CN112901207B - 运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，在隧道出现病害后，包括清理现场并调查报告；三维激光系统扫面塌腔；分析数据并绘制模型图；压土反填，分层夯实；预置碳纤维网；喷砼护坡；泵送混凝土，回填造壳；施作超前及径向注浆小导管；注浆施工；修复初支二衬；吹砂回填塌腔；用探地雷达探测内部结构及空间分布是否密实等步骤；提供了一种合理高效低风险，能有效解决处治隧道塌方灾害的动态施工方法，并且能够确保修复后的隧道稳定安全，保证隧道快速正常地投入使用。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法。
背景技术
处于盐溶地区的既有运营隧道，常会发生硫酸盐侵蚀破坏，使隧道混凝土结构劣化甚至破坏，根据混凝土硫酸盐侵蚀破坏的主要机理，其类型可分为膨胀破坏和溶析破坏。破坏的主要原因是水泥水化物与硫酸盐反应生成膨胀性物质，这些膨胀性物质对混凝土结构产生膨胀应力，当其膨胀应力达到一定程度时，就会使混凝土结构产生开裂和崩坏。若隧址区背斜构造受断层破坏，加上隧道结构存在诸如二衬强度不足、混凝土原材及配合比不满足要求等原始缺陷问题，盐溶性地下水会进一步对既有隧道结构造成损害。隧道周围围岩受力稳定状态相对隐蔽，在既有线一侧隧道正常通车运营，对另一侧隧道因病害进行快速修复换拱过程中出现洞内局部溜坍而产生塌腔结构塌方时，可能会影响原有施工计划安排甚至造成无法挽回的人员和物力损失。对既有运营隧道已产生溜坍塌方的一侧进行灾害分析以及受力受损情况原因调查，并及时对隧道灾害处进行科学合理的处治，才能保证隧道质量和安全，降低损失，尽快恢复隧道的正常运营。
当隧道开挖过程中出现洞内塌方时，塌方部位一般发生在开挖掌子面附近，常先喷砼封闭掌子面加固前方，对于后方溜坍落空区域采用压土回填，至其高度达到拱顶部位，支撑隧道上部结构防止进一步溜坍破坏。后结合注浆、超前小导管等加固技术加强塌体周围结构强度，待其稳定最后重新施作初支二衬完成隧道塌方结构处治。由于各工程现场条件各异，具体施工方法也会有所差异。
常见的隧道塌方处理条件为在建开挖隧道，此时的隧道较于既有通车隧道而言，由于未贯通，其掌子面的存在使其整体结构更加稳固，现场条件以及需考虑因素较少，可能传统的在建开挖隧道塌方处治方案并不适用于既有运营隧道。
发明内容
本发明的目的是提供一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，以解决上述现有技术存在的问题，在常见的隧道塌方处理方案的基础上，增加了前期科学可靠的隧道探测调查方法，结合既有运营隧道全线贯通的现场条件，提供一种合理高效低风险，能有效解决处治隧道塌方病害的动态施工方法，并且确保修复后的隧道稳定安全，保证隧道快速正常地投入使用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，包括以下步骤：
步骤一：既有隧道进行维修换拱过程中遇到塌方溜坍并伴有渗漏水灾害时，立即停止拆除换拱，及时撤离现场施工人员，待情况稳定后进行现场勘查，确认隧道塌方处地质结构特征，同时针对塌方体特征以及周围地区地下水系统分布规律开展调查工作，并将调查结果整理成报告，为后续施工提供参考；
步骤二：利用三维激光扫描测量系统探测洞内塌方处塌腔，所述三维激光扫描测量系统包括扫描主机、数据处理软件、电源、扫描连接伸缩杆、电源和适配线；量测时将扫描主机、连接杆以及数据控制终端电源连接完毕后，通过接连杆将扫描主机送入塌腔并将其固定在塌腔内的适当位置，打开控制软件设定好原始参数，启动扫描主机，采用非接触式激光测量的方式进行塌腔的数据扫描并记录，随后通过软件进行业内处理分析并绘制三维模型图以及各剖面图，同时严密监控隧道塌方处塌腔的变化，根据其变化情况动态采取科学合理的处置方案；
步骤三：利用隧道塌方腔体洞渣以及外运工程土石进行溜坍区域反填处理，反填分层施工，同时针对回填分层夯实；反填过程中预埋泵送管用于泵送混凝土；预埋排气管，用于排气；在塌腔内下部放置一层碳纤维网，为后期泵送混凝土提供一个支撑平台，碳纤维网与隧道塌腔内壁的摩擦力和碳纤维网对内部混凝土反作用力能够增强结构的整体稳定性；待反填夯实完成，采用喷砼封闭侧顶边坡；
