隧洞塌方體注漿加固及支護技術應用

方 芳

(貴州江河監理有限公司，貴州 貴陽 550001)

隧洞塌方體注漿加固及支護技術應用

方 芳

(貴州江河監理有限公司，貴州 貴陽 550001)

目前，我國公路網不斷完善，高速公路跨河穿山的情況越加常見，由于地形條件的限制，修建隧道成了不可缺少的部分。在隧洞施工中，塌方、突水等事故會影響施工進度，增加施工造價，危及施工人員的生命安全。因此，必須重視相關加固處理措施的合理應用，確保工程安全。本文主要通過隧洞塌方體注漿加固及支護技術的工程應用實例，闡述了注漿加固施工過程，可為類似工程提供參考。

隧洞；塌方體；注漿加固；支護技術

隨著我國道路建設規模的日益擴大，隧洞施工越來越頻繁，難免也會遭遇一些不良地質，如：巖溶、斷層、軟弱帶，一旦施工不當，極易出現大規模塌方、冒頂等事故[1]，直接影響到工程施工質量、進度以及造價。為了確保工程施工作業的順利開展，必須做好事故處理工作，注漿加固是目前較為常見的治理方法之一[2]，通過將漿液注入地層達到改善土體力學性能、防滲堵水的目的，在隧道、地鐵、礦井等工程中均取得較好的應用效果[3]。

1 隧洞塌方體與注漿加固

1.1 隧洞塌方體及其成因

在隧洞開挖施工中，因為地質條件等因素的影響，難免會出現塌方、斷層等問題。其中，塌方具有高危性和高發性，直接影響到施工人員的人身安全，做好塌方體的處理十分重要。在進行塌方體處理施工時，應對其成因進行具體分析，保證處理措施的合理性與科學性。塌方體成因具體表現為以下幾種：

1.1.1 不良地質、水文條件

(1)在隧洞施工過程中，若是其穿過斷層破碎帶或是錯動發育的區域，極易因為開挖導致圍巖失穩，出現圍巖掉塊、塌落等現象，嚴重時即會導致塌方。

(2)當隧洞通過堆積體時，也會因為結構松散、顆粒間膠結差，甚至是無膠結，出現塌方。

(3)隧洞穿越地層覆蓋過薄區域，例如：丘陵淺埋段、沿河傍山、偏壓地段等均容易出現塌方事故。

(4)水也是導致塌方事故的一個重要因素，其具有沖蝕、溶解等作用，從而導致巖體強度下降、失穩、塌落。

1.1.2 設計問題

在進行隧洞設計時，若是未科學開展勘察工作，選址不合理，則會導致施工中遭遇一些不良地段，出現塌方現象。此外，隧洞設計不合理也會導致施工方案出現失誤，從而引發安全事故。

1.1.3 施工不當

在隧洞施工時，若采用的施工方法與實際地質條件存在差異，或是地質條件出現變化時，沒有及時調整施工方案，支護不及時，導致圍巖松動，出現塌方。

1.2 隧洞塌方體注漿加固原理

注漿又稱為灌漿，是用來加固地層或進行防滲堵漏的重要技術。在隧洞塌方體注漿加固施工中，主要是在地表用鉆孔機械鉆孔，通過鉆孔用一定的壓力將水泥漿液壓入土體孔隙、強風化巖體裂隙中或在碎石土孔隙以及細顆粒巖體內注入具有填充、膠結的漿液材料，經過漿體的充填、壓密、滲透作用后，使巖土體孔隙、裂隙被漿體填充，增加覆蓋強度、穩定性和防水性，保證隧洞能夠正常施工。注漿后塌方體的土體組成如圖1所示。

圖1 注漿后塌方體的土體組成

2 應用實例

2.1 工程概況

葉家河隧洞桂松32+848～33+217段設計為V類圍巖。1月4日葉家河隧洞開挖桂松至33+124處，掌子面出現頻繁掉塊現象，右側伴隨流沙，流沙包含軟泥。流沙空腔高度達十幾米，經業主、設計、監理及施工方現場商定，為保證施工人員安全，待圍巖穩定后立即進行支護。至1月5日凌晨4點圍巖掉塊現象依然嚴重，此時掌子面出現大范圍坍塌，并發現桂松33+124處出現地表沉陷，深度2 m，直徑8 m。

