容易产生压力泌水, 使得水灰比发生变化。

3 浆液在粉细砂地层中的渗透分析

在粉细砂地层进行渗透注浆过程中, 只要保持注浆压力和浆液的粘度不变, 都是符合渗透理论的。但是, 在注浆过程中, 浆液不可能一直扩散, 即使增加注浆压力, 浆液也不会继续扩散, 这时, 注浆压力的增大, 会使土层之间产生劈裂, 此时, 为劈裂渗透。

粉细砂地层大多数具有潜在的液化趋势, 由于粉细砂地层的土颗粒比较小, 天然的孔隙比较大, 渗透系数比较低, 排水条件比较差, 超静水压力不易消散, 在很小的渗流量或周期应力的作用下就会液化。液化后的砂层在脉冲射流的作用下可以产生渗透变形, 其液化区将进一步向外扩展, 在砂层中形成破裂口。另一方面, 由于浆液的注浆凝固, 渗透通道也会逐渐减小, 浆液的流动阻力逐渐增大, 因此注浆压力也会随之增大, 增大了的注浆压力将会再次克服地应力的抗拉强度, 对渗流通道进行劈裂。砂层的这一特性为劈裂渗透提供了有利的条件。

根据实验室试验和现场注浆试验, 把在粉细砂地层中注浆的全过程分为五个阶段, 如图1所示:

第一阶段:充填渗透阶段

粉细砂地层在注浆压力不大的前提下, 充填土体中的孔隙以及土体中的空洞, 起到固结作用。这一阶段其实是无压注浆阶段, (0a段) 持续的时间也很短, 充填在粉细砂地层中的浆液凝固后, 使得渗透部分的土体的强度得到加强。

第二阶段:挤密阶段

开始注浆时, 注浆压力比较小, 不足以形成劈裂渗透, 浆液在聚集在注浆孔的附近, 形成椭球形泡体挤压土体, 使得土体的孔隙有所减小。图中的b点即为启裂压力。启裂压力前的曲线段称为鼓泡压密阶段 (与压密注浆相似) 。

鼓泡压密作用可用承受内压的厚壁圆筒模型来分析, 可近似地用弹性理论的平面应变问题求径向位移以估计土体的压密变形。径向位移可用下式计算:

式中:μ为土泊松比;p为注浆压力;m为土的压缩系数;r1为钻孔半径;r2为浆液的扩散半径;E为土的弹性模量。

第三阶段:劈裂阶段

浆液在注浆压力作用下, 先后克服地层的初始应力和抗拉强度, 使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂, 浆液由此进入, 挤密土体, 并与土体发生物理和化学作用, 形成复合土体的浆脉。

式中:pv为垂直劈裂注浆压力;h为注浆段深度;μ为泊松比;N为综合表示k和μ的参数;σt为土的抗拉强度;K0为土的侧压力系数。

第四阶段:被动土压力阶段

通过前三个阶段的作用, 土体得到初步加固, 土中的软弱面, 孔隙及裂隙都被填充满, 此时浆液在较高压力作用下, 克服土的被动土压力, 挤密土体使其固结, 同时浆脉周围的土体也被压密, 最终形成了以浆脉网络为骨架的复合土体。注入地层的浆液最初是聚集在注浆口附近, 沿注浆管形成直径粗细相间的不规则柱体。当注浆压力达到一定程度, 浆液就沿地层的结构面产生劈裂流动, 在地层中形成方向各异, 厚薄不一的片状、条状和团块状的灌浆体, 其具体形状由土体特征和注浆参数确定, 分布也是随机的。浆液劈裂流动方向总是发生在阻力最小的应力面上, 由于正常固结土和欠固结土地基的小主应力是水平向的, 因此初始劈裂主要是沿水平方向发展;随着灌浆压力增大, 则水平应力逐渐转化为被动土压力状态, 这时最大主应力基本呈水平向的, 劈裂开始向竖直方向发展。浆液凝固后从整体上加强了土体, 增加了土体的抗剪强度。

