試論采用地表鉆孔注漿治理公路隧道塌方地質災害

摘要：本文結合筆者多年施工經驗，通過分析某高速公路的隧道因滑坡而引起的隧道塌方災害治理工程，詳細介紹了采用地表鉆孔注漿治理隧道塌方的施工技術，以供同行參考。

關鍵詞：隧道；地質災害；滑坡；塌方；鉆孔注漿

湖南省汝（城縣）郴（州）高速公路穿行于崇山峻嶺，地質條件復雜，巖性多變，地形切割深；降雨量大，地表和地下水均非常豐富。在整個路線施工過程中，頻發滑坡和塌方等地質災害。本文介紹該公路某隧道地質災害原因和規模，以及治理措施，供同行參考。

1 地質災害誘因及其規模

1.1 地理位置和地質環境

吊坎壟隧道呈現南北向，其高程可達270～275m，其埋深通常在100～200m范圍內變化（最大時可達370m）。設計為分離雙向四車道，左洞和右洞長度分別為860m以及866m，開挖寬度及其高度最大值分別為12.25m以及8.9 m。隧道地段的地形跌宕起伏，其中西側被山川以及河流所圍，北側是呈現漏斗形狀的盆地，屬于剝蝕地貌。地質環境：地層表土非常松散，其實質是一種內含碎石的坡積粘土層，該土層粘性非常差，而且結構也很不均勻，具有較強的透水性。基巖屬于軟質巖，由炭質灰巖以及炭質頁巖中間夾煤層組成。兩大斷裂構造位于隧道北側區進口處以及中部北段部位，二者間隔大概為600 m，斷裂屬于東西走向，其中斷層角礫巖具有2～10cm大的角礫，屬于泥質膠結，主要由裂隙發育而成。隧道北段區的洞外存在滑坡，其滑坡體長，寬，體積以及平均厚度分別為480m，250m，220萬m3以及23m。滑坡面為一圓弧，面臨北西方向，傾角大約為34°，其安全系數K大于1.3。正式施工前非常穩定，但如果施工擾動的話復活的概率非常大，有可能引發地質災害。

1.2 地質災害規模

施工季節往往多暴雨，在隧道進口處的北側隧道中因為有很多地表水下滲，致使在水的潤滑下，巖層發生錯斷引發滑動，并最終在隧道北段洞外產生推移滑坡。與此同時還引發隧道中部北段區發生“通天”大塌方事故，該塌方在地表主要表現為一個大坑，該坑長，寬，深分別為80m，60m以及25m，塌方量預計達到20000m3，在隧道中主要表現為一188m長的塌體。塌方向進口端滑動達到60m、其中往出口端方向滑動了大概100m，但是有60m左右都被塌方體所阻擋。根據現場調查可知：塌陷口為一漏斗狀，屬于東西走向，基本垂直于隧道，面臨北側，其傾角以及寬度分別為70°～80°以及8·0～13·5 m，上部較寬下部較窄，塌陷坑相對陡直。根據所收集地質資料可知，坍體的具體位置是張性斷裂構造帶表面的溶溝以及溶槽內。充填選擇的是灰巖風化亞粘土，其內有一些含量較小的碎塊石，水分較多，表現為軟塑狀，因此抗剪強度較弱，又因為雨水滲入的緣故，故呈現流塑狀，具有較差的自穩性，隧道開挖部位的拱頂埋深大概為70m，正是因為這種巨大的荷載，使得洞內初期支護遭到損壞，很多泥石水流將洞頂沖開，流進洞中，造成大塌方事故。

2 治理辦法選取

根據現場測算可知，塌方中心處是隧道中部地段的北側，和北進口之間間隔460 m，發生塌方后拱頂依舊有高度達到60 m的土柱，同時其上部還存在480m2左右的大坑，坑壁具有較差的穩定性，而且坑中還有部分積水不斷下滲。塌陷以及洞外的滑坡面之間相互貫通，若只在洞中進行處理，不斷掘進的話，則要想穩定坑中塌方體是非常不易的，相反還會進一步下塌，因此風險較大；再加之滑坡體失穩，不斷下滑，帶來的后果是非常嚴重的。