2.2 隧道塌方原因

經業主、設計、監理、施工四方現場勘察認定：地表土質為古滑坡體，此段覆蓋層較薄約30 m，地表土體松散，局部有煤層采空區及較大溶洞。為保證今后隧洞施工安全，決定對桂松33+122～33+152淺埋段進行地表注漿處理，加固和加強本段隧洞一次支護。

2.3 塌方體注漿加固及支護方案

本工程采用深孔注漿加固處理隧洞塌方體、增強隧洞一次支護。

2.3.1 深孔注漿

在桂松33+122～33+152段長30 m，寬5 m地表范圍內布設注漿孔(Φ89×6 mm熱軋無縫鋼管)39個，梅花型布置；注漿管長度：隧洞區域為地表至隧洞開挖外輪廓，隧洞兩側為地表至隧洞底板下1 m處，使用注漿管預計1522.57 m。地表深孔注漿發生工程量最終以現場監理確定實際工程量為準，注漿孔布置斷面圖如圖2所示。

圖2 注漿孔布置斷面圖

深孔注漿的目的主要是對隧洞桂松33+122～桂松33+152段塌方區的隧洞頂板以上塌方體進行加固處理。一方面改良塌方體的物理力學性狀，另一方面盡量恢復地層應力的平衡狀態，使清理塌方體時減小塌方體對內支撐的壓力。即通過高壓充填、擠密、固結，增加土體強度，盡量使隧洞恢復重新掘進、支護和安全施工。

施工方案主要參數如下：注漿孔按2.5 m×2.5 m間距梅花型布置；注漿段范圍隧洞底板下1 m，隧洞底板上15 m(16 m范圍)，注漿段總長預計為546 m；注漿初壓力為0.5～1.0 MPa，終壓根據注漿試驗情況確定，穩壓時間為30 min;注漿管為Φ89×6 mm熱軋無縫鋼管，即為注漿管，也是注漿固結體的主要受力件。

2.3.2 隧洞塌方段10 m范圍內加強支護措施

(1)Ⅰ18工字鋼架支護。在保證無欠挖的前提下架立鋼架，鋼架與初噴混凝土要密切接觸。鋼架縱向間距30 cm，間距允許偏差±10 cm，垂直度允許偏差±2°，鋼架間縱向連接鋼筋為Φ22鋼筋，環向間距0.8 m，縱向連接時，單面焊搭接長度為22 cm，雙向焊搭接長為11 cm。接頭螺栓擰緊。

(2)鋼筋網布設。拱墻設置Φ8鋼筋網，鋼筋網孔為20 cm×20 cm，網孔允許偏差±1 cm，鋼筋網搭接長度為1～2個網孔，允許偏差±5 cm。鋼筋網布設緊貼巖面，鋪設平順。

(3)Φ25砂漿錨桿，長度3 m，排距1 m，每排9根；噴厚25 cm的C20混凝土(為保證襯砌厚度，鋼架內輪廓尺寸為4.15 m)。

(4)拱部設雙層超前小導管支護。鋼管采用外徑42 mm，壁厚3.5 mm熱軋無縫鋼管，每根長4.0 m。小導管環向間距40 cm，縱向相鄰兩排的水平投影搭接，長度190 cm。小導管外插角10°～30°。小導管注漿用水泥水玻璃漿液，具體水泥砂漿配合比和注漿壓力由現場實驗確定。

(5)徑向錨管支護:為保證一次支護穩定性，將在塌體范圍內徑向打設Φ42×3.5 mm小導管，每根長度均為6 m，環向間距1 m×1 m梅花型布置，注水泥水玻璃漿。

