淺談小導管注漿在淺埋段隧道塌方中的應用

■李敏（福建市政建設有限公司，福州350002）

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淺談小導管注漿在淺埋段隧道塌方中的應用

■李敏
（福建市政建設有限公司，福州350002）

本文結合某高速公路工程實例，詳細介紹隧道淺埋段塌方冒頂的過程，塌方的原因，并結合實際情況采取了相應的處理方案，提出后續施工要求。實踐證明該隧道塌方處理方案是安全可靠的，可為今后同類隧道工程時提供一些參考和借鑒。

小導管注漿隧道塌方應用

1引言

近年來，隨著高速公路建設的快速發展，隧道工程建設項目也越來越多。由于受各種地理水文條件等因素影響，隧道的地質勘探存在局限性，導致項目參建各方無法全面掌握隧道的地質情況，施工與設計的地質情況難免存在出入，再加上施工方法不當，塌方就成為隧道施工中經常出現的問題。一旦發生塌方，如果沒有一種科學合理的處理方法，往往會造成更大損失，達不到預期效果。

2工程概況

某隧道西線（左洞）長554m，東線（右洞）長563m，寬度14.75m，凈高7.8m。隧道進口段斜坡坡度15～35°，目前自然斜坡穩定。地層巖性主要由耕植土、中液限粘質土、全風化花崗巖、砂礫狀全風化花崗巖、碎石狀強風化花崗巖和弱風化花崗巖組成。西線進口圍巖級別為Ⅳ級，東線出口圍巖級別為Ⅴ級。原設計西線隧道地質縱斷面圖如圖1所示：

圖1　隧道西線地質縱斷面圖

3塌方過程簡介

2014年5月15日上午約11時，在西線K3+500處（距離進洞口140m）進行掌子面爆破后發現拱頂部分圍巖松散破碎；15點30分，拱頂開始出現零星掉塊現象；15 時45分出現較大規模的土石方坍塌并伴有地下水冒出，塌方數量約180m3；5月16日上午8時，塌方規模擴大，塌方體往小樁號延伸至西線K3+485處，回涌塌方體坡腳延伸至西線K3+480處，塌方量約1600m3左右；5月25日發現冒頂，出現地表塌穴。

塌方中心距離隧道中心線偏左7.5m、塌陷坑直徑約13m，隧道頂巖土為中液限粘質土、第二層巖土為全風化花崗巖，第三層巖土為弱風化花崗巖結構，地面平均高程45m，實際與拱頂高差平均18m，塌方段初支鋼架扭曲變形且掉落，初支砼連同塌方土方涌入洞內，24小時隧道拱頂監控顯示拱頂下沉將近3㎝。洞內、洞頂塌方穩定后情況如圖2和圖3：

圖2　洞內塌方穩定后

圖3　洞頂塌方穩定后

4塌方原因分析

（1）塌方段地層條件復雜，洞頂圍巖處于軟弱破碎帶，設計采用臺階法開挖，III圍巖小凈距襯砌。根據現場塌方渣體及右線揭露圍巖分析，掌子面西線K3+500處為強風化閃長玢巖巖脈侵入帶，含多條土質軟弱夾層，洞身圍巖為碎塊狀強風花崗巖～鑲嵌碎塊狀弱風化花崗巖，巖體節理發育，水平節理、陡傾角節理和掌子面相互切割，巖體破碎，散體結構為主，局部碎裂結構。

（2）塌方時隧道坍塌體不斷有地下水冒出。今年降雨頻繁且雨量大，地表水持續下滲軟化隧道圍巖。由于隧道洞口段覆蓋層較薄，土質疏松，地表水滲入地下，碎塊狀強風化花崗巖遇水極易軟化，在爆破震動影響下，巖體強度將進一步降低，這使得隧道圍巖的拱效應弱化甚至喪失，加劇了洞室的失穩。

5塌方處理方案

針對本次塌方的實際情況，采取地具體處理方案如下：

5.1封閉、加固塌方體

坍塌回涌面采用袋裝砂石堆壓并在表面噴射10～20cm厚的C20混凝土進行封閉，形成反壓，穩定坡腳，避免渣體外涌，反壓坡率按不小于1：2控制。然后在塌方體進行小導管注漿加固，以保證洞內塌方體的穩定。地表塌坑周圍設置截水溝，并及時搭設遮雨棚。

5.2塌方段后方西線K3+470～K3+485加固處理

在初期支護內側設置Ⅰ22a工字鋼（間距60cm）作為護拱，確保塌方處理期間后方支護的穩定。待塌方處理完畢后，方可拆除臨時護拱，一次拆除長度不超過5m，拆除后立即施做二襯，該段二襯由原素砼二襯加強為鋼筋砼二襯，且二襯鋼筋布置按IV級小凈距段布設。

5.3地表塌坑回填

塌坑回填采用小型挖掘機配合打夯機分層回填，分層夯實，回填高度高于原地表10cm厚度左右。回填結束后及時進行綠化覆蓋。

5.4塌方段落為西線K3+485～K3+505處理措施

5.4.1超前支護

采用“雙層小導管+內插單層小導管注漿”方案，具體措施如下：沿渣堆頂部初支出露的輪廓線，施做兩排外插角5～10°和15～20°的φ42小導管，環向間距均為30cm、角度大的導管長6m，角度小的導管長4.5m，縱向間距4m；并在雙層小導管中間內插一循環單層小導管，外插角5～10°，環向間距30cm，縱向間距4m。

