反壓注漿法在隧道塌方控制中的應用

王永峰（中交第二公路工程局有限公司，西安710065）

反壓注漿法在隧道塌方控制中的應用

王永峰
（中交第二公路工程局有限公司，西安710065）

摘要：本文就反壓注漿法對隧道塌方治理的作用機理進行敘述，并結合新建貴廣鐵路古山坪隧道和古利隧道塌方控制過程及效果，對反壓注漿法在隧道塌方治理中的應用進行介紹。

關鍵詞：隧道施工；坍塌；堆渣反壓法；注漿加固

0引言

隧道塌方是隧道施工中的經常遇到地質災害，在塌方出現預兆或塌方已經開始及發展時，如不果斷采取有效措施，往往由掉塊、落石及小塌方發展為大塌方甚至重大安全事故。反壓注漿法能夠及時有效的預防和控制大塌方發生，或使正在發展的塌方終止，并能安全通過軟弱破碎段或坍塌體使隧道正常掘進。

1反壓注漿法的作用機理

1.1堆土（渣）反約束作用

隧道在開挖后掌子面圍巖原有受力平衡被破壞，出現一個臨空面，失去了約束。當掌子面圍巖出現松散軟弱破碎或富水情況時，極容易失穩導致滑落或坍塌。堆渣回填掌子面，能夠為已經失穩或達到極限平衡狀態的臨空面圍巖提供反向抗力，還原到平衡狀態。從而約束其位移變形或垮塌。

1.2實方變虛方體積擴大效應

當隧道坍塌出現小塌腔并繼續發展時，堆渣回填掌子面能夠封閉塌腔土石漏出口，使塌腔形成封閉腔。繼續掉落的土石會在腔內形成堆積體。掉落的土石在由實方量變為虛方量時體積會增大，體積增大系數依據現場經驗總結，一般在1.3～1.5。隨著坍塌的發展，掉落土石形成的堆積體最終會填充滿塌腔，使塌腔壁圍巖受到約束，進而使塌方停止。該方法最大的優點是利用了坍塌堆積體填充塌腔。

1.3注漿固結效應

坍塌停止趨于穩定后，即可對坍塌堆積體及周邊圍巖進行小導管注漿加固。注漿壓力一般在0.6～2.0MPa范圍內。在較大壓力作用下水泥/水玻璃漿液滲透到土石間的空隙中，形成填充并膠結凝固，使坍塌堆積體及隧道開挖輪廓線以外一定范圍的松散土石固結成整體，圍巖整體穩定性大大提高。

1.4小導管的簡支梁效應

小導管除過將漿液注入圍巖內固結土石體，還具有簡支梁效應。小導管具有較好的剛度和強度，前端以5°～12°的外插角插入開挖面前方深部圍巖，后端支撐在鋼拱架上并焊接牢固，形成一端絞支的簡支梁。鋼架與開挖面之間未支護的圍巖剛好被小導管外露部分形成的簡支梁支撐，提供松動壓力抗力。使二次應力重分布向著利于圍巖穩定的方向發展。

1.5自穩隱形拱效應

隧道開挖后在沒有支護前，由于圍巖已經受到擾動或破壞，二次應力重分布并不完全趨于有利的拱圈效應發展，再出現坍塌情況，拱圈效應完全被破壞，無法形成自穩。而通過拱部120°～140°范圍內注漿加固作用及小導管簡支梁效應，使從開挖輪廓線以外0.5～1.0范圍內的圍巖得到加固補強，各項力學性能大大提高，形成了一個隱形的可受力的穩定拱圈。該觀點與我大學老師惠興田教授的“惠氏隱形拱”相類似。

2反壓注漿法在工程中的應用

2.1工程實例概況

新建貴廣鐵路GGTJ-5標段的古利隧道、古山坪隧道、泗里隧道均位于廣西柳州三江縣境內，古利隧道全長704m,古山坪隧道全長1984m,隧道所處地形均為中低山貌，植被發育，當地降雨量大。

