鐵路隧道F7斷層破碎帶塌方處理施工技術應用

田 振 宇

(蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅 蘭州 730000)

鐵路隧道F7斷層破碎帶塌方處理施工技術應用

田 振 宇

(蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅 蘭州 730000)

結合某鐵路隧道工程的實例，對隧道斷層破碎帶塌方處理方法及超前注漿加固處理的施工技術進行了介紹，并對注漿施工過程的相關參數進行了重點說明，總結了破碎帶塌方情況下的注漿施工技術要點，提高了處理過程中的施工安全技術，對以后國內類似工程案例提供了有利的參考依據。

隧道，斷層，破碎帶，注漿

1 工程概況

照通山隧道為雙線隧道,全長5 324 m，線路單面上坡,洞內坡度為2%。隧道穿越大阪山區，平均海拔2 800 m，最高海拔3 489.5 m。隧道采用臺階法施工。

隧道施工至DK257+705初支出現裂縫，局部噴射混凝土起皮，后現場進行了補噴，并開始對該段重新布點觀測，補噴后未發現異常，監控量測結果顯示沉降及收斂值2 mm/d～3 mm/d,量測結果顯示圍巖較為穩定。施工至仰拱DK257+681～DK257+687段，拱頂至右側拱腰部位突然出現初支混凝土掉塊，現場立即撤退施工人員，隨即發生大面積坍塌，塌方段里程為DK257+683～DK257+713.5，塌方縱向長度30.5 m。坍塌渣體在進、出方向形成約60°斜面直至拱頂，渣體為片麻巖、片巖，呈塊狀，大多粒徑0.3 m～0.5 m，最大粒徑2 m，拱頂有滲水，渣體約3 800 m3。受塌方體影響，出口方向DK257+713.5大里程方向14榀已支護完成拱架初期混凝土開裂，DK257+683小里程方向初期支護受坍塌影響較小，有2榀拱架拱頂局部出現裂縫。照通山在設計過程中，本段判定地層巖性為石英片巖夾片麻巖，圍巖等級Ⅳ級，采用Ⅳa-2型襯砌類型及支護參數，局部使用小導管超前支護，小導管設計參數為：環向間距0.5 m，縱向間距3 m，單根長4 m，搭接1 m。整個隧道正常涌水量2 703.84 m3/d，最大涌水量8 111.52 m3/d。塌方發生后，揭示圍巖相當破碎，掌子面開挖滲水較為嚴重，在掌子面形成雨簾狀滴水，裂隙水匯集，易突發涌水。

2 原因分析

經過認真分析，產生塌方的原因主要有：

1)塌方段設計原位F7斷層核心地帶，實際斷層向大里程延伸，但是該段仍處于斷層影響帶，從施工情況看，該段存在圍巖破碎帶，開挖過程中原本無水，由于隧道貫通滲流水經此破碎帶區域，導致初支背后圍巖進一步松弛，此為造成塌方的主要原因。

2)該塌方段前期施工時發現圍巖極其破碎，初期支護鋼架多次連接存在薄弱環節，且該段處于原平導塌方影響段落，擾動圈較大，現場前期通過架設護拱安全通過，并多次進行了注漿回填，但是注漿效果均不理想。開挖后初支空洞采用灌噴混凝土回填，忽視了擾動圈的注漿效果評估，圍巖松弛未得到有力控制。

3)現場輔助正洞下臺階與仰拱施工有所脫節，下臺階落底時仰拱未及時跟進，初支未及時閉合。

3 塌方處理方案

3.1 后方加固措施

1)對后方DK257+862～DK257+763現場拉中槽施工段，每榀鋼架兩側增設4 m長φ42小導管鎖腳加固，并與鋼架焊接牢靠。

2)對DK257+785～DK257+763段回填洞渣形成施工通道。

3)DK257+740～DK257+713.5段采取“套拱+臨時仰拱+徑向注漿”加固措施，套拱、臨時仰拱采用工22型鋼+30 cm厚雙層鋼筋網噴混凝土，并封閉成環，徑向注漿采用3 m長φ42小導管，間距2 m，梅花形布置，注水泥單液漿，確保后方施工安全。

