隧道仰拱“關(guān)門”塌方施工處理措施

張家龍 肖平

（中交一公局海威工程建設(shè)有限公司，北京 101119）

1 工程概況

桃園隧道位于云南境內(nèi)，鐵路雙線隧道，設(shè)計(jì)12‰的單面上坡，全隧皆位于半徑R=3504.53m 的右偏曲線上。隧道進(jìn)口里程D2K20+179,出口里程D2K21+180，全長(zhǎng)1001m，隧道最大埋深106m，掘進(jìn)方向由大里程向小里程單端掘進(jìn)。（1）地層巖性：桃園隧道屬構(gòu)造剝蝕底中山地貌，地形起伏較大。隧區(qū)內(nèi)多被第四系土層覆蓋，斜坡地帶地表多為松樹林或灌木叢，植被較發(fā)育，地標(biāo)高程1800～1988m, 相對(duì)高差50～180m；自然坡度15～35°不等，局部形成陡坡。（2）地質(zhì)構(gòu)造：設(shè)計(jì)資料顯示：桃園隧道D2K20+324～D2K20+370 段穿越砂巖夾泥巖：紫紅，紅褐、黃灰、淺灰、灰白色，砂巖為中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)；泥巖為泥質(zhì)、粉沙質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)軟，該段隧道埋深約53m。在施工過程中，受地質(zhì)災(zāi)害影響，D2K20+350～+332 段發(fā)生了仰拱“關(guān)門”塌方，見圖1。

圖1 塌體縱斷面示意圖

2 總體施工步驟

（1）對(duì)塌落坡體進(jìn)行臨時(shí)加固。其中包括洞渣反壓回填、砂袋碼砌封閉塌方體坡面、反壓平臺(tái)上上設(shè)置傘狀支撐、塌方體坡面施作水平小導(dǎo)管注漿；在D2K20+355 處反壓平臺(tái)上施作封堵墻兼管棚施工導(dǎo)向墻。（2）D2K20+352～D2K20+370 段拱墻徑向注漿。（3）待封堵墻以外徑向注漿完成后，拆除臨時(shí)支撐。施作管棚并注漿，再向塌體注漿。（4）塌方體開挖與支護(hù)；（5）對(duì)塌方體拱圈外3～5m 以及上臺(tái)階進(jìn)行注漿；（6）探空腔，視情況泵送混凝土或砂漿填充空腔；同步驟（4）、（5）、（6）循環(huán)，D2K20+352～D2K20+370、D2K20+352～D2K20+324 段二次襯砌按變更設(shè)計(jì)圖施作。

3 施工流程圖

見圖2。

圖2 塌體處理流程圖

4 施工處理措施

4.1 臨時(shí)加固

4.1.1 洞渣反壓回填形成上臺(tái)階作業(yè)平臺(tái)，回填高度仰拱填充面以上約4.0m，回填長(zhǎng)度約15m。

4.1.2 砂袋碼砌封閉塌方體坡面，碼砌厚度不小于2.0m。

4.1.3 D2K20+352～D2K20+370 段根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況設(shè)置傘狀臨時(shí)支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)采用φ300mm 鋼管（壁厚15mm）或者20b 型鋼，支撐基礎(chǔ)設(shè)置鋼墊板（長(zhǎng)40m，寬40mm，厚16mm），支撐與初支間采用焊接或者設(shè)置木契墊塊，保證支撐于初支連接緊密。

4.1.4 水平方向加固，在塌體坡面施作6m 長(zhǎng)φ42 小導(dǎo)管進(jìn)行水平注漿加固，間距1.0m×1.0m，注1:1（水灰比）水泥漿液，注漿壓力為0.3-0.5Mpa，施工時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿壓力及漿液配合比以優(yōu)化施工。以保證坍方體坡面穩(wěn)定。

4.1.5 D2K20+355 施作C20 砼封堵墻兼作管棚導(dǎo)向墻，墻厚2.0m，封堵墻與周邊圍巖采用φ22 砂漿錨桿連接，環(huán)向間距1.0m，嵌入基巖不小于1.5m，嵌入封堵墻1.0m；封堵墻基礎(chǔ)采用φ75 鋼花管并注漿，鋼花管環(huán)向間距1.0m，嵌入回填體不小于3.5m，嵌入封堵墻1.0m，封堵墻與坍方體破面空間拋填砂袋。