5.4.1.1準備工作

（1）材料準備。注漿材料采用水泥水玻璃雙漿液，雙漿液水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.6，水泥漿水灰比為（重量比）1∶1。水玻璃的波美度e'=40，緩沖劑摻量為2%～2.5%。無水地段采用水泥漿單液漿材料。

（2）機具準備。在灌漿施工前，對施工過程中所需要的機具、設備等進行檢查是否到位，不可遺漏。

（3）組織準備。合理組織灌漿施工現場，確保施工技術人員、監督人員以及質量控制人員全部到位，同時還應該對灌漿施工進度合理規劃和安排。

5.4.1.2小導管施工工藝

（1）小導管制作

小導管采用Φ42mm的熱軋鋼管制成，沿管體每20cm鉆Φ8mm孔，四周梅花型布置出漿孔，一端封閉并制成錐尖狀，以便順利插入已鉆好的導管孔內，尾部焊接Φ8mm鋼筋加勁箍，鉆孔采用鑿巖機施做，當圍巖松軟時，用錘擊直接打入。

（2）鉆孔及小導管安設

用電鉆開孔，開孔直徑為42～60mm，并用吹管將砂石吹出。用帶沖擊的風鉆將小導管頂入孔中，也可直接用錘擊插入鋼管。用塑膠泥（水玻璃拌合MC型超細水泥或R42.5水泥即可）封堵導管周圍及孔口，工作面上的裂縫也同時封堵。導管外露20cm，以便安裝注漿管路。

（3）注漿

注漿采用注漿泵施做，注漿口最高壓力嚴格控制在0.8MPa以內，以防壓裂工作面。控制進漿速度，一般每根導管雙液總進量控制在30L/min以內。每根導管內注漿量由計算確定，若壓力上升，流量減少，雖然注漿量未達到計算值，但孔口壓力已達到0.8MPa也應結束注漿。

5.4.2洞身支護

經結構計算，塌方段落支護采用Ⅴ級圍巖加強型支護，初支采用雙層Ⅰ22a型鋼砼支護，厚度為60cm，縱向間距為50cm；二襯采用鋼筋混凝土，厚度為60cm。二襯施工前要對初支內輪廓進行測量，以判斷初支是否侵入二襯界限。

5.4.3開挖工法

上臺階為塌方堆積體，采用“小導坑+臨時支撐”法開挖，導坑大小控制在3m左右，每循環進尺0.5m，開挖完立即施做臨時支護；下導坑為弱風化花崗巖，采用分部爆破施工。上臺階通過塌方體后方可進行下臺階施工。5.4.4塌方段前方處理

受塌方影響，通過塌方段后，塌方段前方10～15m支護形加強：提高初支型鋼規格，采用I22a型鋼，間距60㎝布設，初支噴射砼厚度加厚至30㎝，并逐漸過渡到初支加強段。

隧道西線K3+500塌方處理方案示意圖見圖4：

圖4　隧道西線進口CK3+500塌方處理示意圖

6塌方處理效果

整個塌方段落處理用了15d時間，經過長時間監控觀測，塌方段隧道已完全穩定，沉降值為周邊位移速率小于0.1mm/d，拱頂下沉速率小于0.07～0.15mm/d）。塌方處理完畢后洞內情況如圖5：

7后續施工情況

（1）本隧道圍巖為風化花崗巖，埋深較小，容易形成槽狀風化和球狀風化，地質條件不可預見性的風險高。在后續洞段施工中，做好超前地質預報，并在掌子面施打3×6m的超前水平探孔，現場揭露地質情況與既有地勘成果有偏差時，及時上報參建各方。

圖5　洞內塌方處理完畢后

（2）本隧道西線K3+440～K3+470原設計采用Ⅲ級圍巖小凈距支護，二襯為素砼，鑒于該段埋深較淺，洞頂巖層較薄，已對該段二襯適當加強，采用鋼筋砼襯砌。

（3）后續洞段施工中，左、右線隧道掌子面的距離控制在2倍開挖跨度以上，以減小爆破振動的相互影響。同時加快仰拱及二襯施作進度，仰拱距掌子面距離不大于70m；二次襯砌距掌子面距離不大于120m。

（4）施工過程中，已對洞內、地表加強監控量測，并及時對數據進行分析。

（5）目前，本地區已進入雨季和臺風季節，現場配備足夠數量的應急搶險物質，并制定充分、有效的搶險預案。

8結束語

針對某高速公路隧道工程塌方，采用“雙層小導管+內插單層小導管注漿”超前支護為主的施工方法，在施工中嚴格控制施工質量，并做好隧道監控量測，施工處理完成后，檢測部門通過地質雷達全面、詳細的檢測，結果達到規定要求，說明此次處理方案是成功可行的。

［1］李芳慧.小導管注漿技術在隧道工程中的應用［J］.山西建筑，2007，（7）.

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