包西鐵路閆家村隧道單側塌方冒頂處理技術

李忠林

（中鐵十四局集團二公司，工程師 山東 泰安 271000）

包西鐵路閻家村隧道地處黃土塬、梁地貌，地表植被一般，第四系覆蓋層較厚，地勢陡峻，地形起伏較大，地面高程652.34～816.40 m，相對高差約164.06 m，最大埋深為153 m，為雙線隧道。

閻家村隧道出口2008年6月23日開挖里程至DK664+297，線路右側拱墻部出現寬4.0～4.5 m泥質填塞軟弱帶及泥質砂巖破碎帶，先呈片狀剝落，隨即用C25噴射混凝土進行封閉，噴混凝土30 cm，但并未遏制住塌落形式。隧道左側邊墻出現全面坍塌，蔓延至DK664+309.4，泥質填塞軟弱帶經雨水浸泡變軟坍塌，隧道DK664+297～DK664+309.4左側邊墻和拱頂出現塌方，塌碴堆積為1500 m3。至7月9日凌晨地表沿砂巖夾泥層塌陷形成面積為410 m2坍孔，下沉6～7 m。洞內圍巖左側及拱部為砂巖夾頁巖風化層，青灰色，線路右側拱墻部為泥質砂巖夾泥質填塞軟弱帶，泥質砂巖為灰黃色，泥質填塞軟弱帶，為紅褐色，伴有裂隙水流出，水量較大；夾層遇水膨脹軟化，造成大面積垮塌。下部伴有破碎巖帶，節理較發育，水平節理巖體與陡傾角節理相互切割破碎，整體性差。地表為中厚層水平風化砂巖與薄層水平風化砂巖夾泥質砂巖軟弱帶，遇水軟化。泥質砂巖向隧道小里程方向斜傾，經雨水誘發，出現坍塌，并一直沒有自穩，導致隧道單側冒頂。為此，必須對施工穿越半軟硬巖層斷面時單側塌方冒頂處理方法進行研究。對閆家村隧道塌方冒頂采取塌方體注漿、超前支護、斷面開挖、回填及監測的處理方法正確有效，破解了隧道大偏壓易變形的施工技術難題。

1 塌方體注漿

本隧道塌方注漿分為坍塌體注漿與坍孔內固結灌漿2種形式。坍塌體注漿主要是為防止向掌子面進尺時，由于上部壓力造成二次滑塌，處理過程中需逐步對坍塌體進行清除。坍孔內固結灌漿主要是在坍孔底部形成強度較高的塞體。在處理塌方過程中及處理完塌方體后與隧道一起作為永久支護承受坍孔內塌體壓力，確保日后運營安全。

1.1 施作止漿墻 由于坍塌體主要為全風化泥巖夾孤石，孔隙率現場實測為36%。為防止漿液外溢，確保注漿達到設計壓力，在注漿花管施工，于坍體面上噴射20 cm厚混凝土止漿墻。以后各注漿塌體表面均要噴射20 cm厚的混凝土。

1.2 成孔 注漿花管采用Φ42×5 mm（外徑×壁厚）的熱軋無縫鋼管，長度洞內坍塌體為2 m，塌孔為6 m；花管前端加工成錐形，管體鉆設透漿孔，孔徑10 mm，孔間距30 cm，導管尾端1.0 m范圍不鉆孔，管尾焊接Φ6 mm加勁箍，用沖擊錘直接將花管打入坍體。如遇坍體中大塊孤石導管無法自進時，可暫按現有孔深進行注漿，待本循環注漿結束后，對受阻孔采用鑿巖機成孔后進行補灌。

1.3 注漿孔角度 對洞內塌碴注漿花管平行線路方向打入，塌孔內臨時固結注漿鋼花管與斷面外插角為45°，見圖1。塌孔內固結灌漿沿隧道輪廓線徑向打入。

圖1 水泥注漿示意圖

1.4 注漿順序 加固塌體壓漿自下而上順序進行，達到注漿壓力即可進行下一孔灌注。

塌孔內固結灌漿時應采用Ⅱ序灌漿，漿液采用二級漿液，即先注入稀漿，水灰比為3：1，后注入1：1稠漿。考慮到注漿后需盡快開挖，注漿選用早強水泥。

施工時，嚴格壓漿作業工序控制。鉆孔位置、角度深度及漿液配制應符合設計要求。注漿作業時應經常檢查泵口及孔口注漿壓力變化，符合結束條件后方可停止注漿，并認真填寫注漿記錄。

2 超前支護

為了防止巖石、塌體冒落，對掘進工作面進行超前支護，保證施工安全。

2.1 斷面擴挖及支護 由于隧道原開挖按Ⅲ級圍巖施工，線路左半未塌方斷面為較堅硬砂巖夾頁巖，需擴挖以滿足Ⅴ級圍巖加強式斷面尺寸。為減少爆破震動對塌方體的影響，爆破設計遵循“密打孔、弱爆破、短進尺”的原則。擴挖處理順序：斷面測量→鉆孔→爆破→斷面復測→初噴。

