包蘭線東崗鎮隧道病害整治方案

1地下水補徑排嚴重,地包蘭線東崗隧道建于1973年，全長k984.878.56-k985.555，全長575m。隧道位于蘭州盆地東端邊緣。頂部位于平坦的平臺，最大埋深約55m。隧道入口段由砂巖和砂巖礫石巖組成。砂巖呈圓形，主要由粘土結合。局部呈現出水平層理。風化嚴重，礫巖風化嚴重，裂縫發育。這是i類圍巖，通過曲墻的反弧襯砌而成。出口部分的層為灰色花崗巖，節理發育，風化嚴重。屬于iii類圍巖。使用直墻和非正轉弧混凝土。隧道主要通過區域地下水補充主要是大氣降水和表土流的入滲，表黃土結構緩慢，垂直裂縫發育，透水性強。隧道入口段巖性為第三系砂巖卵石巖，裂縫發育，透水性好，地下水活動強烈。隧道內壁和回波峰沼澤、拱不規則和水坑現象嚴重。1993年的電氣化改造期間，由于隧道的不完全滿足要求，采用了垂直隧道，拱被拋出。碎石路床改為混凝土寬枕頭路床，雙側保溫溝渠及盲道旁墻垂直溝渠。由于各種原因，溝渠排水不良。隧道地板部分翻泥，拱頂漏水嚴重。近年來，雖然進行了隧道疾病的修復，但效果甚微。目前，隧道進口段漏水嚴重，邊墻素流混凝土層墜在，隧道地板存在污水轉移現象，列車速度較慢。2隧道襯砌及地下水排放1)圍巖中水中的SO?244-2、Cl-含量分別高達9.6～9.8g/L,6.8～6.9g/L,對隧道襯砌具有硫酸鹽強腐蝕作用.2)由于地下水的侵蝕,襯砌深部出現一定范圍的疏松區,導致隧道襯砌的有效厚度減小,混凝土強度降低,承載能力下降.3)從地質雷達探測及水的滲漏情況看,襯砌已經多處具有很多貫通內外的裂紋,形成了襯砌背后地下滲漏的良好通道.4)隧道仰拱已有多處破碎使地下水和紅砂巖被侵蝕后形成紅膠泥涌入道碴、道床中,導致翻漿冒泥,嚴重影響了行車安全.5)隧道頂地表面的桃園灌溉水和雨水從陷穴與表面滲入到黃土-卵石土-紅砂巖中,不斷地補給地下水.6)松散的卵石層進口處緩傾角的紅砂巖和“X”節理的切割,形成了地下水富集和排泄通道.3復合式隧道見圖2分析中采用結構力學方法,Ⅲ類圍巖材料參數為:彈性模量為1500MPa,泊松比μ=0.30,重度=19kN/m3,粘聚力c=100kPa,內摩擦角=30°,彈性抗力系數為2×105kN/m2.襯砌混凝土材料參數為:泊松比μ=0.17,重度=20kN/m3,粘聚力c=4000kPa,內摩擦角=60°,計算荷載根據鐵路隧道規范確定.根據東崗隧道的覆土深度,確定該隧道為深埋隧道,作用在結構上的豎向分布荷載為:q=0.41×1.79sγ=0.41×1.794×20.0=84.18kN/m2式中:s為圍巖級別;γ為圍巖重度.分布荷載為:e=0.17q=0.17×84.18=14.3kN/m2.由于地下水的腐蝕作用,隧道襯砌厚度減小,根據現場地質雷達檢測結果,確定了一些較薄弱的橫斷面,例如K984+898橫斷面其襯砌橫斷面見圖1,該橫斷面的各截面內力計算結果見表1.4潛孔排水室合水直墻體改施1)將隧道襯砌K984+878.56～K985+234.56段全部鑿除,按電氣化鐵路隧道限界重新澆注襯砌,并采用模筑襯砌分兩次施工.2)在大小避車(人)洞處,將既有尺寸擴大做潛孔排水室,在潛孔室內向下挖豎井通過橫向洞與既有泄水洞連通,形成新的排水系統將水排走,潛孔室在線路兩側布置.潛孔排水室內設置潛孔.3)隧道直墻襯砌K985+234.56至出口段,有漏水處進行注漿封堵,并對側溝清淤疏通.4)對隧道外上方附近地面天溝清淤疏通,山坡陷穴及裂隙填平夯實.