步骤四：通过预埋的泵送管，向塌腔内泵送混凝土，对塌孔进行填充封闭，直至施工过程中排气管有浆液流出时停止泵送，完成混凝土回填造壳；
步骤五：待泵送混凝土稳定后，施作超前及径向注浆小导管；
步骤六：装钢拱架，按照新建隧道施工工艺，修复塌方段初支及二衬；
步骤七：初支二衬修复后，从预留管往塌腔内吹砂回填形成回填砂，厚度≥1m；回填砂之前，将预留排管管外露端头切除，管口用土工布封闭，作为排水通道，同时防止回填砂流失；吹砂结束后，将预留泵送管外露端头切除，管口填充砂浆封闭；该位置布置一道环向软式透水管；
步骤八：利用探地雷达，并借助数据分析技术，探测修复后的原隧道塌方影响区内部结构以及空间分布，若检测出了空洞，应施以二次注浆，以保证塌方腔体达到密实，从而确保经修复后的隧道安全可靠，能够恢复正常运营，同时与步骤二的监控量测形成闭环，构成一个完整科学的施工步骤。
优选地，步骤三中，反填分层施工，每层高1.8m，平台宽2m，并按1：1.5的坡比进行修坡。
优选地，步骤三中，回填分层夯实施工中，中部采用夯实机械压实，在上层部分则利用人力夯实，使夯实度达到90％以上。
优选地，步骤三中，所述泵送管为2根φ150钢管，深入塌腔≥4.5m；排气管为1根φ150的钢管，深入塌腔≥4m。
优选地，步骤三中，采用20cm厚C25喷砼封闭侧顶边坡，并在混凝土中使用定型钢筋进行钢筋网的焊接；在混凝土表面设置2％的横纵坡度，有效防止作业面出现积水，同时在坡面下远离拱脚处设置泄水管，将洞内塌方区域的渗漏水沿管引流至排水沟集水井。
优选地，步骤五中，于起止距离塌方口两侧5m处的纵向开始施作φ42超前及径向注浆小导管，加固塌方影响段；注浆小导管的端头需做成锥形，在管外壁按15cm的间距设置孔径8mm的小孔，按梅花形布置，并在靠近两侧处打设φ42注浆小导管，外插角25°；随后压注水灰比为0.6：1的水泥浆，注浆压力控制在0.5MPa～1Mpa；在塌方口处增设φ42注浆小导管，纵向间距1m，并清理初支及二衬厚度不足部位，确保满足二衬厚度≥30cm；施工时需清除部分回填反压的石渣土方平台，在清理时应遵循渐进原则，边清理边施工，严谨一次性清通。
优选地，步骤六中，安装I16钢拱架，间距50cm布置，拱架间铺设φ8钢筋网片。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治法，用于既有运营隧道检修过程中出现洞内塌方的处理和施工方法包括三维激光扫描调查、施作填土反压平台、安装碳纤维网及泄水管、浇筑混凝土、施作超前及径向注浆小导管、砂土回填并重新探测、监测量控等步骤，将及时调查、动态施工、塌方修复进行了有效结合，能够在保障安全的前提下，防止隧道塌方进一步发展，并降低风险提高施工效率，确保施工质量，使病害隧道能尽快恢复运营。
2、本发明提出的整套处治施工方法不仅适用于常见的隧道开挖过程中出现洞内塌方的处置，对于特殊情况下既有运营隧道出现塌方病害的处治更为可靠有效。较于一般常见的施工方法，本发明提出的施工方法适用面更广。
3、本发明提出的在塌方塌腔内下底部、回填土方表面上放置碳纤维网，以此来提高后期注浆回填修复后的整体结构稳定性，防止回填体掉落。同时碳纤维网能有效透过积水，对于施工期间影响区范围内的渗漏水能及时通过设置的汇水管引流排处，而不会造成积水聚集的现象。
4、本发明提出的三维激光扫描仪与探地雷达相结合用于隧道塌方修复前后期监控测量方法，能清楚有效且真实地反应隧道修复全过程的参数及样貌变化，对于制定科学合理的动态施工以及确保施工修复后的结构质量起到至关重要的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法的流程图；
图2为溜坍区处治反填压土纵断面示意图；
图3为溜坍区处治回填横断面图；
图4为溜坍区处治边施工边清理土方纵断面图；
图5为溜坍区处治超前及径向小导管施工截面图；