古利隧道出口140m范圍內為淺埋，圍巖為全風化砂巖及紅土，圍巖級別為V級。掘進至120m時，拱部開始出現少量掉塊，立即對掉塊部位噴射混凝土支護，約30分鐘后噴射混凝土支護開裂，拱部開始垮塌,漏出土石約50m3，形成一個深度約4米左右的坍腔，且還在繼續坍塌，20分鐘后開始采用隧道棄渣填埋掌子面反壓控制，成功堵住坍腔口，坍塌沒有發展擴大，在后續近一周的注漿加固后安全通過塌方段。

古山坪隧道進口圍巖為軟弱土夾沙礫石和地質構造作用強烈的壓碎炭質頁巖。在DK333+008.7、DK333+014.3、DK333+018.3開挖后分別出現拱部土石下漏和小垮塌，每次方量約20m3～60m3,不等，通過采用反壓注漿法控制，坍塌沒有發展擴大，之后均安全快速通過坍塌破碎段。

泗里隧道出口進洞90米處掌子面圍巖靠近線路左側為完整性較好的砂巖，右側為風化嚴重的泥巖，開挖后右拱腰開始垮塌，迅速形成深約3米坍腔，進行緊急噴混凝土支護無效后，現場施工隊長指揮不當，沒有采用洞渣反壓控制，最終導致坍腔不斷擴大至地面，出現冒頂事故。

2.2工程施工技術

2.2.1?堆渣反壓施工

用運輸車將隧道棄渣運至掌子面附近卸下,由裝載機將渣料推至掌子面,形成堆積體.當渣料頂面距離拱頂約2m時，裝載機無法繼續上料堆載，用挖掘機將堆積體頂部修成平臺，讓坍塌的土石落在平臺上堆積，直至將塌腔漏出口堵塞封閉。反壓堆積體的大小長度視塌方大小及涌出壓力而定。

2.2.2?小導管施工

工藝流程：搭設作業平臺→鉆孔→安裝小導管→封閉掌子面→注漿。

（1）搭設作業平臺：在反壓堆積體上開挖兩道平臺，使作業人員能夠安全作業，鉆機有支撐平臺；

（2）鉆孔：鉆孔間距0.3～0.5m,單排或雙排，鉆孔仰角5-12°，孔徑比φ108大20～30mm；

（3）安裝小導管：對松散破碎的坍塌體，無法成孔，故鉆桿直接套在Φ42鋼花管內，將管送入巖體內。鋼花管頂部加工成圓錐形，以便送入孔中；小導管長度不小于4.0m,可視坍塌范圍適當加長，若坍塌范圍大于7m時，應考慮使用大管棚。小導管單排38～45根，環向間距40cm，外插角5°～12°；

（4）封閉掌子面：注漿前至少2～3小時噴射10cm厚C25混凝土封閉掌子面。小導管尾端用防水布包裹或堵塞，防止噴射混凝土進入堵塞小導管；

（5）注漿：采用注漿泵壓注水泥漿，漿液配比為水泥：水=1：0.55；注漿初壓一般為0.6～1.2Mpa，終壓2.0Mpa。注漿過程應間歇循環進行，可單雙孔交替。初壓持續10分鐘后暫停5分鐘，壓力下降后再注，這樣反復幾次，直到終壓持續15min而不再下降時停止注漿。如果小導管內有水流出，應遵循“先注無水管，后注有水管”原則。

3結束語

通過堆渣反壓有效的控制了塌方發展和擴大，進而采用小導管注漿把坍塌堆積體和開挖線以外一定范圍內的圍巖固結補強，提高了坍塌體和掌子面前方圍巖整體性和穩定性，形成了穩定的隱形拱支護圈，使隧道能夠安全掘進，通過坍塌破碎段。該方法的的最大優點是能夠及時控制塌方擴大，所需機具材料無需特殊安排，反應迅速，處理成本低，速度快。