喀斯特地區客專隧道滑塌處理技術探討

謝海輝

喀斯特地區客專隧道滑塌處理技術探討

謝海輝

本文就喀斯特地區客專隧道滑塌事故，分析了其滑塌的原因，以及提出了處理方案，為同行提供了參考。

一、工程概況

大獨山隧道D1K860+770～+510段通過地層巖性為泥巖、泥質白云巖、泥灰巖<23-4>。圍巖級別為Ⅳ級，襯砌類型采用Ⅳb型復合式襯砌及支護，施工方法為臺階法加臨時橫撐。該段洼地處于瓦窯田-營盤坡-蜂子巖溶一帶，為區域內大型巖溶洼地。 線路左側700m范圍內為宋家莊，線路右側300m范圍內為新寨村，此段落有多處溶蝕洼地，多處漏水斗，存在豎向巖溶管道。

二、隧道滑塌原因分析

2013年3月22日16時，大獨山隧道2#橫洞承擔正洞掌子面里程為D1K860+636，揭示圍巖巖性為薄層狀泥巖、泥質白云巖、泥灰巖互層，巖質軟，巖層產狀平緩，節理陡傾裂隙發育，裂隙水發育，圍巖破碎—極破碎，巖溶發育，為軟弱破碎帶，巖體被切割后多呈小碎塊狀；該段對應平導里程為PD1K860+601，平導掌子面揭示圍巖巖性為灰、灰白及灰黃色薄層狀泥灰巖，巖層產狀平緩，節理發育，巖體較破碎，基巖裂隙水較發育。

掌子面開挖后拱心部位滑塌，帶動拱部圍巖垮塌，垮塌高度約3.5m，垮塌帶動圍巖偏壓及拱頂承重，造成D1K860+645～+636段初支拱架變形，最大收斂沉降40cm，最小收斂沉降11cm。D1K860+645～+636段初支變形段架立內層拱架，并于拱腳及拱腰處設置φ42×3.5mm鎖腳錨管。3月25日17時掌子面拱頂120°范圍再次垮塌，塌穴深度擴至5.5m左右，D1K860+664～+645段初支拱架變形段，受垮塌偏壓變形，收斂沉降5～15cm，D1K860+645～+636段初支拱架變形，收斂沉降擴大至15～47cm。3月27日19時掌子面受裂隙水侵蝕，拱頂再次滑塌，滑塌廢渣高度已超拱頂，拱頂垮塌高度無法預測。

三、隧道滑塌處理方案的提出

D1K860+664～+636段初支變形段先架立內層I22a型鋼拱架支護（間距按0.5m施作），并于拱腰及拱腳處施做鎖腳錨管，錨管長5.0m，注1∶1水泥凈漿，防止變形擴大。D1K860+664～+636段初支變形段進行徑向注漿加固處理，注漿孔按0.8m*0.8m布置，孔深5m，注漿采用水泥凈漿（水灰比 1∶1），注漿壓力0.8～1.2Mpa。掌子面洞渣堆積體及拱頂松散洞渣進行花鋼管注漿臨時加固處理，注漿采用水泥凈漿（水灰比1∶1），注漿壓力0.8～1.2Mpa。注漿固結后，掌子面掘進采用三臺階七步法。

1.塌空區處理

對本隧道D1K860+629.7～+625.6段按Ⅴc級圍巖施工，安裝2榀Ⅰ22a鋼拱架，拱架間距為60cm。鋼拱架安裝時，要求拱架的拱頂高度比拱頂的設計高度高20～30cm，作為拱架沉降量。連接鋼筋及網片按設計及相關規范進行施工。鋼拱架定位后，施做Ф42*3.5mm的鋼花管鎖腳錨管，每根鎖腳錨管長度為4.5m，每邊各施做4根，（即上部弧形導坑每榀設置8根）。按設計要求的20°或40°角度施做，鎖腳錨管與拱架采用“U型”或“L型”卡搭接滿焊。注漿飽滿。