裂缝发展到一定程度, 注浆压力又重新上升, 地层中大小主应力方向发生变化, 水平向主应力转化为被动土压力状态 (即水平主应力为最大主应力) , 这时需要有更大的注浆压力才能使土中裂缝加宽或产生新的裂缝, 出现第二个压力峰值, 由于此时水平向应力大于垂直向应力, 地层出现水平向裂缝, 水平劈裂压力为:

式中ph为水平劈裂注浆压力;h为注浆段深度;μ为泊松比;N为综合表示k和μ的参数;σt为土的抗拉强度。

被动土压力阶段是劈裂注浆加固土地基的关键阶段, 垂直劈裂后大量注浆, 使小主应力有所增加, 缩小了大小主应力间的差别, 提高了土体稳定性。浆脉网的作用是提高土体的法向应力之和, 并提高土体刚度。

第五阶段:再渗透阶段

经历了前四个阶段之后, 浆液沿着主浆脉和裂隙继续向四周扩散, 即图中的c点以后的曲线部分。反复的循环过程, 使注浆土体的物理力学性能得到加强。

实际注浆过程中, 在地层很浅时, 浆液沿水平剪切方向流动会在地表出现冒浆现象, 因此劈裂注浆的极限压力值可满足下式:

式中:pu为劈裂注浆的极限压力;λh为土的重度;h为注浆孔的深度;φ为土的内摩擦角。

I.W.法默等人 (1974) 对土体劈裂注浆引起的地面抬升提出汁算方法, 假定土体存在着截端圆锥体破坏带。如图2所示。截断圆锥体重:

截锥体抗剪强度:

土体抬力:

抬升条件:

4 结论

本章通过对在粉细砂地层注浆机理的研究分析, 得出以下主要结论:

4.1

粉细砂土的工程性质介于砂性土与粘性土之间, 在天然状态下, 结构松散, 土体的自稳性能力很差, 地层的透水性很好, 在隧道掘进的过程中, 土体很容易塌方, 所以, 有必要对隧道前方的地层进行注浆加固, 改善其物理力学参数。

4.2

根据实验室试验和现场注浆试验, 在粉细砂地层进行注浆, 注浆的全过程分为五个阶段:充填渗透阶段、挤密阶段、劈裂流动阶段、被动土压力阶段以及再渗透阶段。

4.3

在粉细砂地层中进行注浆, 能够使粉细砂土得到充填固结, 提高注浆土体的力学参数, 能够最大程度的减小地表差异沉降的产生, 保证地下隧道工程的安全。

摘要：根据粉细砂土的工程性质, 分析了隧道工程掘进时遇粉细砂层时, 采用注浆加固法的作用机理, 阐述了充填渗透阶段、挤密阶段、劈裂流动阶段、被动土压力阶段以及再渗透阶段五阶段固化过程。

细砂地层篇3

上白隧道干燥粉细砂地层施工难题得到了原铁道部工管中心及大西公司相关领导的高度重视,多次组织多名全国知名隧道专家到现场踏勘指导,并明确了对此种地层进行试验性施工。在长达近1年的时间内施工单位先后采用了超前密排小导管注浆(试验浆液包括注水、超细水泥浆、水泥水玻璃双液浆、改性水玻璃、化学浆液等)、深孔袖阀管后退注浆、超前大管棚注浆、插板法、水平旋喷咬合桩等多种施工工艺,同时对开挖工法及支护措施进行研究,最终明确了采取水平旋喷咬合桩超前预加固、多台阶预留核心土顺次开挖法、斜向旋喷咬合桩等关键技术,成功解决了掘进过程中流砂、滑砂难题[1]。但在前期试验性施工阶段,漏砂、涌砂等现象在开挖过程中经常发生,甚至受涌砂影响在隧道出口掌子面发生初期支护大变形,在采取了传统径向注浆先加固后换拱的处理方案失败后,一度长期时间内无法恢复正常掘进。

