淺談加密超前小導管在大斷面黃土隧道塌方中的應用

申愛軍

（寧夏路橋工程股份有限公司 寧夏 銀川 750000）

淺談加密超前小導管在大斷面黃土隧道塌方中的應用

申愛軍

（寧夏路橋工程股份有限公司 寧夏 銀川 750000）

基于黑海高速公路趙家山黃土隧道為背景，通過對塌方情況介紹和塌方原因的分析，給出了塌方的處理方案，可供今后續類似隧道塌方參考和借鑒。

黃土隧道；塌方；超前小導管

砂質土層是我國黃土高原地區隧道開挖遇到較為普遍的地質土層，是難以修建或修建好后病害較多的一類隧道，該土層開挖后，因其抗剪強度低、初期變形大、變形速度快，圍巖自穩時間較短，甚至不能自穩，開挖后極易發生塌方，如果塌方處理不當將造成大面積塌方及冒頂。如何處理好砂質土層隧道塌方問題以及保證運營的安全，是隧道施工中急需解決的關鍵問題。本文結合黑海高速趙家山隧道塌方工程實例，對砂質黃土隧道塌方進行了分析和總結。提出了相關處理方案，以供類似項目參考借鑒［1］。

一、工程概況

趙家山隧道為分離式單向雙車道黃土隧道，建筑界限凈寬為 10.25 m，凈高5m，設計車速為80 km/h，左線長1217 m，右線長1250 m，左、右幅間距為 50～60 m 左右。隧址區地層主要為第四系全新統沖洪積層，稍濕，土質不均，分層較多，穩定性差，地形起伏較大，地表坡度約為25°～30°，隧道洞頂最大埋深80 m。

左線ZK54+528～548設計為五級圍巖，采用三臺階七步開挖法施工，施工工序：先超前支護（拱部120°范圍內施作長度為4.5m，Φ42單排小導管，環向間距為30cm），再進行開挖（開挖作業上、中、下臺階錯臺開挖），上、中、下臺階的縱向間距控制在2.5～3.0m，每臺階開挖進尺控制在1.0～1.5之間。

隧道施工在ZK54+548，掌子面開挖后，準備施作鋼拱架時，掌子面有土體出現掉塊，現場安全員立即組織現場施工人員撤離，隨后掌子面、拱腰處大量土地涌出，上、中導坑鋼拱架全部變形，初支護侵限（塌方土體見下圖）。

塌方土體

二、塌方原因分析

隧道坍方的原因復雜,影響因素很多。概括起來分為兩類:自然因素和人為因素。自然因素主要有地質狀態、受力狀態、水的侵害、瓦斯病害等。人為因素則主要指設計不合理、施工不規范等。

本隧道塌方進行了分析，主要如下：

（一）隧道開挖掌子面上方屬于砂質土層，土體松散，自穩能力差，不能形成有效的承載拱，極易因局部失穩而引起連鎖反應，造成大塌方。

（二）未能預測到掌子面上方為砂質土夾層，按照原有的三臺階法開挖，開挖斷面大，導致開挖過程中擾動的圍巖范圍較大，導致本次塌方。

三、塌方處理方式

（一）塌方處理原則

塌方段處理遵循“預加固、管超前、小斷面、短開挖、強支護、早成環、快封閉、勤量測”的原則。

安全：處理過程和運營過程中安全可靠，做到萬無一失。

快速：在施工過程中快速通過，減少對圍巖的擾動。

保質：保證質量，不留任何后患。

經濟：在安全、質量可以保證的前提下，選擇較低成本的處理方式。

（二）具體處理措施

1、首先對侵限段初支進行換拱處理。

2、換拱至掌子面塌方段，采用超前小導管對掌子面塌方段土體進行勘察，確定掌子面前方塌方土體的厚度。

3、經過勘察，本項目掌子面前方塌方土體厚度為1m～1.5m。

4、根據勘察結果，經專家討論，本項目塌方采用加密超前小導管處理掌子面塌方，具體處理措施如下：

（1）首先向掌子面及周邊暴露圍巖噴射C20混凝土，封閉掌子面。

（2）加工打入在拱圈邊緣120°范圍，加密超前小導管的鋼拱架，設置孔距為：15～25cm。

A：超前小導管參數：采用42mm，t=3.5mm，L=4.5m的熱軋無縫鋼管，管體周圍鉆8mm的溢漿孔，呈梅花形布置，間距為15cm，尾部0.8m范圍內不鉆孔，以防止漏漿。

B:漿液：考慮到土體為松散土地，漿液滲透性較好，所以采用水泥-水玻璃漿液，雙液注漿泵注漿。

C：注漿流程：注漿管連接后，因黃土的濕陷性，不采用注水試驗，直接注入水泥-水玻璃混合液。

D：待其膠結密實后，采用人工開挖，減少開挖對掌子面的擾動，按照每次進尺為0.5m，每次開挖上臺階1/3后，及時對暴露面噴射混凝土，防止掌子面土地的涌出。

E：初期支護完成后，仰拱緊跟施作，盡快形成初支閉合環，并要求二襯襯砌緊跟，這樣才能使塌方體變形小并保證塌方體穩定。

四、處治效果

在塌方段每隔1.5m，設置觀察點，對處理完后的初支變化進行觀測，監控結果顯示，變形趨穩前大致可分為2個階段：

1、快速增長階段：在仰拱閉合前，平均變化速率為0.5～1cm/d；

2、緩慢增長-趨穩階段：在仰拱閉合后，這一階段的平均變化速率均小于0.2mm/d。

由此可以看出，隧道仰拱閉合后，隧道變形速率呈向于穩定，符合施作二襯要求。

五、注意事項

（一）采用加密超前小導管，注漿后使得，在隧道開挖面外上方形成阻礙土體流出的安全殼，既保證開挖安全，又減少對圍巖的擾動。

（二）在施工過程中始終貫徹“短進尺、早封閉、快支撐、勤測量”的原則，不可盲目求快，開挖后及時觀察注漿效果，對注漿較差的地方，及時噴射混凝土。

（三）在開挖的過程中，提高監控測量的頻率，使得及時獲科學得數據，指導施工。

六、結束語

采用密布打小導管治理塌方方案所投入的成本相對較小，施工時間短，能很好的將圍巖壓力均布在所有初期支護鋼架之上，對下一步的開挖安全起到非常有利的保障作用，同時，在該隧道中,采用加密超前小導管治理塌方，僅用10天時間，順利渡過了塌方，實踐證明該方法安全可靠，為類似塌方處理提供一定借鑒意義。

[1]蔣衛星,田 罡,張小明.超前小導管注漿在隧道塌方處理中的應用[J].黑龍江交通科技,2009(4):98-39

U45

B

1007-6344（2017）02-0043-01

申愛軍，男，陜西榆林人，碩士研究生，主要從事項目施工