隧道工程塌方施工技術探討

孫芝云

摘 要：隨著城市化進程不斷推進，隧道工程越來越發揮著經濟建設的命脈作用。然而在隧道開挖掘進過程中常會出現突泥、涌水和塌方等突發事件，嚴重影響了施工人員和設備的作業安全，也給項目施工進度和投資造成較大的負面影響。本文以有代表性的蓮花山1號隧道進口端右洞K189+730.8處塌方處理為例，介紹自進式中空注漿管棚法處理隧道塌方的施工技術，為后續隧道施工過程中出現塌方處理提供借鑒和參考。

關鍵詞：隧道工程；塌方處理；施工技術

中圖分類號：U457.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0188-02

1 引 言

近年來山區高速公路建設得到了突飛猛進的發展，為保護生態環境，減少建設用地，作為一種有效的施工方式，隧道工程是山區高速公路的重要組成部分，但受不可預見的水文、地質構造和其它因素影響，絕大部分的隧道突泥和塌方事件都是因為突發性涌水和巖變所致，且塌方體呈流塑狀。對于這種情況，需要采用合適的施工技術進行處理，從而保證施工的順利進行。

2 工程概況

潮惠高速公路蓮花山1號特長隧道位于汕尾市海豐縣境內，呈東西走向橫穿蓮花山，ZK187+590-ZK192+780（全長5190m），右線K187+590-K192+815（全長5225m），設計速度100km/h，建筑界限凈寬14.75m，最大埋深828m，最小埋深僅12m。

3 水文地質構造情況

隧道地處北回歸線以南，水文地質復雜，屬南亞熱帶季風氣候，為南沿海臺風區，處于赤道低氣壓帶和副熱帶高氣壓帶之間，氣候溫和濕潤，雨量充沛，沖溝密布。年平均降雨量1350.9～2143.8mm。隧址區匯面積較大，地表水發育，形成狹窄溝谷內的溪流16條，溝面寬度約0.8～6.7m。暴雨時地表水最大總徑流量為Qh=214949.3m3。隧址區第四系覆蓋層主要為坡積成因粉質黏土、碎石、塊石及殘積成因砂質黏性土，地下水主要靠大氣降水補給、下滲至基巖中的裂隙水和構造裂隙水，花崗巖、熔結凝灰巖及砂巖節理裂隙發育，淺部強風化巖風化裂隙發育，據年降水量推測左線合計涌水量為7528m3/d，右線為7453m3/d。

4 塌方處理措施

4.1 地質預報

為徹底探明掌子面前方地質和塌腔具體情況，合理確定優化處理方案及參數，再次采用對軟弱圍巖夾層、空洞較為敏感的地質雷達預報方式，對掌子面前方0～30m范進行了精確預報，并在上臺階掌子面左、右側分別完成了50m和70m的超前地質鉆孔。兩種預報方式均揭示在掌子面前方50m范圍內（K189+730-K189+780段）圍巖受斷層構造影響，風化差異明顯，交錯存在著強、中、全風化溶結凝灰巖，其中掌子面前方12m（K189+730-K189+742段）范圍左側相對完整性稍好，右側較為破碎，層間明顯夾泥。K189+742前方左側拱部整體較好，右側拱部圍巖變好，弱含水。反射波形顯示塌腔體位于掌子面右上、前方，形態不規則，縱向長度為7m、最高約5m、寬度約7.0m。

4.2 方案選擇與優化

鑒于塌方體含有較多的角礫巖碎塊和全風化夾層泥，具有一定的泥化流變性，常規的鋼插管處理法在過程中因打設長度有限，難以打入前方硬質巖，無法承受上方土壓力，超前注漿小導管處理法在鉆孔過程中常會存在塌孔、卡鉆或裝管難度大等問題。自進式中空注漿管有自帶式鉆頭、鉆桿（兼錨桿）、連接套三個重要部件構成。鉆頭材質為耐磨合金鋼，并預留有出風孔（注漿孔），直接采用抗彎拉和抗扭性能較強的無縫鋼管制造的中空注漿錨桿代替鉆桿，鉆桿預留注漿孔，且外表面成螺紋狀，可加強注漿體與周邊土體固結性能，具有一次成孔、直接注漿固結的優點。經多方討論比選，最終確定采用自進式中空注漿管棚法進行該塌方段處理。