并將山坡沖溝修建成排水溝一并引至排水溝排出.5次數后地面形成地表缺陷穴,形狀由地面上升,在整治施工過程中,分別于2003年6月18日和7月16日發生了兩次較大的塌方冒頂事故.第一次塌方范圍15m,形成地表陷穴,直徑達25m,陷穴最深部位10m,塌方量1700m3.第二次塌方長度14m,形成地表陷穴,直徑達27m,陷穴最深部位7m,塌方量1500m3(見圖2包蘭線東崗鎮隧道兩次塌方冒頂縱斷面示意圖及掌子面封閉示意圖).6初期支護失敗1)在爆破原有襯砌時,沒有打超前錨桿.2)施工時采用全斷面一次爆破,導致結構整體失穩.3)爆破后沒能及時施做初期支護,使巖層暴露時間過長.4)爆破超挖嚴重,隔柵拱架不能密貼于斷面,不能起到支撐作用.5)剛開始有零星小塊落石現象時,未能引起重視,沒有及時采取有效措施.7采用坍塌處理方法和措施7.1表面處理塌方發生后,盡快將隧道上方塌方口及其附近土地全部征下,以防止當地果農再次往塌方口內澆水,然后用雨蓬遮蓋塌方口,并做好周圍的排水設施.7.2內部處理1處理方案的選擇塌方體松散,不利清方,采用全斷面超前小導管預注漿固結松散體后再進行開挖的方法通過該段.22坍塌處理措施(1)砂子砂膠擾施工由于東洞工序較多且復雜,為盡量減少干擾,施工時從西洞開始施工,在東面掌子面用編制袋裝滿土或砂子按坡度從下向上堆緊,噴射混凝土封閉,以保證安全見圖2.(2)支護結構及施工方向首先對塌方處邊拱采用超前小管棚支護(?42,共頂間距10cm,邊墻20cm,L=3.5,每排搭接長度1m,仰角15°),然后沿拱頂按仰角60°,環向間距30cm布設3.5m小導管(見圖3),壓注水泥—水玻璃雙液漿將拱頂2m厚度范圍、邊墻50cm范圍土體進行加固,使之形成拱殼,以承擔頂部及周圍土體的壓力.開挖支護施工方向為由西向東,支護采用I16型鋼拱架,間距2榀/m,拱腳增設兩排鎖腳錨桿(管)(見圖4),第一排為錨桿(?32,2根/拱腳,L=3.5m),第二排為錨管(?42,2根/拱腳,L=3.5m),隔柵間設?20縱向連接筋(間距50cm,內外兩層梅花形布設)并壓注水泥—水玻璃雙液漿.由于塌穴還未得到有效控制,雨水大量侵入,為保證施工安全,在拱腳部位加卡口梁(I16工字鋼,間距50cm).開挖分三步進行,第一步開挖上臺階,上臺階進5m后施工中臺階,最后施工下臺階,同時一襯及二襯緊跟施工.8施工中的實踐1)東崗鎮隧道始建于1956年,多年來屢遭滲水、冒漿等病害的侵蝕,嚴重影響了隧道圍巖的結構穩定性,制約了交通運輸及社會經濟的發展.2)通過對包蘭線東崗鎮隧道病害的整治表明,圍巖監控量測技術是對全斷面隧道施工的先導技術,是現場生產和科學管理不可缺少的手段,通過及時的量測預報可以很好的避免塌方和人機事故的發生,經濟效益顯著.3)在隧道開挖施工中,要隨時觀察圍巖變化情況.根據所揭示的圍巖穩定情況制定合理的開挖支護方案.特別是在圍巖軟硬交替、有較大變化處更要小心謹慎,不可盲目追求施工進度而生硬采用既有的開挖方案.同時,要堅持“弱爆破、短進尺、強支護、勤量測、早封閉”的原則,盡量避免不必要的塌方事故.4)制訂塌方處理方案時,應先采取相應的措施阻止塌方體繼續坍塌,應遵循“寧慢勿?！钡脑瓌t,制訂相應的安全保證措施.5)這次塌方處理非常成功,通過加強支護和襯砌結構措施,較穩妥、安全、順利、快