超前小導管注漿處理黃土隧道紅砂巖夾細砂層段的施工技術

（中鐵十七局集團第二工程有限公司，陜西西安 710000）

近年來，我國隧道施工技術突飛猛進，隧道工程在全國鐵路、公路等工程建設中占比例增大，截至2016年，我國投入運營和貫通的鐵路隧道共14 494座，約15 000 km。在全國鐵路、公路網(wǎng)延伸及完善階段，隧道建設在新建線路中處于主導地位，我國地質(zhì)地貌種類多，例如廣東省韶關地區(qū)的丹霞地貌、云貴地區(qū)的喀斯特地貌（巖溶地貌）、陜北地區(qū)的黃土地貌及新疆青海地區(qū)的雅丹地貌等，其對應的地質(zhì)情況復雜，隧道施工難度較大。

1 工程概況

蒙華鐵路為國家Ⅰ級新建重載鐵路，銀山1號隧道為該線上的一座單洞雙線隧道，位于陜西省延安市安塞區(qū)境內(nèi)，進口里程為DK262+107.69，出口里程DK263+537.26，隧道全長1 429.57 m，最大埋深79.22 m。本隧道區(qū)內(nèi)地形受地臺抬升及黃土高原水流向源侵蝕的影響，下切作用明顯，“V”字形沖溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，具有溝壑縱橫、支離破碎的特點，地形較為復雜，為典型的黃土高原侵蝕性梁峁溝谷地貌類型。

洞身行經(jīng)處圍巖多變，洞身DK262+508～DK262+563段，原設計地質(zhì)情況為砂巖，強風化，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，厚層至巨厚層狀交錯層理構(gòu)造，斜層理及交錯層理發(fā)育，成巖作用差，巖質(zhì)較軟，強風化砂巖巖體較完整但強度低，呈塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖級別為Ⅳ級，襯砌類型為Ⅳb型復合襯砌，施工工法為三臺階法，采用超前小導管的施工輔助措施?，F(xiàn)場DK262+508掌子面采用懸臂式掘進機開挖時，拱頂發(fā)生溜塌，拱頂約90°范圍為細砂層，紫紅色，潮濕，結(jié)構(gòu)松散，上臺階兩側(cè)拱腳地層仍為強風化紅砂，臺階拱部不同程度范圍內(nèi)呈現(xiàn)紅砂巖夾細砂層的地質(zhì)狀態(tài)直至DK262+563。

2 工程施工重難點及施工方案設計

2.1 工程施工重難點

2.1.1 圍巖地質(zhì)情況勘測分析

（1）經(jīng)現(xiàn)場測量勘測地表K262+519.4～DK262+569.2為橫向沖溝，且隧道此段埋深較淺。在隧道中線地表DK262+512、DK262+532（沖溝中心）、DK262+570處作鉆孔探測，分別顯示埋深47.5、51.3、46.8 m均為散裝細砂與強分化紅砂巖分界處，對應均處于隧道拱頂開挖輪廓線上下2.5 m范圍內(nèi)，初步推測隧道K262+508溜塌掌子面前方段相應長度范圍內(nèi)圍巖地質(zhì)狀態(tài)仍為紅砂巖夾細砂層，其在隧道方向由大里程向小里程方向發(fā)展，橫向沿沖溝方向由線路右側(cè)向左側(cè)發(fā)展，與隧道上臺階拱部交叉通過[1]。

2.1.2 拱頂溜塌原因分析

（1）隧道掌子面開挖后呈現(xiàn)細砂層，紫紅色，潮濕，結(jié)構(gòu)松散，無整體性，自穩(wěn)能力差，出現(xiàn)凌空面時易發(fā)生溜塌。

（2）原設計圍巖級別為Ⅳ級，復合式襯砌類型為非絕緣一般錨段Ⅳb，采用三臺階工法，懸臂式掘進機開挖施工，初期支護鋼架為H150格柵鋼架，間距1.0 m，3.5 m長超前小導管輔助措施，其整體支護強度低，隨著新循環(huán)的開挖，其承載力無法滿足圍巖支承要求。

2.1.3 施工重難點

（1）雖對前方地表沖溝段做了地質(zhì)鉆探，但前方圍巖情況、細砂層的具體分布位置及內(nèi)部有無空洞難以準確判定，施工存在再次溜塌的風險。

（2）隧道洞身上、中臺階采用懸臂式掘進機機械開挖，但仰拱爆破開挖（掘進機開挖仰拱施工困難、超挖嚴重）會對上部細砂層的穩(wěn)定造成較大影響，導致開挖施工困難。

（3）格柵鋼架支護強度低，須與混凝土并用，以發(fā)揮其支護作用，且不能立即發(fā)揮承載作用，使圍巖產(chǎn)生溜塌的概率增加。由于細砂層結(jié)構(gòu)松散，無整體性，無法自穩(wěn)，后續(xù)隨著掌子面的不斷開挖掘進，越來越多的細砂層將靠已完成段初期支護支承，初支的承載力能否滿足要求處于未知狀態(tài)，難以保障施工人員的安全。

2.2 施工方案設計

由于細砂層具有結(jié)構(gòu)松散、無整體性、自穩(wěn)能力差等特性，屬于軟弱圍巖，因此，此段初期支護施工須嚴格執(zhí)行軟弱圍巖施工方針（管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測），以此為出發(fā)點進行分析。

（1）DK262+508溜塌面采用15 cm厚噴射混凝土封閉，DK262+505～DK262+508段拱部150°范圍采用Φ42超前長導管注漿預支護，長導管長6 m，打設角度為45°，環(huán)向間距40 cm，縱向間距1.0 m施作一環(huán)。