(6)在塌體范圍內設置臨時仰拱，仰拱底部采用Ⅰ18工字鋼支護，鋼架間距為30 cm，臨時仰拱采用C25混凝土澆筑，混凝土厚度為50 cm。

2.4 施工工藝

注漿施工流程如圖3所示。

圖3 注漿施工流程圖

2.4.1 施工準備

(1)新修施工便道，長度150 m，寬度6 m。

(2)標注注漿加固范圍。在葉家河隧洞地表坡面上打設木樁圈定注漿范圍。

(3)清理注漿地表。清除注漿坡面上的妨礙注漿的雜物，清理中盡量不破壞地表植被。

(4)地表注漿坡面上按間距2.5 m×2.5 m，進行注漿布點。布點按梅花型布置，并在各注漿點釘設小木樁。

(5)計算各點的打設角度和深度。

(6)測量注漿范圍內的各注漿點的坐標及高程，計算該注漿點的注漿深度。

2.4.2 鉆孔、鋼管加工安裝和注漿

(1)鉆孔。非注漿段，采用Φ89錐形實心鉆頭，進行沖擊鉆進，既可以擠密土體，也可以提高施工效率，同時也可以防止注漿時水泥漿液大量進入這部分土體。注漿段，采用Φ89鉆頭，泥漿護壁鉆進，鉆進時嚴格控制鉆壓，保證鉆進速度均勻和鉆孔的垂直度。全孔不采用清水鉆進。鉆孔用泥漿采用專人負責。為防止鉆孔液大量流入塌體，鉆孔漏漿時應及時封堵。終孔位置：隧洞區域鉆至隧洞襯砌體外輪廓終止，隧洞兩側鉆至隧洞底板下1.5 m處終止。及時做好成孔記錄。

(2)鋼管加工和安裝。注漿管加工如圖4所示。注漿孔成孔后，才能安裝注漿管；安裝注漿管時，采用自由下落方式進行。

(3)注漿。注漿階段：第一階段是選擇小量的、分布合理的，進行大流量、快凝固的低壓注漿，注漿目的層是隧洞內的塌方體及隧洞頂板的巖土體，以封堵主要的泄漿通道，為第二階段高壓注漿創造條件。第二階段為高壓注漿，主要目的層是隧洞頂板的巖土體。通過兩個階段的注漿才能達到穩定塌體、保證隧洞施工的目的。

圖4 注漿管加工大樣圖

注漿工藝：采用多孔同時注漿，每次注漿數量不少于3個；注漿采用雙液注漿工藝；先注巖體比較破碎地帶，后注巖體比較完整地段；注漿用水泥漿液的水灰比為0.5∶1，其具體比例根據土體的實際情況和注漿壓力來確定；在注漿過程中，應根據實際情況及時調整水灰比，并且做好相關記錄；注漿結束標準：注漿孔段注入率不大于1 L/min，穩定時間為30 min，特殊情況另行處理；注漿量以注漿壓力來控制，注漿量過大時可采取其它措施。

注漿效果檢查：全部注漿完成7 d后，進行注漿效果檢查和評定，不合格者進行補孔注漿。對注漿過程中的各種施工記錄資料進行綜合分析，注漿壓力和注漿量是否合理，是否達到要求；通過壓水試驗，判斷注漿固結質量是否滿足要求。

(4)特殊情況處理。當每孔注漿量大于30 L/min，小于50 L/min時逐級調整水灰比灌注。當每孔注漿量大于50 L/min時，可越級灌注。當注漿量過大，每孔注入量水泥大于10 t時待凝4 h以上再掃孔復灌，直至達到灌漿結束標準為止。當地表冒漿時進行減壓控制。

3 結 論

注漿技術在各種工程中得到了十分廣泛的應

用，礦井、隧道、地鐵等工程開挖過程中，若是遭遇塌方等事故，可利用注漿加固和支護，保證工程的順利進行。在葉家河隧洞施工中，深孔注漿和支護技術的應用獲得了良好的施工效果。

[1] 朱鋒盼, 胡建華, 章立峰,等. 小導管注漿法在隧道塌方治理中的應用[J]. 中外公路, 2012, 32(4):248-250.

[2] 王義霞,陳彬,張雷.注漿與管棚加固在隧道坍塌段施工中的應用[J].現代礦業,2013,29(8):107-108.

[3] 王平.鑼鼓洞隧道涌水塌方處治技術研究[J].中國水運月刊,2015,15(5):205-208.

方 芳(1977-)，男，湖北天門人，高級工程師，主要從事工程監理方面工作。E-mail:727319120@qq.com。

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2096-0506(2017)03-0088-04