茶鎮隧道塌方段的處理方案與技術措施

劉黎權

摘要：隧道施工因受水文、地質以及地形、地貌和施工方案、技術措施、施工隊伍的作業水平與技術熟練程度、機械設備等諸多因素的影響，會出現一定數目的小塌方，可以說塌方是隧道施工過程中比較常見的一種風險，怎樣減少或防止這種風險的發生，是我們在施工過程中應該引起高度重視的。本文通過新茶鎮隧道進口塌方處治的實例，主要說明該類塌方的處理方案與技術措施，即采取按照先加固后治塌、仰拱與二襯緊跟的原則。首先對塌方段進行反壓回填、再對洞內法向進行管棚與小導管注漿加固、然后開挖渣土，對正洞打設管棚與小導管，再進行爆破支護開挖等方法與措施。

Abstract： Due to the influence of hydrology， geology， terrain， topography and construction plan， technical measures， construction skill and technical proficiency， mechanical equipment and so on， there will be a certain number of small collapse in tunnel construction. Collapse is a common risk in tunnel construction. It should arouse great attention on how to reduce or prevent the occurrence of such risks. Based on the example of Xincha Town tunnel entrance collapse treatment， this paper mainly deals with the treatment scheme and technical measures of the collapse， that is， adopting the principle of first reinforcing and then control collapsing， and inverted arch close to second lining. First of all， back pressure backfill of the collapse section， second， pipe shed and small duct grouting reinforcement on the normal of the tunnel， third， excavation of dregs， fourth， playing a pipe shed and a small pipe to the main tunnel， and then blasting support excavation and other measures.

關鍵詞：塌方；處理方案；技術措施

Key words： collapse；treatment scheme；technical measure

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）03-0162-03

0 引言

隧道施工過程中因為受到水文、地質以及地形、地貌和施工方案、技術措施、施工隊伍的作業水平與技術熟練程度、機械設備等諸多因素的影響，會出現不可預測的塌方，可以說塌方是隧道施工過程中比較常見的一種風險，怎樣減少或防止塌方事故及其安全風險的發生，是在隧道施工中應該引起高度重視的。隧道的水文地質情況是千變萬化的，而不同塌方發生的原因與不同，因而采取的處理方法與措施也不盡相同。本文結合茶鎮隧道塌方的整治，講述了該隧道的塌方段的處理方案與技術措施，并對于相類似的破碎圍巖和水文地質等條件的隧道施工，也提出了相關意見與建議，希望能對相類似工程施工有一定的啟發與幫助。

1 工程概況

中鐵二十五局集團有限公司西北分公司施工的陽安二線鐵路項目，所屬新茶鎮隧道為單線隧道，位于大巴山低山區，洞身地表起伏大，分布有眾多的基巖 “V”字型侵蝕谷。涉及的主要地層為：第四系全新統坡積膨脹土、細角礫土、晉寧期輝長巖、玄武巖。構造巖主要為碎裂巖。巖體受構造影響，局部節理發育，巖體破碎，強度較低，結合性差，巖層之間夾泥較為嚴重。隧道地下水為基巖裂隙水及構造裂隙水，受大氣降水及地表水補給，經前期設計勘察打孔，進口700m范圍內均見地下水。隧道結構設計采用復合式襯砌，初期支護采用Ф6.5～8鋼筋網、型鋼鋼架、C25噴射混凝土、Ф22組合中空錨桿、Ф22砂漿錨桿。

隧道進口里程為DYk241+751，塌方發生時隧道進口已經掘進173m，隧道掌子面圍巖為Ⅴ級，施工至Dyk241+918，仰拱施工至Dyk241+885，二襯施工至Dyk241+857，在當日凌晨04：50分，工人正在安裝Dyk241+914下導拱架螺栓時，位于Dyk241+889處左側電力洞室拱頂有落石聲，現場人員及機械立即撤出。隨即發現Dyk241+901里程左側中導拱架發生擠壓變形，逐步變形，最終發生坍塌，坍塌持續到8：10分左右，基本趨于穩定。塌方長度約30m，塌方體約1200方。

經過初步的分析與研究，塌方的原因為：巖體較破碎，裂隙發育且含泥，線路左側有細流流出，巖體遇水后受力發生改變，自穩性降低，在線路左側長6m深10m的電力洞室施工時其上方及附近存在空洞，受仰拱施工與爆破開挖擾動，空洞上方松散巖體逐步失穩發生跨塌，導致正洞已施工鋼架受到沖擊，進一步造成拱架失穩，帶動周邊鋼架及巖體發生較大規模的塌方。