全斷面設置I20B型鋼拱架，間距1榀/50 cm，配合鋼架自右側上臺階底腳至左側拱墻150°設置Φ42 mm超前小導管進行預支護，小導管環向間距40 cm，長度3.5 m，縱向 0.5 m/環，與鋼架夾角為 10～15°。支護施工見圖2。

導管采用規格Φ42×3.5 mm（外徑×壁厚）的熱軋無縫鋼管，加工同注漿花管。用風槍鉆孔后將導管插入。

圖2 密排超前小導管、鋼拱架及塌孔內固結灌漿示意圖

2.2 超前小導管施工

2.2.1 設計參數 長度3.5 m，縱向0.5m/環，與鋼架夾角為10～15°，范圍為右側上臺階底腳至左側拱墻150°。

2.2.2 注漿參數設計 水灰比W：C=1：1注漿終壓0.5～1Mpa

2.2.3 主要材料機具設備 主要材料為32.5號普硅水泥。機具設備為GYZB型液壓雙液自動化注漿機。小導管注漿，見圖3。

圖3 小導管單液注漿示意圖

3 斷面開挖與支護

超前支護施工完成后，開始塌方斷面土方的開挖工作，同時要做好斷面的開挖支護工作，采取上下兩斷面開挖法進行施工。

3.1 上斷面開挖支護 用人工沿塌方體進行環形預留核心土方案開挖，每循環進尺0.5 m。根據開挖順序，Ⅰ25B上臺階鋼拱架加工共分5個單元段，每節兩端焊法蘭盤，以螺栓連接。開挖前預先架設左側為塌方帶2個單元段鋼拱架。隨開挖及時架設其余各Ⅰ25B鋼拱架。拱架間距0.5榀/m，架設時要緊貼圍巖，貼不緊處，每隔1 m以鋼板墊實。拱架立好后，打定位錨桿與鎖腳錨桿，并與與鋼軌拱架焊接，錨桿采用Ф22 mm砂漿錨桿，定位錨桿長度3.0 m，沿拱架環向間距1.2 m。鎖腳右側拱腳錨桿設置4根，左側拱腳2根，長3.5 m。同時，焊縱向連接鋼筋將鋼軌拱架連到一起，縱向鋼筋Ф22 mm，沿環向間距0.6 m布置。各分部鋼拱架安好后，及時網噴混凝土25 cm厚。核心土每兩循環一挖除，為防止因單側偏壓造成拱架變形侵限，采用Ф200 mm鋼管橫撐加固鋼架拱腳，縱向間距1 m，待下斷面開挖前逐榀拆除。斷面開挖支護施工流程示意圖見圖4。

圖4 斷面開挖支護施工流程示意圖

3.2 下斷面施工 待上斷面支護通過坍方體，塌孔Ⅱ序灌漿7 d后進行下半斷面開挖。下半斷面開挖采用先馬口再核心土的施工方案。循環進尺1 m，開挖后架設下斷面拱架，施做初期支護。仰拱下斷面按每開挖4 m一循環并及時施做。

3.3 二次襯砌 當初期支護變形趨于穩定時，采用跳槽法進行塌方段二次襯砌，即從現襯砌地段將模板臺車走行至塌方段，先襯砌塌方段的方法。襯砌采用Ⅴ級圍巖鋼筋砼加強式復合襯砌形式。

4 回填及監測

山體因隧道冒頂塌方地貌遭到破壞，為確保隧道頂部的壓力穩定，需對塌方段進行回填處理。同時要做好科學的監測預報，確保施工安全。

4.1 塌頂回填 洞內襯砌通過坍方后，待強度達到100%后，陷穴采用土石及時回填，回填高出地面，頂部1 m范圍內采用黏土回填，沉降結束后地表采用厚30 cmM10漿砌片石鋪砌。

4.2 監控量測 塌方地段每處理完一個循環后，及時布設監控量點，利用洞內外觀察、周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉等監測項目，通過現場觀察、收斂儀、水準儀、鋼尺等測設儀器進行監控量測，并及時分析監控量測數據，若有局部位移量偏大段，及時調整支護參數。并對量測及時進行資料分析，如發現異常及時通知業主、設計及監理單位，以便及時處理，并立即采用應急預警措施，以確保施工安全。

5 結束語

在處理塌方冒頂時，采用地表開挖截水溝及冒頂陷搭設防雨棚遮蓋措施，有效防止地表水下滲侵害，加大了塌方段處理過程中的安全系數。由于采用短循環、強支護，鋼架架設完成后加設拱腳橫撐支撐、塌孔固結灌漿的措施，對處理坍塌體收到了顯著成效，竣工3年，未發生任何異常。總之，在隧道塌方處理施工中應堅持"穩坍體、管超前、小進尺、多循環、強支護、少擾動、快封閉、勤量測、速反饋"的原則，分區分段、按順序跟步驟進行。還應處理好單側冒頂塌方段的支護變形問題，加強監控量測，確保施工安全。