所以，在選擇地質災害治理辦法時，要堅持治標治本的基本原則，以治本為起點。可以先選擇抗滑樁加錨桿對滑坡實施支擋，同時在滑坡體外緣地段建截水溝，降低地表水入滲量以盡可能避免水對滑坡體進行潤滑或者是軟化，阻止滑坡體下滑；關于塌方治理，可以選擇地表鉆孔結合注漿加固的方式，注漿對不堅固塌方體具有充填，擠密以及加固作用，可以增強土體強度，提高抗剪能力。從土力學計算可知，在隧道拱頂大約35m區域內注漿加固完成的土體如果其內摩擦角在18°以上，則隧道塌方區在再次開挖時就會非常安全，這樣就可以對洞內塌方進行清理，不間斷掘進。本文圍繞地表鉆孔注漿進行了介紹。

3 對深孔注漿進行的設計

3.1 明確注漿區域

注漿區域就縱方向來說為隧道中部區域北側，和北進口之間間隔450～470 m，其長度為20 m，就橫方向來說為隧道中線兩側分別15m，也就是20 m×30 m區域內，就垂直向來說為超過拱頂35 m到低于隧道底2 m。選擇Φ89 mm×6 mm大小的無縫鋼管，以梅花形且在保證1 m×1 m間隔的基礎上設計注漿孔，注漿孔總共需設644個，長達35000 m。水泥總注入量以及單孔壓住水泥應分別為7800t以及12 t，等同于水泥漿9.7m3。無縫鋼管可以當做豎向上主體的主要受力構件，等同于鋼筋。

3.2 明確注漿壓力

注漿壓力的大小對施工成敗有著直接影響，首先一方面應保證漿液可以使土體被完全充填密實，一方面要控制壓力以防上部拱抬以及大規模擾動土體，與此同時還要結合漿液移動以及擴散方向及其范圍進行考慮。注漿初灌壓力以及終灌壓力通常是0.5～1MPa以及 4～6MPa。根據本工程實際，將終灌壓力設為2.1～2.6 MPa，如果孔口處的壓力表讀數達到1.8～2 MPa，且注入足夠漿液時，就能間斷單孔高壓注漿。

3.3 注漿配合比

在對注漿配合比進行確定時，要結合注漿松散性、水分較多和不均質土體進行考慮，因此應針對這一塌方體內存在較多水泥結石的問題，當結石形成后要保證較小的土中應力，所以選水泥結識率達到90% ～95%的漿液，其具有0.5～0.6的水灰比。

如果初灌壓力在1MPa以上，則意味著孔內可灌性較低，將水灰比改為0.8～1，與此同時要針對這一塌方體附近沒有封閉屬于開放體系，漿液極可能泄漏，因此在注漿過程中一定要結合其初凝時間以及流動性進行考慮。如果壓力太小但是注漿量較大時，則應結合注漿導管是否通暢以及注漿設備的實際性能進行考慮，將初凝時間設定為25 min。這樣不僅能保證充足的注漿量，而且能保證通道堵塞，避免漿液擴散，防止注漿孔間發生串漿問題。據室內開展的配合比試驗可知，當水玻璃摻入達到水泥漿液整體體積的8% ～10%時是最恰當的。

3.4 注漿量的確定

從注漿試驗孔最終結論可知，關于單孔注漿量，如果土體孔隙率達到17%時，于注漿目層中，也就是隧道頂部往上35 m范圍內單孔有效注漿量大約是5.9 m3，不過由于存在泄漿，向上返滲以及遠距離擴散等現象，所以應將單孔實際注漿量提升0.8～1倍，不過最初注漿的鉆孔，其實際注漿量往往還多些。