1 工程概况

新建铁路大同至西安客运专线上白隧道位于山西省闻喜县东镇境内,设计为单洞双线隧道,隧道全长1717m,隧道位于直线上,隧道内设单面坡,自进口至出口为14.5‰的上坡,隧道最大埋深126m,最大开挖断面187.08m2,最大开挖跨度16.4m,该隧道最大的特点为全隧洞身范围均穿越不同厚度的干燥粉细砂层,因此受单作业面施工进度影响,增加两处斜井后共六个掌子面同时施工。该砂层具有以下几个特点[2]:(1)以浅黄褐色粉细砂、细砂为主,颗粒粒径主要集中在0.075～0.25mm区间,约占总重的80%～93%,颗粒较均匀,颗粒级配差。(2)干燥,天然含水率仅为1%～3%。(3)密实状态,可注性差。(4)黏聚力低(0～2kPa),内摩擦角为30°～32°。此类砂层灵敏度高,触变性强,毫无自稳能力,受开挖扰动后立刻呈现流砂及涌砂状态,短时间内即形成堆积体,无防护时间,施工难度与安全风险极大。其中隧道出口于2011年1月受涌砂牵引影响发生初期支护大变形,最大沉降量67cm,平均沉降量49cm,共19m范围的初期支护拱架侵限需要进行换拱处理。

2 总体施工方案

通过先行恢复上台阶的正常掘进,向前开挖一定的距离形成反向处理施工的工作空间,然后封闭掌子面停止掘进,利用该工作空间,反向施工超前预加固水平旋喷咬合桩,在整个变形段外围形成超前帷幕支护,以达到防止换拱施工过程中发生漏砂甚至坍塌的目的;应根据变形段落的长度,合理确定反向超前预加固水平旋喷咬合桩的施工长度与循环数;对初期支护拱架拱脚部位采用施工超前预加固斜向旋喷咬合桩,有效控制初期支护下沉的同时,隔断了下部粉细砂层,起到超前支护的作用;在对全部变形段落的换拱工作处理完毕后,迅速完成该段落的仰拱与衬砌施工,然后恢复正常掘进施工。

3 施工关键技术

3.1 正向超前预加固水平旋喷咬合桩施工[3,4]

在上白隧道试验性施工阶段经过大量的研究与总结,针对此种特性的干燥粉细砂层最终明确了以超前预加固旋喷咬合桩为核心的综合施工技术。其中,水平旋喷咬合桩的施工参数为桩长不超过15m,桩径60cm,桩距35cm(即咬合25cm),循环搭接长度3m,外插角6%,桩体水灰比采用1(水):1.1(水泥):0.125(膨胀土),施工范围为拱部140°。(见图3)

需要注意的是,由于初期支护拱架发生沉降变形,即掌子面处拱架低于设计标高,因此经过计算,向前施工的咬合桩外插角需抬高至10%为宜(角度太大影响对砂层的预加固效果),以缩短本循环前端侵限初期支护的长度。以上白隧道该变形段为例,掌子面处拱架沉降后低于设计标高39cm,按照10%的角度计算,需开挖近4m后拱架方可立设至设计标高,受此因素影响,将来需做换拱处理的变形段长度由原来的19m不可避免的增加至23m。由于反向操作空间长度为不少于8m,因此本循环咬合桩施工长度确定为15m。(见图4)

由于为了创造反向施工的工作空间,仅上台阶向前一次性开挖12m,为了保证该长台阶工作空间的安全稳定性,该12m范围均加设了临时仰拱。

3.2 反向超前预加固水平旋喷咬合桩施工

待工作空间开挖支护形成后,开始施做反向超前预加固水平旋喷咬合桩。根据变形段长度为23m,按照两个循环施工,桩长分别为14m与15m,即两次换拱长度分别为11m与12m。其余施工参数同正常施工咬合桩参数。(见图5)

