淺談小導(dǎo)管注漿在淺埋段隧道塌方中的應(yīng)用

■李敏（福建市政建設(shè)有限公司，福州350002）

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淺談小導(dǎo)管注漿在淺埋段隧道塌方中的應(yīng)用

■李敏
（福建市政建設(shè)有限公司，福州350002）

本文結(jié)合某高速公路工程實例，詳細(xì)介紹隧道淺埋段塌方冒頂?shù)倪^程，塌方的原因，并結(jié)合實際情況采取了相應(yīng)的處理方案，提出后續(xù)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(dǎo)管注漿隧道塌方應(yīng)用

1引言

近年來，隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程建設(shè)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(zhì)勘探存在局限性，導(dǎo)致項目參建各方無法全面掌握隧道的地質(zhì)情況，施工與設(shè)計的地質(zhì)情況難免存在出入，再加上施工方法不當(dāng)，塌方就成為隧道施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。一旦發(fā)生塌方，如果沒有一種科學(xué)合理的處理方法，往往會造成更大損失，達(dá)不到預(yù)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(jìn)口段斜坡坡度15～35°，目前自然斜坡穩(wěn)定。地層巖性主要由耕植土、中液限粘質(zhì)土、全風(fēng)化花崗巖、砂礫狀全風(fēng)化花崗巖、碎石狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和弱風(fēng)化花崗巖組成。西線進(jìn)口圍巖級別為Ⅳ級，東線出口圍巖級別為Ⅴ級。原設(shè)計西線隧道地質(zhì)縱斷面圖如圖1所示：

圖1　隧道西線地質(zhì)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(jìn)洞口140m）進(jìn)行掌子面爆破后發(fā)現(xiàn)拱頂部分圍巖松散破碎；15點30分，拱頂開始出現(xiàn)零星掉塊現(xiàn)象；15 時45分出現(xiàn)較大規(guī)模的土石方坍塌并伴有地下水冒出，塌方數(shù)量約180m3；5月16日上午8時，塌方規(guī)模擴(kuò)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(fā)現(xiàn)冒頂，出現(xiàn)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(zhì)土、第二層巖土為全風(fēng)化花崗巖，第三層巖土為弱風(fēng)化花崗巖結(jié)構(gòu)，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(nèi)，24小時隧道拱頂監(jiān)控顯示拱頂下沉將近3㎝。洞內(nèi)、洞頂塌方穩(wěn)定后情況如圖2和圖3：

圖2　洞內(nèi)塌方穩(wěn)定后

圖3　洞頂塌方穩(wěn)定后

4塌方原因分析

（1）塌方段地層條件復(fù)雜，洞頂圍巖處于軟弱破碎帶，設(shè)計采用臺階法開挖，III圍巖小凈距襯砌。根據(jù)現(xiàn)場塌方渣體及右線揭露圍巖分析，掌子面西線K3+500處為強(qiáng)風(fēng)化閃長玢巖巖脈侵入帶，含多條土質(zhì)軟弱夾層，洞身圍巖為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)花崗巖～鑲嵌碎塊狀弱風(fēng)化花崗巖，巖體節(jié)理發(fā)育，水平節(jié)理、陡傾角節(jié)理和掌子面相互切割，巖體破碎，散體結(jié)構(gòu)為主，局部碎裂結(jié)構(gòu)。

（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(xù)下滲軟化隧道圍巖。由于隧道洞口段覆蓋層較薄，土質(zhì)疏松，地表水滲入地下，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖遇水極易軟化，在爆破震動影響下，巖體強(qiáng)度將進(jìn)一步降低，這使得隧道圍巖的拱效應(yīng)弱化甚至喪失，加劇了洞室的失穩(wěn)。

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(jìn)行封閉，形成反壓，穩(wěn)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(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固，以保證洞內(nèi)塌方體的穩(wěn)定。地表塌坑周圍設(shè)置截水溝，并及時搭設(shè)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(hù)內(nèi)側(cè)設(shè)置Ⅰ22a工字鋼（間距60cm）作為護(hù)拱，確保塌方處理期間后方支護(hù)的穩(wěn)定。待塌方處理完畢后，方可拆除臨時護(hù)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(qiáng)為鋼筋砼二襯，且二襯鋼筋布置按IV級小凈距段布設(shè)。

5.3地表塌坑回填

塌坑回填采用小型挖掘機(jī)配合打夯機(jī)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(jié)束后及時進(jìn)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(hù)

