隧道裂隙水觀測及塌方處理

秦 才 福

(山西歐拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

隧道裂隙水觀測及塌方處理

秦 才 福

(山西歐拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

結(jié)合某隧道的工程地質(zhì)條件，觀測了隧道開挖掌子面裂隙水的涌水情況，探討了該隧道塌方治理的基本原則與方案，并闡述了大管棚及超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)，旨在確保隧道工程的安全性。

隧道，涌水觀測，塌方處理，管棚，超前小導(dǎo)管

1 工程概況

2 涌水觀測

在施工過程中,我們采用了三角堰觀測,三角堰埋設(shè)在洞口邊溝匯水處,其出水形式為三角堰堰口漫流。

流量計(jì)算公式為：

其中，Q的單位L/s;h的單位cm；C由表1求出。

表1 C的取值表

在每天的觀測中只需要測出三角堰頂板到水位線的高度即可，在施工中有很強(qiáng)的操作性。通過觀測可以較好的反映出隧道開挖掌子面裂隙水的情況，可以對地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，指導(dǎo)施工。

3 塌方處理

當(dāng)隧道掌子面發(fā)生大的垮塌，根據(jù)掌子面圍巖和坍塌的虛渣來看，此段巖性為灰色薄～中厚層巴東組三段泥灰?guī)r(T2b3),最厚15 cm，隧道斷面巖層褶皺發(fā)育，造成巖層層面彎曲，節(jié)理裂隙發(fā)育，炭質(zhì)泥巖含量高促使層面光滑。大規(guī)模褶皺的作用導(dǎo)致眾多彎曲擠壓破碎帶，巖體破碎，嚴(yán)重影響了巖體的整體穩(wěn)定。拱部大量的裂隙涌水沖蝕致使掌子面的塌落。肉眼能見拱頂坍空區(qū)高度約4.5 m，環(huán)向長度15 m。齊頭涌水達(dá)到170 L/s，塌方堆砟涌至將開挖臺架埋置一半。

3.1 治理的基本原則

治理的基本原則概括起來可以歸納為七點(diǎn)：1)管超前;2)預(yù)注漿;3)多循環(huán);4)短開挖;5)強(qiáng)支護(hù);6)勤量測;7)早封閉。

3.2 塌方治理方案

支護(hù)采用φ108大管棚+φ42超前小導(dǎo)管+錨桿+鋼筋網(wǎng)+20b工字鋼+噴混凝土進(jìn)行初期支護(hù)；開挖采用上下短臺階法進(jìn)行施工；襯砌采用鋼筋混凝土。

3.3 大管棚施工方案及其要點(diǎn)

1)φ108大管棚施工。

a.管棚長度的選擇。根據(jù)觀測該塌方段長度約為15 m，考慮2 m導(dǎo)向管長度，3 m的穩(wěn)固嵌巖深度，φ108大管棚設(shè)計(jì)鉆進(jìn)長度為20 m。

b.擴(kuò)挖。由于要滿足鉆機(jī)凈空要求和2 m的導(dǎo)向管長度，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際將已初支好的部分圍巖在安全的前提下后退2 m,對斷面進(jìn)行擴(kuò)挖以滿足鉆機(jī)的凈空要求，同時(shí)利用前面的2 m工字鋼架來進(jìn)行安設(shè)導(dǎo)向管。

c.管棚施工。按要求在掌子面上用紅油漆定好孔位。從拱頂向兩側(cè)開鉆，采用跟管施工,每次將注漿管打入的長度為2 m,注漿管之間采用絲扣連接;鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)，沖擊速度及供水量應(yīng)與巖性相適應(yīng)，以減少鉆孔事故，提高鉆孔質(zhì)量。

d.安裝鋼筋籠。管棚打入后即安裝鋼筋籠,保證管棚在縱向上有足夠的剛度。

2)大管棚注漿。

a.制漿：水玻璃的原液是51Be′。按要求應(yīng)稀釋成30Be′使用。稀釋的方法是邊加水邊攪拌邊測量，至30Be′為好。水泥漿的配制按料重先輕后重的順序投料，據(jù)要求的W/C先在攪拌桶內(nèi)添加好清水，在開動攪拌機(jī)的情況下，緩緩加入要求中的水泥量，再添加外加劑。攪勻后(一般為5 min)，經(jīng)5 mm×5 mm孔的網(wǎng)篩過濾后，即可放漿供注漿用，施工現(xiàn)場需配置1個～2個貯漿桶，方能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制漿和注漿。