為足以承受上部土體的豎向荷載，采用外徑為89mm、壁厚為10mm無縫鋼管作為鉆桿兼作中空錨桿，并沿縱向30cm間距在四個方向留設注漿孔，一次埋入式合金鉆頭連接在首根鉆桿前端部。根據探明地質和塌腔體具體情況，在拱頂左側沿環向40cm間距，打設21根長度為24m的自進式中空注漿管，在拱頂右側沿環向30cm間距打設37根長度為30m的自進式中空注漿管，錨桿棚外角設置為8～10°，靠拱頂部位取大值，拱腰部位取小值。在完成塌方段初期支護施工，并經監控量測穩定后，再通過預留泵管，在塌腔內壓注充填厚度不小于3.5m的C20混凝土護拱。在完成自進式錨桿棚施工后，利用反壓回填形成臺階，采用三臺階留核心的方式，執行S-Va級支護參數（具體參數：縱向間距為I22b工字鋼+28cm厚C25噴射混凝土+直徑為025、長度為400cm、間距為100×50cm的徑向錨桿+雙層20×20cm鋼筋網片）逐環開挖支護、穩步推進。

4.3 重要控制環節

（1）臨時措施。為防止初期支護受損掉塊，確保處理過程作業安全，在處理施工前需采用縱向間距為50cm的I14工字鋼+15cm厚的C25噴射混凝土+1.0×1.0m徑向錨桿，對掌子面后方30m（K189+700-K189+730段）米的范圍內初期支護進行加固補強。同時采用洞碴對塌方掌子面后方30m范圍進行反壓回填，形成兩臺階工作平臺，并采用15cm厚C25噴射混凝土和直徑為50mm、長度為4.0m、間距為1.0m×1.0m注漿小導管對上臺階的塌方體和反壓洞碴進行封閉加固處理。另外為便于后續充填拱頂塌腔，在封閉前需上臺階拱頂處預留一條0110泵管，泵管上口應盡可能的伸至塌腔頂部，并在出水相對集中位置留設010cm出水管。

（2）鉆進。在鉆機就位前在掌子面上詳細測放出各錨桿位置，類似于洞口的長管棚施工，進行必要的編號，采用QZ-165形大功率潛孔鉆機鉆進，鉆機就位時應控制好外插角度，鉆頭直徑應比鉆桿直徑大于2.0cm以上，并不得小于鉆桿連接套外徑，鉆進速度不宜過快。因相鄰管間距較近，為防止鉆進過程中漏風，應跳孔施工，沿兩側向拱頂先單號孔后雙號孔，為防止注漿過程中竄漿，在完成鉆孔后，及時采用藥卷對錨桿體與止漿墻之間的間隙進行封閉處理，封孔段長度應為15cm（噴射混凝土封閉層厚度），鉆桿宜外露20cm，并在管端部焊接帶止漿閥門的注漿管。

（3）注漿。待錨桿周邊封閉材料硬化后，及時進行注漿，注漿材料選用水灰比為1：1的水泥凈漿，水泥采用P.042.5硅酸鹽水泥，注漿壓力控制在0.5～1.5MPa，如在注漿過程中出現水泥漿流失或其它漏漿問題，應水泥漿中加入適量水玻璃液，同時還需間歇反復補充注漿，使水泥漿能盡可能充盈錨桿周邊土體間隙，形成整體的承載體系，當注漿壓力達到1.5MPa，并穩壓5～8min后，關閉止漿閥門，移除注漿管。

（4）塌腔充填。在完成塌方段自進式中空注漿管棚、初期支護和仰拱及填充施工后，為防止塌腔體頂部巖塊繼續掉落，威脅后續施工和營運安全。經監控量測拱頂沉降和周邊收斂穩定后，在二襯施工前需通過掌子面封閉時預留的0110mm泵送管，分5次（每次厚約70cm）向塌腔內壓注，每次間隔時間應超過混凝土的終凝時間。在完成護拱混凝土壓注后，如原預留的010mm也仍有少量清水流出，應采用軟質盲管引排至拱腳處的排水暗溝。

5 結 語

隧道塌方是隧道工程在施工中遇到的一種嚴重的施工災害，為了能夠有效的防止塌方事故的產生，很多專家學者針對塌方的處理進行歸納和總結，提出合適的處理方法。例如在隧道工程開挖掘進過程中遭遇的突泥、塌方等突發情況，常規的處理方式耗時費力，采用自進式中空注漿管棚處理方案，具有便捷高效和可操作性強等優點，對類似的隧道工程塌方處理有較強參考價值。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-21