溶塌角礫巖淺埋地段施工技術

袁 斌

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司，天津 301700）

貴州地區喀斯特地形地質條件復雜多變，存在突水、突泥、塌方、大面積溶洞等地質風險。長石板隧洞位于貴州畢節大方縣，該地區屬于西南地區獨有的喀斯特溶塌性角礫巖，施工過程中掌子面失穩、掉塊、塌方、涌泥、軟巖大變形等現象較易發生。

1 工程背景

長石板隧洞總長15.412 km，斷面為圓形，無壓流。隧洞4#支洞下游樁號8+140～8+220段為果木洼地淺埋洞段，地表處為小河溝及水田，埋深40～43 m，揭示地層巖性為三疊系下統永寧鎮組第四段，隧洞底板向上0.5～1 m為黑色全風化泥質白云巖，呈黏土狀，具有隔水性質，其上部、下部為溶塌角礫巖，成分為黏土夾塊、孤石，無產狀及裂隙，透水性強。溶塌角礫巖由于地下水作用，強度急劇下降，使洞頂及掌子面圍巖具有蠕變～流變性質，穩定性較差。隧洞開挖過程中，存在泥狀流動現象、鋼支撐變形情況，樁號8+140位置處含水量大，掌子面頂部圍巖呈泥夾石狀擠出。

掌子面滑塌如圖1所示。

圖1 掌子面滑塌

2 總體處置方案

（1）在隧洞地表沿中線兩側20 m修筑土圍堰，安裝水泵，每天定時抽水，將洞頂水排干，保證隧洞上方無水。（2）在滑塌的溜散體表面噴C20混凝土10 cm，再對溜散體進行固結灌漿，保證掌子面處于穩定狀態，為后續止漿墻施工提供穩定的開挖面。（3）在K8+130樁號設置C20混凝土止漿墻，墻厚3 m。達到設計強度后，應實施超前周邊固結灌漿。注漿加固范圍為開挖輪廓線外5 m，長度為30 m，第一個循環作為試驗段，作為后續施工參考依據。（4）完成超前固結灌漿后，再落實Ф108大管棚超前支護方案（花管注漿），長度30 m，環向間距40 cm，共計27孔。（5）注漿效果檢查符合要求后，破除止漿墻，按臺階法開挖掌子面。

3 施工方法

3.1 施工順序

溜散體預處理→止漿墻施工→超前固結灌漿→大管棚施工→止漿墻拆除→隧洞開挖支護施工。

3.2 溜散體處理

（1）根據掌子面泥漿擠出情況，采用塊石進行反壓回填，保證溜散體穩定。（2）溜散體穩定后對表面噴C20混凝土進行封閉覆蓋。（3）溜散體應采用Φ42 mm×4 mm×4.5 m的無縫鋼管、1.5 m×1.5 m梅花形固結進行灌漿處理，對既有開挖洞徑內松散體進行注漿加固。（4）溜散體加固注漿應采用1∶1水泥單液漿，注漿壓力為0.3 MPa。

3.3 止漿墻施工

（1）為了防止溜散體再次擠出，止漿墻分節段施工，節段施工間應設置連接鋼筋，保證結構穩定。（2）止漿墻與初支面的連接部分，預埋兩道止水帶，防止縫隙出水、漏漿。（3）進行止漿墻施工時，在初支面的連接部預埋Ф25錨桿，長度3 m，入巖2.5 m，每排14根，共計2排，加固防止止漿墻在較大注漿壓力下被擠出。

3.4 超前固結灌漿

（1）注漿設計參數。

長石板隧洞果木洼地具有特有的溶塌性角礫巖層，應采用后退式注漿，共計4個循環，每循環30 m，搭接5 m，漿液擴散半徑2 m，注漿范圍為開挖線外5 m，注漿壓力控制在2～4 MPa，共計35孔。

（2）注漿材料。

注漿材料采用水泥單漿液，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。

（3）注漿順序。

注漿順序按“由外到內、間隔跳孔”的方式進行，以達到控域注漿，擠密加固的目的。

二是加強先進技術引進，促進科技成果推廣應用。依托水利部“948”計劃、科技推廣計劃和國家農業科技成果轉化資金計劃，引進“復頻超聲波除藻技術”等60余項先進技術和設備，推廣轉化高效節水灌溉技術等百余項先進實用科技成果。編輯發布《水利科技成果公報》和《水利先進實用技術重點推廣指導目錄》。