4.2 D2K20+352～D2K20+370 段徑向注漿加固

4.2.1 注漿鋼花管的制作：按設(shè)計(jì)制作長(zhǎng)5.0m，φ42mm，壁厚3.5mm 的熱軋無縫鋼管，管壁上每隔15～20cm 梅花型鉆眼，眼孔直徑為6～8mm。

4.2.2 測(cè)孔定位：D2K20+350-D2K20+370 拱墻，間距1.0m×0.8m（環(huán)×縱）測(cè)量定位孔位后使用紅色噴漆標(biāo)記孔位中心。坍方體坡面1.0m×1.0m 測(cè)量定位孔位后使用紅色噴漆標(biāo)記孔位中心。

4.2.3 搭設(shè)平臺(tái)及鉆孔：利用既有施工臺(tái)架，作為鉆孔及注漿平臺(tái)。利用施工平臺(tái)及臺(tái)架按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔。

4.2.4 小導(dǎo)管安裝：將小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，外露20cm 以便注漿。小導(dǎo)管安裝時(shí)根據(jù)實(shí)際工況安裝止?jié){塞或堵塞孔洞口周圍，防止?jié){液外流。

4.2.5 注漿：注漿前先噴射混凝土形成封閉層，形成止?jié){盤。注漿順序由下至上進(jìn)行。注漿壓力0.3～0.5MPa，水灰比：1:1。

4.3 D2K20+360～D2K20+370 段二襯施工

D2K20+360～D2K20+370 段徑向注漿完成后，立即對(duì)D2K20+360～D2K20+370 段進(jìn)行斷面凈空量測(cè)，根據(jù)量測(cè)情況施作二襯，二襯采用Ⅴa 型復(fù)合式襯砌。

4.4 D2K20+352 ～D2K20+324 段塌方體處理方案

塌方處理總體施工步驟：封堵墻施工→超前注漿施工→注漿效果檢測(cè)→超前管棚施工→塌方體開挖→二次襯砌施工。

4.4.1 封堵墻施工。在隧道D2K20+355 處上臺(tái)階設(shè)置封堵墻，封堵墻采用C20 混凝土澆筑成形，厚度為2m，設(shè)置高度為仰拱填充面以上約4m，封堵墻基底采用Φ75 的鋼花管，長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距1.0m，嵌入封堵墻1.0m，嵌入堆積體3.5m，然后注漿進(jìn)行地基渣體加固處理。封堵墻拱部采用Φ22 砂漿錨桿，長(zhǎng)2.5m，環(huán)向間距1.0m，嵌入封堵墻1.0m，嵌入基巖1.5m。止?jié){墻與坍方體坡面空間拋填砂袋。封堵墻拆除后，D2K20+353～D2K20+355 段原初支內(nèi)側(cè)利用I22b工字鋼拱架、噴射混凝土作為臨時(shí)支撐，拱架間距為50cm。

4.4.2 塌方體拱頂注漿施工。A 孔間距:2.5m; B 孔間距:1.82m;C 孔間距:跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整; D 孔間距:1.46m,見圖3-4。

圖3 布孔示意圖

4.4.2.1 鉆機(jī)操作平臺(tái)及止?jié){墻。在DK20+355-353 段施做止?jié){墻，止?jié){墻采用C30 混凝土澆筑，厚2m，周邊采用2 排環(huán)向間距1.5m，排距1.0 m，長(zhǎng)2m 的Φ25mm 砂漿錨桿，嵌入圍巖1m。止?jié){墻后方預(yù)留10m 長(zhǎng)的作業(yè)平臺(tái)。將止?jié){墻后方10m 范圍內(nèi)整平壓實(shí)，之后澆筑30cm 厚C20 砼做為鉆機(jī)施做平臺(tái)，便于鉆機(jī)移動(dòng)定位，提高工效。