采用“雙層小導(dǎo)管+內(nèi)插單層小導(dǎo)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(dǎo)管，環(huán)向間距均為30cm、角度大的導(dǎo)管長6m，角度小的導(dǎo)管長4.5m，縱向間距4m；并在雙層小導(dǎo)管中間內(nèi)插一循環(huán)單層小導(dǎo)管，外插角5～10°，環(huán)向間距30cm，縱向間距4m。

5.4.1.1準(zhǔn)備工作

（1）材料準(zhǔn)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(jī)具準(zhǔn)備。在灌漿施工前，對施工過程中所需要的機(jī)具、設(shè)備等進(jìn)行檢查是否到位，不可遺漏。

（3）組織準(zhǔn)備。合理組織灌漿施工現(xiàn)場，確保施工技術(shù)人員、監(jiān)督人員以及質(zhì)量控制人員全部到位，同時還應(yīng)該對灌漿施工進(jìn)度合理規(guī)劃和安排。

5.4.1.2小導(dǎo)管施工工藝

（1）小導(dǎo)管制作

小導(dǎo)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(dǎo)管孔內(nèi)，尾部焊接Φ8mm鋼筋加勁箍，鉆孔采用鑿巖機(jī)施做，當(dāng)圍巖松軟時，用錘擊直接打入。

（2）鉆孔及小導(dǎo)管安設(shè)

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(fēng)鉆將小導(dǎo)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(xì)水泥或R42.5水泥即可）封堵導(dǎo)管周圍及孔口，工作面上的裂縫也同時封堵。導(dǎo)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(yán)格控制在0.8MPa以內(nèi)，以防壓裂工作面。控制進(jìn)漿速度，一般每根導(dǎo)管雙液總進(jìn)量控制在30L/min以內(nèi)。每根導(dǎo)管內(nèi)注漿量由計算確定，若壓力上升，流量減少，雖然注漿量未達(dá)到計算值，但孔口壓力已達(dá)到0.8MPa也應(yīng)結(jié)束注漿。

5.4.2洞身支護(hù)

經(jīng)結(jié)構(gòu)計算，塌方段落支護(hù)采用Ⅴ級圍巖加強(qiáng)型支護(hù)，初支采用雙層Ⅰ22a型鋼砼支護(hù)，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(nèi)輪廓進(jìn)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(dǎo)坑+臨時支撐”法開挖，導(dǎo)坑大小控制在3m左右，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m，開挖完立即施做臨時支護(hù)；下導(dǎo)坑為弱風(fēng)化花崗巖，采用分部爆破施工。上臺階通過塌方體后方可進(jìn)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(hù)形加強(qiáng)：提高初支型鋼規(guī)格，采用I22a型鋼，間距60㎝布設(shè)，初支噴射砼厚度加厚至30㎝，并逐漸過渡到初支加強(qiáng)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(jìn)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(jīng)過長時間監(jiān)控觀測，塌方段隧道已完全穩(wěn)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(nèi)情況如圖5：

7后續(xù)施工情況

（1）本隧道圍巖為風(fēng)化花崗巖，埋深較小，容易形成槽狀風(fēng)化和球狀風(fēng)化，地質(zhì)條件不可預(yù)見性的風(fēng)險高。在后續(xù)洞段施工中，做好超前地質(zhì)預(yù)報，并在掌子面施打3×6m的超前水平探孔，現(xiàn)場揭露地質(zhì)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(nèi)塌方處理完畢后

（2）本隧道西線K3+440～K3+470原設(shè)計采用Ⅲ級圍巖小凈距支護(hù)，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(dāng)加強(qiáng)，采用鋼筋砼襯砌。

（3）后續(xù)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(jìn)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(nèi)、地表加強(qiáng)監(jiān)控量測，并及時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（5）目前，本地區(qū)已進(jìn)入雨季和臺風(fēng)季節(jié)，現(xiàn)場配備足夠數(shù)量的應(yīng)急搶險物質(zhì)，并制定充分、有效的搶險預(yù)案。

8結(jié)束語

針對某高速公路隧道工程塌方，采用“雙層小導(dǎo)管+內(nèi)插單層小導(dǎo)管注漿”超前支護(hù)為主的施工方法，在施工中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，并做好隧道監(jiān)控量測，施工處理完成后，檢測部門通過地質(zhì)雷達(dá)全面、詳細(xì)的檢測，結(jié)果達(dá)到規(guī)定要求，說明此次處理方案是成功可行的。

［1］李芳慧.小導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2007，（7）.

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