3.2 坍塌體處理措施

考慮到出口方向下臺階及仰拱剩余段落較長，以進口作為當前坍塌處理主攻方向，待二襯拆模后回填洞渣形成工作平臺，噴射混凝土封閉掌子面進行管棚施工；出口方向待后方加固完成后開始坍塌體處理。

1)超前支護措施。正反兩個方向均打設一環長20 m間距30 cm的長管棚，考慮到坍塌體不易成孔的現狀，管棚管直接用φ89 mm鉆桿代替，管棚間穿插長4.5 m間距30 cm直徑42 mm小導管，打設角度45°，高壓注入1∶1硫鋁酸鹽水泥漿。

2)初支背后回填。初期支護施作預留管口，完畢后泵送M10水泥砂漿回填，回填范圍開挖輪廓線外5 m。同時考慮原平導PDK257+790出現坍塌，存在空腔，對平導空腔進行回填注漿，防止對正洞形成偏壓。

3)初支侵限拆換過程。a.徑向注漿加固。換拱前先進行徑向、縱向的注漿加固，徑向注漿采用鋼花管φ42 mm，壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管，長3.5 m，注漿孔按梅花形布置，孔口環向間距150 cm，縱向間距120 cm。注漿孔采用風機鉆開孔，注漿材料采用水泥單液漿，水泥漿水灰比W∶C=1∶1，水泥采用硫鋁酸鹽水泥，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa，施工參數見表1。b.侵限拱架拆換。在注漿完成后進行拱架拆換，拱架拆換遵循先上后下、一次一榀的原則進行處理，欠挖一次處理到位，防止換拱完成后出現二次侵限。整體拆換順序為先拆換原初期支護受影響侵限段和臨時護拱段，后拆換塌方段侵限鋼架，從進、出口兩端開始逐榀向塌方段拆換，拆換完成后中臺階、下臺階初支鋼架緊跟，并及時施作仰拱及二襯，避免發生二次侵限。

表1 施工參數表

4 注漿加固處理方案

考察現場實際情況，按照“注漿加固、管棚支護、排水降壓”的原則，首先在上臺階施作深孔注漿，管棚支護之后采用高位引水的方案進行該段處理。

4.1 上臺階全斷面帷幕注漿加固

通過在掌子面上臺階進行帷幕注漿，加固坍塌體，在隧道開挖輪廓線外形成5 m，并具有一定抗水壓能力的穩定固結圍巖體，增加超前大管棚剛性支護來提高周邊超前圍巖的護拱能力，保證隧道開挖及結構安全。

1)帷幕注漿加固設計。

注漿加固范圍為DK258+898～DK258+873，單循環縱向加固長度25 m，開挖20 m，搭接5 m。機械設備為多功能履帶鉆機，對掌子面前方坍塌體進行注漿加固，上半斷面及拱墻終孔位置布置在開挖輪廓線外5 m范圍內，仰拱在開挖輪廓線外3 m，設計漿液擴散距離1.8 m，共計布設注漿孔63個，見圖1，圖2。

2)施工工藝流程。

采取前進式分段注漿工藝進行鉆孔注漿施工，即采取鉆、注交替作業的一種注漿方式，實施鉆一段、注一段，再鉆一段、再注一段的鉆、注交替方式進行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長度3 m～5 m。前進式分段注漿可采用孔口管法蘭盤進行止漿。

注漿順序按“由外到內、由下到上、間隔跳孔”的原則進行，以達到控域注漿，擠密加固的目的。

帷幕注漿施工工藝流程見圖3。

3)帷幕注漿設計參數。

帷幕注漿設計參數見表2。

表2 帷幕注漿設計參數表

4)注漿材料。

注漿材料采用普通水泥及35 Be′的水玻璃為主。漿液類型以普通水泥單液漿為主，水泥—水玻璃雙液漿為輔。注漿材料配比如表3所示。

表3 漿液配比參數表

序號名稱配比參數水灰比體積比水玻璃濃度1普通水泥—水玻璃雙液漿W∶C=(0.8～1)∶1C∶S=1∶130Be'～35Be'2普通水泥單液漿W∶C=(0.6～1)∶1