4 對鉆孔注漿進行的施工

4.1 注漿施工場地準備

為了使注漿施工更加安全，應先選擇掛網噴錨對坑壁進行加固，以保證坑附近土體的穩定性，與此同時還要注意對坑上排水以及下排水進行加強以對坑內水流進行切斷和排除，降低土內水分，注漿開始前在整平填實處當陷坑基底后，需要進行厚度為20 cm水泥砼板的澆筑，用來覆蓋坑口，同時為深層處理創造一個施工場所。在這一前提下選擇鉆孔雙液注漿對塌方體進行加固，以提高其力學強度，降低土體施加給襯砌支護的負荷，以使洞中繼續施工可以正常安全開展。最后，在洞中塌方體最末處的底部，進行砂包的設置以作反壓之用，避免塌體往外滑移。

4.2 成孔設備及方法

4.2.1 鉆探設備

200型鉆機12臺，XY-1型鉆機8臺，XU-300型鉆機3臺。

4.2.2 成孔方法

采用沖擊回轉鉆進，基巖鉆孔采用金剛石鉆進，對檢查孔需抽心檢查。在鉆進過程中，特別要注意卡、埋鉆等事故，并事先研究處理這些事故的對策，以免造成廢孔。

4.3 注漿管的設置

所用Φ89 mm×6 mm無縫鋼管注漿管，每節管長3～4.5 m，用公母絲口連接，下入后不需起拔。在不注漿段采用原管，而在注漿段則采用花管。花管上每隔20 cm鉆4個Φ6～8 mm小孔，但在管兩端絲扣30 cm長的范圍內不應鉆孔。鉆進時當孔內沉渣厚度>1.5 m時，需清孔下管，管下至孔底1.5m范圍內用錘擊方法加以固定。

4.4 清孔

當注漿管放好后，需用泥漿清除管內沉渣，要求在隧道范圍內沉渣厚度≯5m，在隧道空間兩側和陷坑下盤基巖沉渣厚度≯1m，同時其頂面也不得高出隧道拱頂。在鉆孔成孔后，應盡快進行注漿，以防止泥沙沉積，影響注漿質量。

4.5 注漿孔與鉆孔間的關系

為減少鉆孔間的串漿發生，防止注漿時土體中形成應力衰減過快，要求鉆孔與注漿孔間距離≮4m。當鉆孔中發現有串漿，應停止施工，并進行封孔。對未及時注漿的鉆孔，如有串漿、冒漿現象而造成堵孔時，待水泥凝結再掃孔注漿，以確保每孔都能逐一注漿。

4.6 注漿設備與材料

4.6.1 注漿設備

早期采用BW-150型注漿機1臺；中后期采用SGB6-100型注漿泵，配套攪拌機和制漿機3臺套。雙液注漿混合器為自制孔口花灑式施噴混合器。

4.6.2 注漿材料

采用R425普通硅酸鹽水泥， 35 Be、M=2·4水玻璃。

4.7 注漿運作順序

根據設計的注漿孔分布的順序，采用分層擠壓，以保證注漿效果，按此將注漿孔分為5個序次：Ⅰ序次為38孔，Ⅱ序次為101孔，Ⅲ序次為124孔，Ⅳ序次為105孔，V序次為120孔，Ⅰ序次的注漿孔是采用低壓力、大注漿量，其作用是封堵大的、連通性好的泄漿和串漿通道，形成一個相對封閉的注漿環境。所以在塌方體外圍，并與其它序次保持4孔的間距。Ⅱ～V序次為高壓力、充填至擠壓注漿，逐漸增加土體強度。

5 結語

對洞外滑坡和洞內塌方地質災害的治理，效果顯著。對洞外滑坡采用抗滑樁加錨桿進行支擋，在滑坡體外緣修建截水溝，減少地表水入滲以減輕水對滑坡體的軟化和潤滑作用，使滑坡體不再下滑，處于穩定狀態。對洞內塌方采用地表鉆孔注漿是成功的，它首先改善了塌方體的物理力學性質，從抽心檢驗結果，內摩擦角值為20°～27°，c值為35 ～70kPa。在隧道恢復施工后，工程進展順利，在掌子面上可以見到水泥結石脈，并使導坑壁穩定，確保了施工安全，塌方體全部通過，未再作超前支護工程等。其次是有效地阻止了地下水的滲透，使施工在無水條件下進行，改善了施工條件，為隧道的全面貫通奠定了基礎。

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