图中：1-塌腔、2-喷砼、3-泵送管、4-排气管、5-碳纤维网、6-反填料、7-注浆小导管、8-回填砂、9-砂浆封闭、10-土工布封闭。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，如图1-5所示，包括以下步骤：
步骤一：既有隧道进行维修换拱过程中遇到塌方溜坍并伴有渗漏水灾害时，立即停止拆除换拱，及时撤离现场施工人员，待情况稳定后进行现场勘查，确认隧道塌方处地质结构特征，同时针对塌体特征以及周围地区地下水系统分布规律开展调查工作，并将调查结果整理成报告，为后续施工提供参考；
步骤二：利用三维激光扫描测量系统探测洞内塌方处塌腔，所述三维激光扫描测量系统包括扫描主机、数据处理软件、电源、扫描连接伸缩杆、电源和适配线；量测时将扫描主机、连接杆以及数据控制终端电源连接完毕后，通过接连杆将扫描主机送入塌腔并将其固定在空区内的适当位置，打开控制软件设定好原始参数，启动扫描主机，采用非接触式激光测量的方式进行塌腔的数据扫描并记录，随后通过软件进行业内处理分析并绘制三维模型图以及各剖面图，同时严密监控隧道塌方处塌腔的变化，根据其变化情况动态采取科学合理的处置方案；
步骤三：利用隧道塌方处腔体洞渣以及外运工程土石进行溜坍区域反填处理，反填分层施工，每层高1.8m，平台宽2m，并按1：1.5的坡比进行修坡；同时针对回填分层夯实，中部采用夯实机械压实，在上层部分则利用人力夯实，使夯实度达到90％以上；反填过程中预埋泵送管3用于泵送混凝土；预埋排气管4，用于排气；泵送管3为2根φ150钢管，深入塌腔1≥4.5m；排气管4为1根φ150的钢管，深入塌腔1≥4m；在塌腔1内下部放置一层碳纤维网5，为后期泵送混凝土提供一个支撑平台，碳纤维网5与隧道塌腔1内壁的摩擦力和碳纤维网5对内部混凝土反作用力能够增强结构的整体稳定性；待反填夯实完成，采用20cm厚C25喷砼2封闭侧顶边坡，并在混凝土中使用定型钢筋进行钢筋网的焊接；在混凝土表面设置2％的横纵坡度，有效防止作业面出现积水，同时在坡面下远离拱脚处设置泄水管，将洞内塌方区域的渗漏水沿管引流至排水沟集水井。；
步骤四：通过预埋的泵送管3，向塌腔1内泵送C25混凝土，对塌孔进行填充封闭，直至施工过程中排气管4有浆液流出时停止泵送，完成混凝土回填造壳；
步骤五：待泵送混凝土稳定后，施作超前及径向注浆小导管7；于起止距离塌方口两侧5m处的纵向开始施作φ42超前及径向注浆小导管7，加固塌方影响段；注浆小导管7的端头需做成锥形，在管外壁按15cm的间距设置孔径8mm的小孔，按1.2m(环)×1.5m(纵)间距呈梅花形布置，并在靠近两侧处打设φ42注浆小导管7，外插角25°；随后压注水灰比为0.6：1的水泥浆，注浆压力控制在0.5MPa～1Mpa；在塌方口处增设φ42注浆小导管7，纵向间距1m，并清理初支及二衬厚度不足部位，确保满足二衬厚度≥30cm；施工时需清除部分回填反压的石渣土方平台，在清理时应遵循渐进原则，边清理边施工，严谨一次性清通。
步骤六：安装I16钢拱架，间距50cm布置，拱架间铺设φ8钢筋网片，按照新建隧道施工工艺，修复塌方段初支及二衬；
步骤七：初支二衬修复后，从预留管往塌腔1内吹砂回填形成回填砂8，厚度≥1m；回填砂8之前，将预留排管管外露端头切除，管口用土工布封闭10，作为排水通道，同时防止回填砂8流失；吹砂结束后，将预留泵送管3外露端头切除，管口填充砂浆封闭9；该位置布置一道φ50环向软式透水管；
步骤八：利用探地雷达，并借助数据分析技术，探测修复后的原隧道塌方影响区内部结构以及空间分布，若检测出了空洞，应施以二次注浆，以保证塌方腔体达到密实，从而确保经修复后的隧道安全可靠，能够恢复正常运营，同时与步骤二的监控量测形成闭环，构成一个完整科学的施工步骤。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：既有隧道进行维修换拱过程中遇到塌方溜坍并伴有渗漏水灾害时，立即停止拆除换拱，及时撤离现场施工人员，待情况稳定后进行现场勘查，确认隧道塌方处地质结构特征，同时针对塌方体特征以及周围地区地下水系统分布规律开展调查工作，并将调查结果整理成报告，为后续施工提供参考；