b.注漿順序：先注無水孔后注有水孔。根據(jù)降水漏斗的原理，一般是從拱頂向下注，如遇竄漿或跑漿，則間隔一孔或幾孔灌注。

c.注漿壓力的控制：注漿終壓控制在0.5 MPa～1.0 MPa。

d.注漿泵量的控制：注漿泵的大小由注漿泵的排量調(diào)節(jié)控制按鈕和排量記錄儀加以監(jiān)控。根據(jù)巖層的破碎程度和鉆孔出水量及泵的能力，確定注入速度在60 L/min～100 L/min之間,范圍選擇：當(dāng)鉆孔出水量Q水≥50 L/min時(shí)，注入速度取80 L/min～100 L/min，當(dāng)Q水=0 L/min～50 L/min時(shí)，注入速度取60 L/min～80 L/min。注漿過程中總注漿量的確定需要綜合考慮加固層厚度、排管參數(shù)、擴(kuò)散半徑等因素。可以通過公式Q=S×H×A×B×K計(jì)算取得總注漿量數(shù)值。

周邊S=(120°/360°)×π(7.552-5.552)=27.437 m2。注漿段長度H=20 m,有效灌漿系數(shù)A=0.8，漿液消耗系數(shù)B=1.2，地層空隙率K=0.3，每延米注漿量Q=7.9 m3。

e.漿液配合比的調(diào)控措施：凝膠時(shí)間能直接影響到漿液的配合比效果，調(diào)控基本原則是先稀后濃，逐級轉(zhuǎn)換，水泥漿液和水玻璃漿液的體積比C∶S控制范圍為1∶1～1∶0.6，常規(guī)體積比C∶S=1∶1。如發(fā)現(xiàn)跑漿及在封孔作業(yè)時(shí)，需采取間歇注漿，以減少凝膠時(shí)間，體積比C∶S=1∶0.6。特殊情況為阻止跑漿及提高孔口閥門的周轉(zhuǎn)速度可以采用體積比C∶S=1∶0.3，但應(yīng)保證孔內(nèi)有充足的進(jìn)漿量且不會發(fā)生堵管。

f.凝膠時(shí)間調(diào)控措施:注漿泵流量的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)對凝膠時(shí)間的調(diào)控，具體操作過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測事先制“配比操作表”操作，通過調(diào)節(jié)注漿泵流量控制系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對凝膠時(shí)間的調(diào)控。實(shí)際操作過程中只需要控制注漿泵上的按鈕即可。相對于采用調(diào)節(jié)漿液濃度調(diào)控凝膠時(shí)間，具有快速、簡便、有效等多重優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)特殊情況凝膠時(shí)間需在2 min以上時(shí)，可通過摻加緩凝劑來實(shí)現(xiàn)控制。注漿過程中在轉(zhuǎn)換漿液濃度和調(diào)整配合比時(shí)進(jìn)行測試，需取樣實(shí)配，以保證凝膠時(shí)間的準(zhǔn)確性。常規(guī)拌制漿液的過程中也需要進(jìn)行經(jīng)常性測試。為避免異常事故的出現(xiàn)，可在泄?jié){口對經(jīng)過混合器混合后的CS漿液進(jìn)行凝膠時(shí)間測定。通過相互對比，檢測漿液配合比是否準(zhǔn)確，注漿泵運(yùn)作是否正常，吸漿是否通暢，混合器能否進(jìn)行均勻的混合。通過對比還能監(jiān)控注漿的實(shí)施情況。

g.注漿終止標(biāo)準(zhǔn)：注漿終止標(biāo)準(zhǔn)一般設(shè)定為注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)或者接近設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)。如果注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或者接近設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)的80%時(shí)，將會出現(xiàn)較大規(guī)模的跑漿現(xiàn)象，可以通過間歇式注漿來結(jié)束注漿。