鑒于塌方體松散，自穩能力非常差，而且該地段附近有水流出，再加上在前期施工過程因圍巖節理發育，發生過小的掉塊并局部形成空洞，為了防止造成再一次的塌方，防止次生災害的發生，決定按照先加固后治塌、仰拱與二襯緊跟的原則。對該塌方段進行整治，采取的措施為首先對進行塌方段反壓回填、再對洞內法向進行小導管注漿加固、然后開挖渣土，對正洞打設管棚、打設小導管，進行爆破支護開挖，最后按照正常的施工開挖支護程序進行后續工序的施工。

2 具體的施工方案與處理措施

2.1 反壓回填

在塌方體達到相對穩定過程中對其圍巖進行監控量測，等確認坍塌地段不會有大的掉塊、坍塌發生后，對塌方段后方至仰拱端頭進行石渣回填，處理過程可見圖1，并安排專人做好監控量測，要求初支能得到及時支撐，塌方地段不再繼續產生垮塌或鋼架再形成大的侵限，不再有大的變形發生。回填完成見圖2所示。

要求回填及時快速有序，渣料要盡量填滿整個斷面，回填過程要用自卸車（主要負責將回填渣土運輸到洞內）和裝載機（主要配合將運入隧道內的渣土向拱頂部位運輸）配合，必須安排專人對洞內的圍巖體以及拱頂附近的變化進行觀察，以保證洞內搶險人員與機械的安全。

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2.2 小導管注漿加固

為避免塌方體前方施工好的初支在開挖過程中發生沉降，造成新的坍塌，在塌方體段前20m范圍內法向打設注漿小導管，注漿管布置見圖3，并對其周圍巖體與洞室進行注漿加固。泵送漿液的過程見圖4所示。

2.2.1 采取的方案與措施

經過收集相關地質水文以及施工的各種資料，對各種塌方處治的各種施工方案與技術措施進行比較，項目最終決定采用的技術方案為：在塌方段前20m范圍內法向打設3.5m長Φ42注漿小導管，環向間距1.2m、縱向以各拱架的間距為準，拱頂30度范圍由于作業空間不足，打設1.5mΦ42小導管。采取該措施的主要是目的通過導管與鋼架形成有效連接，以減少鋼架在橫斷面內的自由長度，減少其長細比，增強鋼架穩定性，從而減少鋼架在圍巖作用下的變形。

2.2.2 小導管注漿施工

從拱頂回填面開始打設，每安裝完成一個臺階范圍內的小導管，隨即進行注漿。

注漿材料：1：1水泥漿。在現場拌合站拌和，由砼運輸車運至現場。

施工順序：從低向高處依次注漿，以避免漿液流入其他注漿管造成他管堵塞，影響注漿質量。

注漿主要目的是對隧道開挖輪廓線外一定厚度的松散巖體進行進一步的固結，以便形成一個自穩并能承受外力的整體拱形。

單孔注漿量可通過公式計算：

Q=πR2Lλ=πR2Lna；

Q——單孔注入漿液的量（m3）；R——漿液擴散半徑（m）；λ——注入率（%）；L——注漿段長（m）；n——地層的間隙率（%）；a——地層的填充率（%）。

本項目為破碎巖層，故漿液注入量可根據鉆進注漿孔沖洗液的漏失量確定。

漏失量注入量確定具體可參考見表1。

總的注漿量，可采用下式估算：

Q=Vλ=Vna；V——注入預定地層范圍內的漿液量（m3）

注漿采用單液注漿機，用注漿量（ν）和注漿壓力（Ρ）進行雙控。注漿壓力控制在0.6-0.8MPa。注漿量與注漿壓力的相對關系反映了巖體注漿的飽和度和巖體本身的整體性，注漿壓力上升越快說明巖層本身的裂隙越少，整體性越好，巖層自穩性越好。如果注漿壓力上升相當緩慢有可能存在大的裂隙，此時要根據現場情況采用間歇式注漿，主要是為了給注入裂隙的水泥漿一個沉淀和凝結時間，以達到更好的注漿效果。間歇時間要小于水泥漿液的初凝時間，以防因水泥漿凝結導致小導管阻塞，影響小導管后期注漿。

2.3 開挖回填渣土

將應急處理時反壓回填到洞內的渣土依次進行開挖。

開挖時將回填的渣土分多個臺階進行開挖。臺階的高度控制在1.2-1.5m，高度要根據法向小導管的布置位置確定，滿足開挖一層打設一層小導管的要求，然后進行注漿，注漿完成后再開挖下一臺階，一直開挖到滿足正洞管棚的施工為止。