5)效果檢查及評定。

a.根據現場鉆孔所揭示的地質狀況，注漿結束后，可采取分析法即結合注漿過程中P—Q—t曲線分析及反算注漿后地層的漿液填充率來判斷評價注漿效果。b.根據注漿量分析漿液對地層裂隙的填充率，當漿液填充率達到80%以上，便可判定滿足開挖要求。c.選擇可能出現的薄弱環節，鉆孔出水量較大的區域，或者鉆孔過程中出現塌孔、卡鉆導致無法前進的區域，進行鉆孔檢查，檢查孔若不塌孔，不涌泥，涌水量小于0.2 L/(m·min)，便可評定效果滿足開挖要求。

4.2 管棚支護

注漿結束后須施作大管棚，范圍為隧道拱部120°內，沿隧道開挖輪廓線布置。

采用無管棚工作間施工工法，縱向長25 m，開挖輪廓線向內30 cm環向布置，開孔環向間距40 cm，外插角10°，共布設37根管棚，管棚孔可兼作上斷面補充注漿孔進一步補強加固。管棚布置見圖4。

超前管棚采用外徑89 mm，壁厚5 mm的熱軋無縫鋼管加工，每節長9 m，共3節，全長25 m。每節鉆設直徑6 mm的眼作為溢漿孔，鉆4排，梅花形對稱布設，每排孔間距50 cm，每孔管棚末端2.5 m內不鉆溢漿孔，并前端加工成錐形尖端。兩節管棚采用直徑76 mm，壁厚4 mm熱軋無縫鋼管內插管棚后焊接連接。管棚安設完成后進行全孔一次性注漿。注漿材料以普通水泥單液漿為主，注漿終壓：3 MPa～4 MPa。

表4 塌方段監控量測結果匯總

5 監控量測情況

注漿加固處理完成后進行拱架拆換，侵限拱架拆換前及拆換后監控量測數據如表4所示。

根據以上監測結果顯示，塌方段落均處于穩定狀態。

6 結語

隧道發生坍塌時，需要對原因進行分析，針對性的對坍塌影響范圍及時處理，封閉襯砌、仰拱，對擾動及塌方體進行超前注漿加固后，并采取超前管棚支護處理措施，能夠恢復隧道的正常結構及施工條件。通過此工程案例驗證了隧道斷層破碎帶塌方情況下處理方法及超前注漿加固處理的施工技術要點以及注漿施工過程的相關參數的合理性，提高了處理過程中的施工安全性，本工程所經過驗證積累的注漿參數、作業工藝及標準為以后國內類似工程案例提供了有利的參考依據。

[1] 張民慶，黃洪健.齊岳山隧道高壓裂隙水注漿堵水技術[J].鐵道工程學報,2010(5)：11-12.

[2] 張民慶,彭 峰.地下工程注漿技術[M].北京：北京地質出版社，2008.

On application of collapse treatment construction technique for F7 fault fracture zone along railway tunnel

TIAN Zhen-yu

(GanqingCo.,LtdofLanzhou-XinjiangRailway,Lanzhou730000,China)

Combining with the example of some railway tunnel project, the paper introduces the treatment methods for the tunnel fault fracture zone and the construction technique for the advanced grouting consolidation treatment, mainly illustrates related parameter of the grouting construction process, sums up the grouting construction technical points under the collapse at the fracture zones, and improves the construction safety technique in the treatment process, so as to provide some reference for similar engineering cases at home.

tunnel, fault, fracture zone, grouting

1009-6825(2014)34-0181-03

2014-09-20

田振宇(1978- )，男，工程師

U458.3

A