劉黎權(quán)

摘要：隧道施工因受水文、地質(zhì)以及地形、地貌和施工方案、技術(shù)措施、施工隊(duì)伍的作業(yè)水平與技術(shù)熟練程度、機(jī)械設(shè)備等諸多因素的影響，會(huì)出現(xiàn)一定數(shù)目的小塌方，可以說(shuō)塌方是隧道施工過(guò)程中比較常見(jiàn)的一種風(fēng)險(xiǎn)，怎樣減少或防止這種風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，是我們?cè)谑┕み^(guò)程中應(yīng)該引起高度重視的。本文通過(guò)新茶鎮(zhèn)隧道進(jìn)口塌方處治的實(shí)例，主要說(shuō)明該類塌方的處理方案與技術(shù)措施，即采取按照先加固后治塌、仰拱與二襯緊跟的原則。首先對(duì)塌方段進(jìn)行反壓回填、再對(duì)洞內(nèi)法向進(jìn)行管棚與小導(dǎo)管注漿加固、然后開(kāi)挖渣土，對(duì)正洞打設(shè)管棚與小導(dǎo)管，再進(jìn)行爆破支護(hù)開(kāi)挖等方法與措施。

Abstract： Due to the influence of hydrology， geology， terrain， topography and construction plan， technical measures， construction skill and technical proficiency， mechanical equipment and so on， there will be a certain number of small collapse in tunnel construction. Collapse is a common risk in tunnel construction. It should arouse great attention on how to reduce or prevent the occurrence of such risks. Based on the example of Xincha Town tunnel entrance collapse treatment， this paper mainly deals with the treatment scheme and technical measures of the collapse， that is， adopting the principle of first reinforcing and then control collapsing， and inverted arch close to second lining. First of all， back pressure backfill of the collapse section， second， pipe shed and small duct grouting reinforcement on the normal of the tunnel， third， excavation of dregs， fourth， playing a pipe shed and a small pipe to the main tunnel， and then blasting support excavation and other measures.

關(guān)鍵詞：塌方；處理方案；技術(shù)措施

Key words： collapse；treatment scheme；technical measure

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）03-0162-03

0 引言

隧道施工過(guò)程中因?yàn)槭艿剿?、地質(zhì)以及地形、地貌和施工方案、技術(shù)措施、施工隊(duì)伍的作業(yè)水平與技術(shù)熟練程度、機(jī)械設(shè)備等諸多因素的影響，會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的塌方，可以說(shuō)塌方是隧道施工過(guò)程中比較常見(jiàn)的一種風(fēng)險(xiǎn)，怎樣減少或防止塌方事故及其安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，是在隧道施工中應(yīng)該引起高度重視的。隧道的水文地質(zhì)情況是千變?nèi)f化的，而不同塌方發(fā)生的原因與不同，因而采取的處理方法與措施也不盡相同。本文結(jié)合茶鎮(zhèn)隧道塌方的整治，講述了該隧道的塌方段的處理方案與技術(shù)措施，并對(duì)于相類似的破碎圍巖和水文地質(zhì)等條件的隧道施工，也提出了相關(guān)意見(jiàn)與建議，希望能對(duì)相類似工程施工有一定的啟發(fā)與幫助。

1 工程概況

中鐵二十五局集團(tuán)有限公司西北分公司施工的陽(yáng)安二線鐵路項(xiàng)目，所屬新茶鎮(zhèn)隧道為單線隧道，位于大巴山低山區(qū)，洞身地表起伏大，分布有眾多的基巖 “V”字型侵蝕谷。涉及的主要地層為：第四系全新統(tǒng)坡積膨脹土、細(xì)角礫土、晉寧期輝長(zhǎng)巖、玄武巖。構(gòu)造巖主要為碎裂巖。巖體受構(gòu)造影響，局部節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，強(qiáng)度較低，結(jié)合性差，巖層之間夾泥較為嚴(yán)重。隧道地下水為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水，受大氣降水及地表水補(bǔ)給，經(jīng)前期設(shè)計(jì)勘察打孔，進(jìn)口700m范圍內(nèi)均見(jiàn)地下水。隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用Ф6.5～8鋼筋網(wǎng)、型鋼鋼架、C25噴射混凝土、Ф22組合中空錨桿、Ф22砂漿錨桿。