4.4.2.2 注漿加固范圍。注漿加固段落為D2K20+355-325段，縱向注漿加固長(zhǎng)度30m。超前注漿加固范圍為拱部開挖輪廓線外5m，擴(kuò)散半徑為3m。共設(shè)2 個(gè)終孔斷面，總共設(shè)計(jì)25 個(gè)孔。

圖4 布孔縱向示意圖

4.4.2.3 注漿施工順序。1 先進(jìn)行D 序孔施工，漿液類型為水泥水玻璃雙液漿，采取鉆桿后退式注漿施工工藝。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采取量控。按照45%孔隙率計(jì)算注漿量，每鉆孔延米注漿量約3m3。先施工D 序孔是為了首先形成一層漿液封堵層，避免注漿施工過程中漿液擴(kuò)散下滲到后失蹤人員處。2 進(jìn)行大角度鉆孔，若探測(cè)到空腔，直接灌注砼。之后進(jìn)行B序孔尾端注漿施工，B 序孔尾端3～5m 采取后退式注漿壓注水泥水玻璃雙液漿，剩余區(qū)段采取前進(jìn)式注漿方式壓注普通水泥單液漿。尾端3～5m 注水泥水玻璃雙液漿是為了將塌體前方封堵，控制漿液流向，提高注漿質(zhì)量。 3 進(jìn)行A 序孔注漿施工、之后再進(jìn)行C 序孔施工。

4.4.3 超前管棚施工。采用φ89 管棚進(jìn)行超前支護(hù)，管棚采用璧厚5mm、φ89mm 的熱軋無縫鋼管。管棚長(zhǎng)度為30m，一次性施作，施作里程為D2K20+355～D2K20+325，沿拱部初支內(nèi)邊線20cm 布設(shè)，拱頂120°范圍內(nèi)環(huán)向間距為30cm，120°～144°范圍內(nèi)環(huán)向間距為30cm～50cm,管棚共52 根。超前管棚施工采用無工作間鉆孔工藝。

4.4.3.1 管棚制作。管棚采用ф89mm 壁厚5mm 熱軋無縫鋼化管制作而成，鋼管每節(jié)長(zhǎng)3m 左右，鋼管連接端采用內(nèi)接絲和外接絲相結(jié)合。

4.4.3.2 鉆孔。鉆孔角度按照7～9°角鉆進(jìn)。施鉆時(shí)，頂緊封堵墻，提高施鉆精度。

4.4.3.3 頂管。1 將第一根鋼管頂入鉆好的孔內(nèi)，再逐根連接。2 接長(zhǎng)管件應(yīng)滿足管棚受力要求，相鄰管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開，避免接頭在同一截面受力。3 頂管時(shí)，當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼管推進(jìn)孔外剩余30～40cm 時(shí)，人工裝上第二節(jié)鋼管，鉆機(jī)低速前進(jìn)對(duì)準(zhǔn)第一節(jié)鋼管端部，嚴(yán)格控制角度，人工進(jìn)行鋼管聯(lián)接，使兩節(jié)鋼管在聯(lián)接套處聯(lián)成一體。鉆機(jī)再以沖擊壓力和推進(jìn)壓力低速頂進(jìn)鋼管。4 施工中的鋼管在安裝前必須逐孔逐根進(jìn)行編號(hào)，按編號(hào)順序接管推進(jìn)、不得混接。管棚頂?shù)轿缓螅惭b止?jié){閥，以防漿液冒出。5 頂管施工完畢后對(duì)每根管進(jìn)行清孔處理，防止雜物堵塞在管內(nèi)造成后續(xù)管棚注漿工作無法開展。6管棚末端嵌入基巖不得小于3m。7 管棚注漿。a.管棚注漿前，安裝按設(shè)計(jì)制作的鋼筋籠。b.注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況，確認(rèn)正常后做壓漿實(shí)驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)，方可以施工。c.注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現(xiàn)象。8 注漿采用壓力式或間歇式注單液漿，并采取分段注漿方式保證注漿能充分填充至圍巖內(nèi)。注漿順序：從下向上注漿。9 注漿壓力達(dá)到1Mpa，并持壓10～15min，停止注漿，并及時(shí)封堵注漿口，防止空氣進(jìn)入管內(nèi)。