3.4 超前小導(dǎo)管注漿與開挖

1)大管棚施作完畢后開始開挖作業(yè)。

開挖作業(yè)采取上下臺階法，臺階長度設(shè)定不超過5 m，為短臺階。開挖進(jìn)尺不大于1.5 m。施工現(xiàn)場塌方高度、深度、體積等情況不明確，因此無法準(zhǔn)確計(jì)算開挖后的洞室變形情況及結(jié)構(gòu)承載力。為防止初期支護(hù)變形過大侵入二次襯砌，保證二次襯砌厚度，根據(jù)工程類比預(yù)留20 cm的開挖下沉量。

2)初期支護(hù)。

初期支護(hù)采用φ42超前小導(dǎo)管注漿，Ⅰ20工字鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、C20噴射混凝土共同構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)體系。鋼筋網(wǎng)片直徑為6.5，20 cm×20 cm；Ⅰ20工字鋼拱架間距設(shè)定為50 cm～80 cm,鋼拱架拱間連接鋼筋采用Φ22螺紋鋼，間距為1 m；C20噴射混凝土厚度為25 cm，為避免開挖作業(yè)以后掌子面圍巖暴露時(shí)間過長，確保支護(hù)體系能夠及早封閉，開挖完成后應(yīng)盡早噴混凝土作業(yè)進(jìn)行封閉，并及時(shí)施作仰拱確保整個支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠盡早成環(huán)。開挖作業(yè)與小導(dǎo)管注漿依次施作，每施作一環(huán)小導(dǎo)管后開挖支護(hù)三榀鋼拱架(1.5 m)，開挖作業(yè)一個循環(huán)后立即進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴等初期支護(hù)作業(yè)。

3)超前小導(dǎo)管施工。

a.鉆孔仰角15°，管棚間距35 cm，管棚長度4.5 m，采用φ42(厚4 mm)無縫鋼管，共計(jì)41根小導(dǎo)管。b.采用φ50鉆頭鉆進(jìn)5 m→取出鉆桿→封孔注漿。如有卡鉆現(xiàn)象可改變鉆頭直徑的方法，分段鉆進(jìn)。c.小導(dǎo)管注漿參數(shù)如表2所示。

表2 注漿參數(shù)表

4)整個工程的技術(shù)難點(diǎn)。

超前小導(dǎo)管注漿加固圈形成的固結(jié)殼可以有效的保證掌子面拱頂?shù)姆€(wěn)固可靠，起到支撐松散塌方體，防止碎硝坍砟體從小導(dǎo)管縫隙間脫落引發(fā)新塌方的作用。塌方體內(nèi)整體呈松散硝碎狀，并夾雜有軟質(zhì)泥灰?guī)r塊，松散無穩(wěn)定性，成孔性差，施鉆困難，下管難度大，容易卡鉆，超前小導(dǎo)管的安裝成功與否和注漿施作效果，是整個塌方處理工程的技術(shù)難點(diǎn)。

4 結(jié)語

注漿與開挖關(guān)系的配合與協(xié)調(diào)，是涉及到鞏固注漿效果，減少工序銜接，縮短工期的一個重要因素，根據(jù)特定的注漿方案要求，在特別差的地段，要求每一茬炮的進(jìn)尺嚴(yán)格控制在0.8 m～1.2 m范圍內(nèi)。開挖工程在注漿完畢多久開始施作，目前尚無一個統(tǒng)一的定論，目前常規(guī)做法是在漿液結(jié)石體達(dá)到足夠的強(qiáng)度后方能進(jìn)行開挖作業(yè)，這就需要保證足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。然而根據(jù)漿液早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)，以及施工工序的安排，一般注漿完畢后，即可進(jìn)行開挖準(zhǔn)備。

Tunnel fissure water observation and collapse treatment

Qin Caifu

(ShanxiOulaBuildingEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

Combining with the tunnel engineering geology conditions, the paper observes the tunnel excavation working face fissure water-gushing conditions, explores basic tunnel collapse processing principles and schemes, and illustrates large pipe shed and advanced small pipe grouting construction technologies, with a view to guarantee the tunnel engineering safety.

tunnel, water gushing observation, collapse treatment, pipe shed, advanced small pipe

1009-6825(2017)02-0187-03

2016-11-06

秦才福(1975- ),男,工程師

U457.2

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