隧道進(jìn)口里程為DYk241+751，塌方發(fā)生時(shí)隧道進(jìn)口已經(jīng)掘進(jìn)173m，隧道掌子面圍巖為Ⅴ級(jí)，施工至Dyk241+918，仰拱施工至Dyk241+885，二襯施工至Dyk241+857，在當(dāng)日凌晨04：50分，工人正在安裝Dyk241+914下導(dǎo)拱架螺栓時(shí)，位于Dyk241+889處左側(cè)電力洞室拱頂有落石聲，現(xiàn)場(chǎng)人員及機(jī)械立即撤出。隨即發(fā)現(xiàn)Dyk241+901里程左側(cè)中導(dǎo)拱架發(fā)生擠壓變形，逐步變形，最終發(fā)生坍塌，坍塌持續(xù)到8：10分左右，基本趨于穩(wěn)定。塌方長(zhǎng)度約30m，塌方體約1200方。

經(jīng)過(guò)初步的分析與研究，塌方的原因?yàn)椋簬r體較破碎，裂隙發(fā)育且含泥，線路左側(cè)有細(xì)流流出，巖體遇水后受力發(fā)生改變，自穩(wěn)性降低，在線路左側(cè)長(zhǎng)6m深10m的電力洞室施工時(shí)其上方及附近存在空洞，受仰拱施工與爆破開(kāi)挖擾動(dòng)，空洞上方松散巖體逐步失穩(wěn)發(fā)生跨塌，導(dǎo)致正洞已施工鋼架受到?jīng)_擊，進(jìn)一步造成拱架失穩(wěn)，帶動(dòng)周邊鋼架及巖體發(fā)生較大規(guī)模的塌方。

鑒于塌方體松散，自穩(wěn)能力非常差，而且該地段附近有水流出，再加上在前期施工過(guò)程因圍巖節(jié)理發(fā)育，發(fā)生過(guò)小的掉塊并局部形成空洞，為了防止造成再一次的塌方，防止次生災(zāi)害的發(fā)生，決定按照先加固后治塌、仰拱與二襯緊跟的原則。對(duì)該塌方段進(jìn)行整治，采取的措施為首先對(duì)進(jìn)行塌方段反壓回填、再對(duì)洞內(nèi)法向進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固、然后開(kāi)挖渣土，對(duì)正洞打設(shè)管棚、打設(shè)小導(dǎo)管，進(jìn)行爆破支護(hù)開(kāi)挖，最后按照正常的施工開(kāi)挖支護(hù)程序進(jìn)行后續(xù)工序的施工。

2 具體的施工方案與處理措施

2.1 反壓回填

在塌方體達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定過(guò)程中對(duì)其圍巖進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，等確認(rèn)坍塌地段不會(huì)有大的掉塊、坍塌發(fā)生后，對(duì)塌方段后方至仰拱端頭進(jìn)行石渣回填，處理過(guò)程可見(jiàn)圖1，并安排專人做好監(jiān)控量測(cè)，要求初支能得到及時(shí)支撐，塌方地段不再繼續(xù)產(chǎn)生垮塌或鋼架再形成大的侵限，不再有大的變形發(fā)生?；靥钔瓿梢?jiàn)圖2所示。

要求回填及時(shí)快速有序，渣料要盡量填滿整個(gè)斷面，回填過(guò)程要用自卸車（主要負(fù)責(zé)將回填渣土運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)）和裝載機(jī)（主要配合將運(yùn)入隧道內(nèi)的渣土向拱頂部位運(yùn)輸）配合，必須安排專人對(duì)洞內(nèi)的圍巖體以及拱頂附近的變化進(jìn)行觀察，以保證洞內(nèi)搶險(xiǎn)人員與機(jī)械的安全。

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2.2 小導(dǎo)管注漿加固

為避免塌方體前方施工好的初支在開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生沉降，造成新的坍塌，在塌方體段前20m范圍內(nèi)法向打設(shè)注漿小導(dǎo)管，注漿管布置見(jiàn)圖3，并對(duì)其周圍巖體與洞室進(jìn)行注漿加固。泵送漿液的過(guò)程見(jiàn)圖4所示。