同時為了有效地對臨時加強塌空區的穩定性，待拱架安裝完畢后，在D1K860+629.7處拱架背后設置豎向Ф42*3.5mm的無縫鋼管，長度根據現場實際確定，即拱架至上方圍巖面的長度。環向間距設置為50cm，與拱架焊接牢固，空腔中間設置一排水平縱向Ф42*3.5mm的無縫鋼管（水平縱向鋼花管頂至掌子面），水平鋼管根數與豎向鋼花管根數相同。然后進行噴射混凝土施工。塌空區采用泵送C20混凝土，泵送砼要求至少分兩次分層泵送，預埋5根Ф108*6mm的泵送砼鋼管。對稱設置。

其中一根泵送砼的預埋鋼管頂至塌空區的最高處。第一次泵送砼采用預埋最低的鋼花管泵送，左、右對稱泵送砼，以免造成偏壓，當泵送砼高度達到拱頂2.0m以上后停止泵送砼，待第一次泵送砼結束24h后，再采用預埋較高的泵送砼管進行第二次砼的泵送，同樣，左、右對稱泵送砼，以免造成偏壓，當左右兩側泵滿后，再采用預埋最高的泵送砼管進行砼的泵送，待塌空區砼泵滿后停止砼的泵送。

圖1　空腔內加固鋼管布置示意圖

圖2　預埋泵送混凝土鋼管示意圖

待泵送砼結束24h后，上部弧形導坑與中導坑開挖時，采用三臺階七步法施工，中導坑開挖時，左、右中導坑兩邊錯開距離至少為5榀拱架的長度。上部弧形導坑拱腳處的噴射砼要求擴大拱腳。待中導坑接長后，采用風鎬人工鑿除（嚴禁采用挖機擾動施工）。掌子面開挖前要求泵送砼達到設計強度后，才能進行開挖，其中D1K860+625.6～+615.6段要求采用三臺階七步法開挖施工，待開挖至D1K860+615.6里程時根據揭示的圍巖情況，再確定掌子面前方的開挖方法，是否繼續采用三臺階七步法開挖施工。

2.徑向注漿加固處理

對D1K860+636～D1K860+664段采用徑向注漿，拱部及邊墻加固圈孔深5.0m，隧道注漿參數以隧道圍巖狀況確定，注漿孔采用風機鉆開孔，開孔直徑為75mm，終孔直徑不得小于42mm。再埋入孔口管，孔口管采用φ42mm，壁厚為3.5mm熱軋無縫鋼花管，管長1.0m，管口采取止漿塞措施。注漿鉆孔深度5.0m，注漿孔的布置為環向間距0.8m，縱向間距0.8m，交錯布置。注漿材料采用1:1水泥凈漿液，水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，注漿凈壓力為0.8～1.2MPa。注漿固結后再對侵線部分拱架進行逐榀換拱。

同時對D1K860+636掌子面處塌方體采取注漿，首先對整個碴堆噴射20cm厚C20砼進行封閉，再沿隧道周邊環向120°范圍內布置φ42mm外插角分別約為5°、10°和15°的三排超前小導管。小導管采用φ42mm鋼管，長分別為6m、6.58m、7.22m，分別打入圍巖長度為0.98m、0.99、1.01m，將其一頭加工成30°左右的圓錐形，以利于鉆進施工，鋼管鉆φ6~φ10mm梅花形小孔。制作好的鋼管緊靠拱架上部約5°、10°和15°左右的傾角沿隧道軸向打入巖碴，鋼管環向間距30cm，再在鋼管內壓注水泥漿，并將鋼管與鋼架焊牢，使鋼管與鋼拱連成整體。注漿材料采用1:1水泥凈漿液，水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，注漿凈壓力為0.8～1.2MPa。

四、結語

隧道塌方的原因是多方面的，本文主要是結合了喀斯特地區客專隧道滑塌事故，對隧道塌方的成因進行了分析，并且結合工程實際，提出了處理方案，并對塌方處理的技術和處理效果進行了分析，希望對類似的工程提供一定的借鑒和指導。

（作者單位：中鐵二十局第二工程有限公司）