大管棚劈裂注漿整治隧道滑塌的應用研究

郭 正 偉

(中鐵建南方建設投資有限公司,廣東 深圳 518131)

1 概述

本隧道為凈高7.1 m，凈寬11.1 m的雙洞公路隧道。北洞口段覆蓋層厚僅5 m～13 m，其地質為亞黏土、中細砂和砂礫土互層的坡積土，結構松散，自穩能力差，且位于滑坡和斷層地段。進洞采用雙層超前錨桿支護，配合上半斷面雙眼鏡法(雙側壁導坑中間環形掏槽)施工。正洞按設計施工到48 m處，發生通天大塌方，從39 m至48 m處被塌方封死。山體失穩滑塌，拱圈擠裂并下沉，洞口又被滑塌體封死，施工被迫停工。

2 整治方案比選

根據洞內塌方和洞外山體滑塌情況，組織有關專家分析原因，擬定了三個整治方案：

方案一：洞口段隧道周邊山體采取豎向注漿加固后，采用超前錨桿開挖抽換整治。

方案二：洞口增加直徑1.5 m～1.8 m的鋼筋混凝土抗滑樁5根后，采用超前小管棚注漿，開挖抽換整治。

方案三：洞口范圍增加直徑150 mm鋼管注漿抗滑樁后(4×9根)，采用超前大管棚(直徑125 mm)劈裂注漿加固，開挖抽換整治。

經過充分分析論證后認為：方案一標本兼治，但處理費用昂貴；方案二施工不安全，時間長，且小管棚注漿費用高；方案三進度快，管棚長度可達20 m～60 m，穩固可靠，減少超前支護施作次數，剛度較高，受力均勻，支護可靠且費用低。可見，方案三比方案一、方案二有明顯優勢，決定應用超前大管棚劈裂注漿支護技術進行整治。

3 超前大管棚劈裂注漿支護技術

大管棚超前支護處治滑塌的參數因地質、塌方原因、要求處治效果、機械選用、施工工藝水平而異，沒有成熟經驗可供借鑒。本工程重點圍繞大管棚受力特征，施鉆機具，施工工藝、洞口地質情況、處治要求進行試驗和選定管棚的長度、管棚直徑及材質、管棚施作間距、管棚搭接長度等技術參數。

3.1 管棚荷載及受力特征

管棚上的荷載因地質狀況、埋深、長度、施工工藝等因素而異，其荷載分布大小比較復雜，據國外資料介紹，管棚土壓力的實測值為理論計算值的25%～33%。根據管棚中設置的應力測點，測得管棚荷載為理論計算值的36%～47%，在開挖施工中，拱頂部位管棚最大應力在初期支護未封閉段的中間部位。開挖面前方2 m～3 m處的應力最小。

3.2 管棚長度

左右隧道需處治長度約51 m，設計管棚總長51 m，選用可鉆60 m的鉆機。但考慮到圍巖松散、易坍塌、卡鉆或堵管以及管棚受力特征、外插角施作控制等因素，決定分3次循環，每循環管棚長21 m，采用9 m+6 m+6 m絲扣接管2次，管棚搭接長度2.5 m，選用直徑125 mm、壁厚4.5 mm～5.0 mm的Ⅰ級鋼焊接管。

3.3 管棚間距

管棚間距因管棚承受的荷載、施工精度、塌體孔隙率、注漿擴散半徑而異；最終確定鋼管間距為50 cm，沿隧道拱腰上內輪廓線外130 cm環形設置。

3.4 管棚施作與注漿

大管棚施工一般有套管插入式和直接打入式兩種施鉆工藝，套管插入式是先用鉆機將鋼管打到預定深度后退出螺旋鉆桿，將管棚鋼管插入套管中(兼注漿管)，然后拔出套管，再向管棚內注漿。直接打入式用鉆機采用套管螺旋鉆桿，直接將管棚鋼管鉆到預定位置后，退出螺旋鉆桿，然后注漿。直接打入省去了插套管和拔套管的工序，進度快，故選定直接打入施鉆工藝。第一次注漿是利用大管棚，管壁鉆花孔，間距0.4 m～0.8 m，管頭封堵，低壓注水泥砂漿；第二次劈裂注漿則采用直徑20 mm花管高壓低速雙液注漿。注漿參數見表1。

表1 注漿參數表

4 劈裂注漿工藝及質量控制

隧道洞內塌體1 100 m3，洞口滑塌體5 400 m3，經試驗塌體空隙率達0.15～0.35。如全部采用水泥、水玻璃填充注漿，費用昂貴。經過比選，采用劈裂注漿，大大節省了整治費用。

雙液注漿，采用電動雙液注漿機(KBY-70型)注漿，在水泥砂漿注漿結束40 min～50 min后開始，雙液漿水灰比為1∶1～0.9∶1，水泥漿與水玻璃體積比為1∶1，水泥為425號或525號，水玻璃濃度35°Be′，模數2.65，注漿終壓1.2 MPa～1.5 MPa。采取高壓低流速注漿，達到終壓即應停止注漿。

5 結論與展望

隧道滑塌處治長度48 m，施作46根直徑125 mm長管棚總長2 346 m，注漿固結，開挖掘進錨噴支護等共施工了兩個半月，與山體注漿固結方案和小管棚注漿方案相比，經測算工期縮短25 d，處治費用可節約110萬元。從開挖掘進檢驗注漿效果良好，經過這次工程實踐，得到以下結論：

1)大管棚技術在軟弱、松散、破碎圍巖和大塌方處治中明顯優于小管棚，本隧道施作的大管棚長度僅為21 m并取得成功。能否向更深長方向發展，在鉆機的研制、選型，尤其施鉆精度(縱向水平方向控制)、操作人員操作水平、施工中檢測、控制手段、糾偏措施需進一步探討。

2)劈裂注漿處理圍巖松散破碎的隧道大型塌方，具有費用低效果好的優勢，但目前用此法處治的事例不多，施工中還缺乏詳盡的檢測記錄，尤其是最佳注漿參數選定、施作工藝控制尚待進一步研究。