4.4.3.4 塌體開挖與支護(hù)施工方法。封堵墻利用人工配合機(jī)械破除后，D2K20+324～D2K20+352 段采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工。該段采用人工開挖或者機(jī)械開挖方式。

4.5 侵限拱架的置換及二襯施工

4.5.1 侵限拱架的置換

4.5.1.1 侵限拱架的置換及錨噴支護(hù)，在對(duì)侵限區(qū)域進(jìn)行注漿加固后才可進(jìn)行初期支護(hù)侵限鋼架的置換。原有初期支護(hù)破除禁止爆破，采用人工手持風(fēng)鎬進(jìn)行破除，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)及已有鋼架的破壞。可采用機(jī)械設(shè)備配合鑿除剩余的噴射混凝土，拆除鋼架連接鋼筋及鋼筋網(wǎng)。

嚴(yán)格按照施工圖紙，每拆除60cm 即安設(shè)一榀I22b 工字鋼，鋼支撐架間采用Φ22 鋼筋連接及Φ8 鋼筋網(wǎng)搭接連接，連接筋環(huán)向間距為100cm。在拆除已被破壞的鋼架后要迅速安裝加工好的鋼支撐,及時(shí)噴錨支護(hù)，減少圍巖在空氣中的暴露時(shí)間。工字鋼的置換必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工規(guī)范安裝，確保接頭處的法蘭盤連接牢固，鋼支撐墊板必須落到堅(jiān)硬的基底圍巖上，工序變化之處的鋼架應(yīng)設(shè)鎖腳錨管，并且按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行注漿，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。

4.5.1.2 換拱施工過程注意事項(xiàng)。 1 換拱段及塌方段施工時(shí)預(yù)留20cm 變形量，防止發(fā)生拱架下沉再次侵入初二次襯砌限界。2 對(duì)塌方頂部的空腔應(yīng)通過斜向鉆孔等手段探明是否有空腔，有明顯空腔時(shí)應(yīng)采用壓注混凝土或砂漿進(jìn)行回填。3 主體結(jié)構(gòu)初期支護(hù)鋼架應(yīng)根據(jù)工法的設(shè)置情況對(duì)其分節(jié)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。且必須對(duì)鎖腳鋼管進(jìn)行注漿，以確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定。上部施工應(yīng)加設(shè)臨時(shí)仰拱，防止更換后的初支繼續(xù)變形和下沉。4 施工中，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖的要求，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。成立以測(cè)量隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)為首的監(jiān)控量測(cè)小組，對(duì)置換之后的拱架定時(shí)進(jìn)行拱頂下沉和收斂位移的監(jiān)控，先期監(jiān)控頻率每日監(jiān)控2 次，待變形基本控制住后可改為每天1次，將控量測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋工程部及項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)。根據(jù)換拱進(jìn)度及時(shí)量測(cè)、計(jì)算、分析，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員及測(cè)量負(fù)責(zé)人將結(jié)果上報(bào)到工程部。工程部及時(shí)反饋結(jié)果，分析洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，為支護(hù)參數(shù)的調(diào)整、灌筑二次襯砌的時(shí)機(jī)提供依據(jù)，杜絕現(xiàn)場(chǎng)的盲目施工。5 換拱段，必須及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌施作時(shí)間，杜絕初期支護(hù)的再次變形，及早施作二次襯砌，早日封閉成環(huán)，使二次襯砌和初期支護(hù)共同參與受力防止再次的變形。

4.5.2 二次襯砌

D2K20+324～D2K20+352、D2K20+352～D2K20+360 段襯砌按照按變更圖紙以及襯砌施工工法進(jìn)行施工。

5 結(jié)論

在塌體施工處理過程中，未出現(xiàn)質(zhì)量及安全事故，經(jīng)過監(jiān)控量測(cè)，未發(fā)現(xiàn)初支有沉降及位移現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)踐證明，上述施工處理措施能夠解決隧道工程類似塌方難題。