在開挖出渣降臺階過程中要注意最頂層臺階的長度和高度，要為后續管棚的施工提供足夠的工作面；為了防止坍塌與沉降變形等情況的出現，對開挖暴露的拱腳處加設2根鎖3.5m的鎖腳錨桿，并對其注漿。

2.4 正洞施工采取的方案與措施

打設大管棚，做導向墻，打設超前小導管配合大管棚進行施作，然后對超前小導管進行注漿，等完成間隔2-3h水泥凝固后，再進行開挖等后續工作。掌子面采用C20混凝土進行噴錨封閉，封口厚度要20-30cm，主要為注漿營造一個封閉空間，避免注漿過程中漿液流出。

2.4.1 管棚及小導管施工與支護開挖參數

2.4.1.1 管棚施工

管棚施做時采用根管法施工，每根管棚長度為15m，采用熱軋無縫鋼管，外徑108mm，壁厚5mm，搭接長度不小于1.5m。因隧道塌方體巖體比較破碎，成孔率比較低，故管棚的環向間距按40cm設置。管棚安裝見圖5。本工程整個拱頂按每環為20根施工。

為提高管棚的剛度采取對其進行注漿的措施。同時因管棚打設長度比較長，在受到破碎坍塌體重力作用下會下沉，為避免造成管棚打設侵限，對其預留外插角為8°～12°。

本項目采用的為YGL-100A型全液壓履帶式管棚鉆機，工作平臺凈空高3.5m，長度5m。

注漿采用高壓雙液注漿泵注漿，漿液由注漿拌和機拌制。注漿完成后進行開挖，具體見圖6。

2.4.1.2 超前小導管注漿

管棚施工完成后，打設超前小導管，小導管在構件加工廠制作，前端做成尖錐形，尾部焊接φ8mm鋼筋加勁箍，管身注漿孔6～8mm，孔間距15cm，尾部長不小于30cm，作為不鉆孔的注漿段。小導管加工見圖7。

小導管長度3.5m，外徑42mm，壁厚3.5mm，與大管棚間隔布置環向間距40cm，縱向搭接長度不小于1m。小導管施工工藝見圖8。小導管用注漿泵進行注漿作業，注入水泥單液漿，注漿壓力為0.6-0.8MPa。

2.4.2 開挖與支護參數

開挖過程中采用松動爆破，避免放大炮，造成二次坍塌。

支護拱部Φ22中空錨桿，長度L=3m，間距1.2m×0.8m，必須注漿。邊墻Φ22中空注漿錨桿，長度L=3m，間距1.2m×0.8m，必須注漿（水泥漿1：1）。鋼拱架：工18工字鋼，全環布置，縱向間距0.6m/榀。單次開挖進尺不大于一榀架。鎖腳錨管每個拱腳增加一根。

在跟進施工中、下導的過程中，根據上述方案循環進行施工。

2.5 監控量測

監控量測是隧道施工中一個必不可少的環節，特別對于塌方體周圍而言，量測的重要性就不言而喻了，本項目在施工中我們按照設計規定對圍巖周邊進行收斂量測，對拱頂下沉量測數據進行分析，在局部發現變形較快并出現細小裂縫時，現場及時對Ⅳ、Ⅴ圍巖支護技術參數進行調整，加強了支護措施，仰拱二襯及時跟進，有效解決了塌方段安全事故的發生風險。

3 結論

隧道施工受地形地貌、水文地質、工程地質以及施工方案、技術措施各方面因素的影響，本項目我們遵照設計與施工圖紙，遵循“巖變我變”的原則，對軟弱圍巖開挖采取三臺階，對Ⅳ、Ⅴ圍巖支護技術參數按照現場實際情況進行加強與調整，確保了現場施工持續的掘進穩定。

而對于開挖過程圍巖破碎，掉塊頻繁，受爆破開挖及外力因素造成的塌方，則根據不同的情況，通過方案必選，最終選用并采取了先加固后治塌、仰拱與二襯施工緊跟的方案。對塌方段進行反壓回填、再對洞內法向進行小導管注漿加固、然后開挖渣土，對正洞打設管棚、打設小導管，進行爆破支護開挖的施工措施，通過后期的圍巖監控量測和分析比較，處理后的塌方地段，圍巖穩定，施工參數合理，整治取得了好的效果。

通過該該塌方的處理，同時我們也深刻認識到，對于相類似的破碎圍巖和水文地質等條件的隧道施工，一定要加強超前及初期支護，多臺階開挖，并控制開挖臺階的長度和高度，短進尺，要及時施作初期支護和仰拱，是完全可以防止坍塌事故發生的。

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