3.3 换拱施工

待反向超前预加固水平旋喷咬合桩施工完毕并在变形段周边形成有效的连续超前帷幕支护后,开始进行上台阶范围的换拱工作。换拱方向应按照反向咬合桩施工方向即从掌子面向洞外的方向进行,采用人工风镐凿除变形段侵限初期支护喷射砼与拱架,严禁爆破,按照凿除一榀立即立设一榀拱架的原则进行换拱施工。

同理,中台阶侵限拱架换拱施工需待超前预加固斜向旋喷咬合桩施工完毕后进行,同样按照单侧凿一榀即立一榀拱架的原则进行换拱施工。

3.4 超前预加固斜向旋喷咬合桩

3.4.1 斜向旋喷咬合桩作用原理

此砂层段之所以发生沉降大变形,分析原因为该段采用超前密排小导管注浆工艺进行试验施工阶段发生多次漏砂现象,导致初期支护背后存在大量上层滑落的砂层荷载;另外,初期支护拱架立设于开挖扰动后的粉细砂层上,致使通常隧道施工中控制初期支护下沉的技术手段如普通锁脚锚管、连接板部位垫设槽钢、设置扩大拱脚等均难以起到很好的控制效果。拱脚难以生根,且随着漏砂后外部荷载增大至无法承受即发生沉降大变形。因此,在粉细砂层段施工研究中发明的沿隧道下半断面砂层两侧施工超前预加固斜向旋喷咬合桩同样适用于此变形段换拱施工。其作用除了可作为下半断面砂层的超前支护外,还可作为拱架脚部支撑平台,起到控制支护脚部下沉的作用。(见图6、7)

3.4.2 斜向旋喷咬合桩施工参数

该变形段超前预加固斜向旋喷咬合桩施工参数为:桩单根长度5m,外插角约20°,桩径60cm,桩距40cm,咬合20cm,上下搭接长度2m;桩体水灰比采用1(水):0.8(水泥):0.15(膨胀土)。

3.5 变形段仰拱与衬砌跟进施工[5]

针对干燥粉细砂层段施工必须始终坚持仰拱与衬砌紧跟的原则,仰拱距离掌子面严禁超过20m;衬砌距离掌子面严禁超过30m,从此次沉降大变形同样应证了仰拱与衬砌紧跟的重要性(掌子面往后未施工仰拱段19m范围初期支护均发生变形)。

由于变形段背后荷载较大,待换拱工作结束后,立即将前方8m初期支护预留成短台阶,方便变形段仰拱与衬砌快速跟进施工,彻底杜绝安全隐患。

4 结语

1)在耗时几个月的时间内采取了多种注浆工艺进行注浆加固后仍然无法开展换拱工作,严重打击了参建各方的积极性。但通过现场人员的创新及大胆尝试,采用先向前开挖后反向换拱的全新处理措施,避免了就地处理不成功严重耽误工期的现象发生。

2)反向施工超前预加固水平旋喷咬合桩作为超前帷幕支护,加固与隔断粉细砂层、防止其滑塌;对初期支护拱架拱脚部位采用施工超前预加固斜向旋喷咬合桩,有效控制初期支护下沉的同时,还起到下部超前支护的作用等创新技术确保了换拱过程中安全稳定性。

3)实践证明,所采取的施工技术方案与传统初期支护大变形处理施工工艺相比,更有效的控制了换拱施工中可能发生的流砂、涌砂及初期支护二次破坏等现象发生,安全系数高、工艺简单、效率高,为不同程度、不同类型的粉细砂层等不良地质隧道换拱施工提供借鉴作用,针对性强。

参考文献

[1]关宝树,赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京:人民交通出版社,2011.

[2]铁道部第一勘测设计院主编.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社,2002.