步骤二：利用三维激光扫描测量系统探测洞内塌方处塌腔，所述三维激光扫描测量系统包括扫描主机、数据处理软件、电源、扫描连接伸缩杆、电源和适配线；量测时将扫描主机、连接杆以及数据控制终端电源连接完毕后，通过接连杆将扫描主机送入塌腔并将其固定在塌腔内的适当位置，打开控制软件设定好原始参数，启动扫描主机，采用非接触式激光测量的方式进行塌腔的数据扫描并记录，随后通过软件进行业内处理分析并绘制三维模型图以及各剖面图，同时严密监控隧道塌方处塌腔的变化，根据其变化情况动态采取科学合理的处置方案；
步骤三：利用隧道塌方腔体洞渣以及外运工程土石进行溜坍区域反填处理，反填分层施工，同时针对回填分层夯实；反填过程中预埋泵送管用于泵送混凝土；预埋排气管，用于排气；在塌腔内下部放置一层碳纤维网，为后期泵送混凝土提供一个支撑平台，碳纤维网与隧道塌腔内壁的摩擦力和碳纤维网对内部混凝土反作用力能够增强结构的整体稳定性；待反填夯实完成，采用喷砼封闭侧顶边坡；
步骤四：通过预埋的泵送管，向塌腔内泵送混凝土，对塌孔进行填充封闭，直至施工过程中排气管有浆液流出时停止泵送，完成混凝土回填造壳；
步骤五：待泵送混凝土稳定后，施作超前及径向注浆小导管；
步骤六：装钢拱架，按照新建隧道施工工艺，修复塌方段初支及二衬；
步骤七：初支二衬修复后，从预留管往塌腔内吹砂回填形成回填砂，厚度≥1m；回填砂之前，将预留排管管外露端头切除，管口用土工布封闭，作为排水通道，同时防止回填砂流失；吹砂结束后，将预留泵送管外露端头切除，管口填充砂浆封闭；该位置布置一道环向软式透水管；
步骤八：利用探地雷达，并借助数据分析技术，探测修复后的原隧道塌方影响区内部结构以及空间分布，若检测出了空洞，应施以二次注浆，以保证塌方腔体达到密实，从而确保经修复后的隧道安全可靠，能够恢复正常运营，同时与步骤二的监控量测形成闭环，构成一个完整科学的施工步骤。
2.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤三中，反填分层施工，每层高1.8m，平台宽2m，并按1：1.5的坡比进行修坡。
3.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤三中，回填分层夯实施工中，中部采用夯实机械压实，在上层部分则利用人力夯实，使夯实度达到90％以上。
4.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤三中，所述泵送管为2根φ150钢管，深入塌腔≥4.5m；排气管为1根φ150的钢管，深入塌腔≥4m。
5.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤三中，采用20cm厚C25喷砼封闭侧顶边坡，并在混凝土中使用定型钢筋进行钢筋网的焊接；在混凝土表面设置2％的横纵坡度，有效防止作业面出现积水，同时在坡面下远离拱脚处设置泄水管，将洞内塌方区域的渗漏水沿管引流至排水沟集水井。
6.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤五中，于起止距离塌方口两侧5m处的纵向开始施作φ42超前及径向注浆小导管，加固塌方影响段；注浆小导管的端头需做成锥形，在管外壁按15cm的间距设置孔径8mm的小孔，按梅花形布置，并在靠近两侧处打设φ42注浆小导管，外插角25°；随后压注水灰比为0.6：1的水泥浆，注浆压力控制在0.5MPa～1Mpa；在塌方口处增设φ42注浆小导管，纵向间距1m，并清理初支及二衬厚度不足部位，确保满足二衬厚度≥30cm；施工时需清除部分回填反压的石渣土方平台，在清理时应遵循渐进原则，边清理边施工，严谨一次性清通。
7.根据权利要求1所述的运营隧道硫酸盐腐蚀段二衬换拱时洞内塌方的处治方法，其特征在于：步骤六中，安装I16钢拱架，间距50cm布置，拱架间铺设φ8钢筋网片。
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