（4）施工工藝。

①確定鉆進外插角后，采用Ф160 mm鉆頭低速鉆進至1.2 m，再安設孔口管。②孔口管采用Ф150 mm，6 mm無縫鋼管進行加工，管長1.2 m。為了保證孔口管安裝牢固，在外壁纏繞70～90 cm的麻絲，并將鉆機和人工錘擊配合使用的方法，安設設計深度，使用錨固劑填塞孔口處的縫隙，以保證孔口管安設牢固不漏漿。③孔口管安設完畢后，開始進行鉆孔施工，鉆孔采用重探XY-2鉆機，鉆孔采用套管跟進的方式進行護孔作業，套管與鉆孔同時鉆進，在鉆設過程中根據鉆孔進度頂進套管。④采用金剛石合金鉆頭，通過孔口管將止漿墻鉆穿，因8+133～140段既有變形鋼支撐間距較多，鋼拱架應采用重探XY-2鉆機按照取芯鉆孔模式（高轉速）進行磨穿，待鉆穿鋼支撐后退出鉆桿，徹底清理鋼渣等碎塊，接長鉆桿和套管繼續鉆設至設計深度。⑤鉆孔經檢查符合設計要求后，開始安裝注漿管，注漿管安裝完成后固定孔口位置，開始后續注漿施工，注漿采用純壓式注漿，觀察預埋的出水管，以預留水泥漿液為準，關閉閥門。

（5）注漿結束標準。

單孔注漿結束標準。注漿以漿液注入率、注入壓力雙重指標進行控制，注漿壓力達到設計壓力后，待注入速率小于1 L/min時，穩壓10 min后，方可結束該孔注漿。全段注漿結束，所有注漿孔均達到單孔注漿結束標準即為注漿結束標準。

（6）效果檢查。

注漿效果影響了后續開挖施工方案，對注漿過程中出現的薄弱部位應進行鉆孔檢查。

3.5 大管棚施工方案

長石板隧洞果木洼地為富水溶塌性角礫巖層，圍巖富水泥化嚴重，常規大管棚施工方案無法進行施工，根據地質情況，采用偏心鉆具擴孔地質鋼套管跟進長管棚施工。

（1）管棚參數設計。

根據果木洼地圍巖情況，采用Ф108×6 mm無縫鋼管搭建管棚，環向間距40 cm，拱頂180°，總計27孔，管棚長度為30 m，外插角3°～5°，鋼套管分節長度為2～4 m。采用連接套管內車絲扣方式連接管棚，止漿墻內3 m管棚為實管，其他段為花管，出漿孔直徑為15 mm，呈梅花形布置，間距為15 cm×15 cm。

（2）管棚施工工藝。

①測量放線，在止漿墻上放出每個孔的位置。②根據鉆機需求，搭設工作支架平臺，按照設定的角度，采用鉆機鉆孔，剛套管同步跟進，在安裝Ф108大管棚，拔出剛套管。③為了保證管棚周邊圍巖在灌漿后形成一個整體，管棚應一次性全部鉆設安裝完畢，灌漿采用間隔跳孔的方法進行灌漿。

（3）灌漿方法。

采用純壓式灌漿方法進行灌漿，大管棚為隧頂超前支護，以管棚為骨架，結合注漿形成膠結體形成天幕結構。

①根據具體情況，將灌漿孔口壓力控制在0.5～1 MPa為宜。②采用1∶1和0.5∶1兩級水灰比，過程中根據漿液變換要求，及時進行調整；注漿應分層分次進行，鉆機鉆不同孔位需要搭設不同高度的支架，應先對下層孔位進行間隔注漿，由低向高完成拱頂處注漿；注漿前應將管棚與止漿墻空隙使用水泥砂漿封堵，避免漏漿。③大管棚末端焊接止漿閥，注漿壓力設定為0.5～1 MPa，壓力達到1 MPa以上后保持10 min，結束注漿。根據經驗注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應繼續注漿，直至符合注漿結束標準，確保管棚周圍巖體與縫隙均為漿液充填。

3.6 止漿墻拆除

為了防止爆破方式擾動前方已固結的圍巖，應采用靜態爆破和機械鑿除相結合的方式進行。先使用鉆機在上半斷面沿預留線，按照間距20 cm進行取芯，中部止漿墻采用打孔安設膨脹劑的方式分層破除，局部未裂開的部位采用挖機帶炮錘進行鑿除。上半斷面止漿墻破除后，開始進行上臺階開挖支護，根據圍巖情況掘進5～10 m時，開始進行止漿墻下半斷面破除。

4 施工效果分析

（1）鉆孔取芯。

超前固結灌漿和大管棚施工結束后，利用地質鉆機鉆取芯樣，進行檢查。結果表明芯樣成型度高、漿脈清晰、分布均勻、漿液填充效果好，初步判斷灌漿效果良好。

（2）開挖揭露法。

破除止漿墻后，掌子面前方滑塌空腔均已被漿液填充密實，掌子面的漿液擴散效果較好，掌子面無滲水，整體穩定，未出現掉塊、坍塌現象。開挖效果表明，超前灌漿結合大管棚圍巖加固技術在拱頂范圍形成了膠結體，提高了圍巖強度，對前方松散圍巖具有較好的固結作用。

5 結語

長石板隧洞穿越果木洼地溶塌角礫巖地段，采用超前固結灌漿和超前大管棚施工技術，利用跟管法解決了鉆孔過程中塌孔問題，選擇合理的注漿材料和壓力，保證灌漿效果，超前大管棚施工減少了拱頂上部圍巖壓力。掌子面圍巖在灌漿加固后，可有效控制沉降和收斂情況，增加了圍巖穩定性，保證了后續施工安全。