（2）DK262+508～DK262+563段拱部150°范圍采用Φ42（t=3.5 mm）超前小導管注漿預支護，使用6、4 m小導管隔榀交錯打設，角度分別為45°和15°，環(huán)向間距40 cm；注漿漿液采用普通純水泥漿，水灰比為1∶1（現(xiàn)場試驗確定），注漿壓力按0.3～0.5 MPa。

（3）DK262+508～DK262+523段圍巖級別由Ⅳ級調(diào)整為Ⅴ級，襯砌類型由Ⅳb變更為Ⅴb（土）級，初期支護采用I20a型鋼鋼架，間距60 cm，采用三臺階法施工。

（4）施工過程中，地質(zhì)發(fā)生變化時，及時調(diào)整支護參數(shù)；加強洞內(nèi)監(jiān)控量測工作，加密布設此段監(jiān)控量測點（原設計5 m一環(huán)，現(xiàn)2 m一環(huán)），如若遇變形突變等現(xiàn)象立即采取應急措施。

3 施工處理

3.1 DK262+508掌子面溜塌面處理施工關鍵

（1）DK262+508溜塌面采用15 cm厚C25噴射混凝土封閉完成后，須待噴射混凝土終凝后再施作長導管。

（2）6.0 m長導管須為注漿鋼花管，其打設角度及環(huán)向間距須嚴格控制。

（3）采用C25噴射混凝土再次封閉掌子面時須將注漿管四周封閉嚴密，掌子面不得有未封閉點，且封閉混凝土厚度必須達到15 cm以上，確保注漿過程中或注漿后水泥漿不外漏。同時，長導管外露部分在二次封閉過程中必須堵塞密實。

（4）全部注漿長導管需提前焊接絲扣，注漿過程中及時安裝注漿閥門及排氣閥門，保證注漿連續(xù)不間斷。按照設計方案確定參數(shù)拌制水泥漿液，嚴格控制其注漿壓力，注漿過程中嚴格控制注漿壓力，測定注漿流量統(tǒng)計注漿量[2]。

（5）注漿作業(yè)連續(xù)施作完畢后，需待水泥漿液徹底凝固后，再進行掌子面開挖掘進作業(yè)。

3.2 細砂層段施工

3.2.1 施工關鍵

（1）新循環(huán)上臺階開挖前，須待超前小導管注漿漿液終凝后進行，普通硅酸鹽純水泥漿經(jīng)現(xiàn)場試驗確定終凝時間一般在4.5～5.0 h，超前注漿完畢須等待5 h再進行新循環(huán)開挖。

（2）嚴格按鋼架設計間距（60 cm）控制開挖進尺，拱腳嚴禁超挖。

（3）I20a型鋼鋼架腹板處超前定位孔需采用沖孔機沖孔，鋼架拱腳用高強塑料墊塊支墊，鋼架緊貼站字面支立；超前小導管嚴格控制打設角度，鎖腳錨管采用已注滿水泥漿液的錨管直接打設，并使用“L”形鋼筋有效焊接。

（4）C25噴射混凝土施作前堵塞小導管管口，噴射混凝土施作過程應嚴密封死掌子面。

（5）由于此段施工循環(huán)進尺小，為了縮短循環(huán)作業(yè)時間，需搭接作業(yè)，即上臺階開挖完畢，立即支立鋼架，中下臺階單側(cè)開挖。在上中下臺階每完成4個作業(yè)循環(huán)（2.4 m）后，立即完成仰拱開挖閉合作業(yè)，做到仰拱初支早閉合[3]。

3.2.2 監(jiān)控量測

此紅砂巖夾細砂層段，每2 m布設一個監(jiān)控量測斷面，上臺階拱頂一個沉降監(jiān)控量測點和一對收斂監(jiān)控量測點，中臺階邊墻一對收斂監(jiān)控量測點。

測量班監(jiān)控量測小組每天測設兩次，期間測設斷面沉降及收斂未發(fā)現(xiàn)超限情況，待此段沉降收斂趨于穩(wěn)定后，區(qū)間各斷面累計沉降收斂值在規(guī)定范圍內(nèi)。DK255+508（Ⅴ）GD01（拱頂）沉降累計值為57 mm；DK255+520（Ⅴ）SL01（收斂）收斂累計值為45 mm。

4 結(jié)論

通過上述施工設計方案，銀山1號隧道成功處理了DK262+508掌子面溜塌事故，避免了后續(xù)施工再次出現(xiàn)溜塌，安全、優(yōu)質(zhì)、快速通過了紅砂巖夾細砂層段。

超前小導管加長、加密、加大打設角度，注入普通純水泥漿的方法可較好地加固溜塌區(qū)域，提高圍巖的自穩(wěn)性能，解決細砂層在開挖支護時易溜塌的問題，提高、縮短后續(xù)的施工安全和施工工期。

現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)細砂層結(jié)構(gòu)松散，若其顆粒間處于連續(xù)不間斷的正常結(jié)構(gòu)狀態(tài)，砂層內(nèi)部無空洞，注漿作業(yè)可使施工整體更穩(wěn)定。本次施工中，加長、加密的超前小導管在施工過程中起到了決定性作用，開挖進尺小，嚴格按照設計方案進行施工，保證了超前小導管的充分受力又不超過其自身承載力[4]。

5 結(jié)語

綜上所述，采用超前小導管注漿為核心的設計方案處理銀山1號隧道紅砂巖夾細砂層段，實踐證明可使施工更穩(wěn)定，可為今后類似特點的隧道施工提供參考。