2.2.1 采取的方案與措施

經(jīng)過(guò)收集相關(guān)地質(zhì)水文以及施工的各種資料，對(duì)各種塌方處治的各種施工方案與技術(shù)措施進(jìn)行比較，項(xiàng)目最終決定采用的技術(shù)方案為：在塌方段前20m范圍內(nèi)法向打設(shè)3.5m長(zhǎng)Φ42注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距1.2m、縱向以各拱架的間距為準(zhǔn)，拱頂30度范圍由于作業(yè)空間不足，打設(shè)1.5mΦ42小導(dǎo)管。采取該措施的主要是目的通過(guò)導(dǎo)管與鋼架形成有效連接，以減少鋼架在橫斷面內(nèi)的自由長(zhǎng)度，減少其長(zhǎng)細(xì)比，增強(qiáng)鋼架穩(wěn)定性，從而減少鋼架在圍巖作用下的變形。

2.2.2 小導(dǎo)管注漿施工

從拱頂回填面開(kāi)始打設(shè)，每安裝完成一個(gè)臺(tái)階范圍內(nèi)的小導(dǎo)管，隨即進(jìn)行注漿。

注漿材料：1：1水泥漿。在現(xiàn)場(chǎng)拌合站拌和，由砼運(yùn)輸車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

施工順序：從低向高處依次注漿，以避免漿液流入其他注漿管造成他管堵塞，影響注漿質(zhì)量。

注漿主要目的是對(duì)隧道開(kāi)挖輪廓線外一定厚度的松散巖體進(jìn)行進(jìn)一步的固結(jié)，以便形成一個(gè)自穩(wěn)并能承受外力的整體拱形。

單孔注漿量可通過(guò)公式計(jì)算：

Q=πR2Lλ=πR2Lna；

Q——單孔注入漿液的量（m3）；R——漿液擴(kuò)散半徑（m）；λ——注入率（%）；L——注漿段長(zhǎng)（m）；n——地層的間隙率（%）；a——地層的填充率（%）。

本項(xiàng)目為破碎巖層，故漿液注入量可根據(jù)鉆進(jìn)注漿孔沖洗液的漏失量確定。

漏失量注入量確定具體可參考見(jiàn)表1。

總的注漿量，可采用下式估算：

Q=Vλ=Vna；V——注入預(yù)定地層范圍內(nèi)的漿液量（m3）

注漿采用單液注漿機(jī)，用注漿量（ν）和注漿壓力（Ρ）進(jìn)行雙控。注漿壓力控制在0.6-0.8MPa。注漿量與注漿壓力的相對(duì)關(guān)系反映了巖體注漿的飽和度和巖體本身的整體性，注漿壓力上升越快說(shuō)明巖層本身的裂隙越少，整體性越好，巖層自穩(wěn)性越好。如果注漿壓力上升相當(dāng)緩慢有可能存在大的裂隙，此時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用間歇式注漿，主要是為了給注入裂隙的水泥漿一個(gè)沉淀和凝結(jié)時(shí)間，以達(dá)到更好的注漿效果。間歇時(shí)間要小于水泥漿液的初凝時(shí)間，以防因水泥漿凝結(jié)導(dǎo)致小導(dǎo)管阻塞，影響小導(dǎo)管后期注漿。

2.3 開(kāi)挖回填渣土

將應(yīng)急處理時(shí)反壓回填到洞內(nèi)的渣土依次進(jìn)行開(kāi)挖。

開(kāi)挖時(shí)將回填的渣土分多個(gè)臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖。臺(tái)階的高度控制在1.2-1.5m，高度要根據(jù)法向小導(dǎo)管的布置位置確定，滿足開(kāi)挖一層打設(shè)一層小導(dǎo)管的要求，然后進(jìn)行注漿，注漿完成后再開(kāi)挖下一臺(tái)階，一直開(kāi)挖到滿足正洞管棚的施工為止。

在開(kāi)挖出渣降臺(tái)階過(guò)程中要注意最頂層臺(tái)階的長(zhǎng)度和高度，要為后續(xù)管棚的施工提供足夠的工作面；為了防止坍塌與沉降變形等情況的出現(xiàn)，對(duì)開(kāi)挖暴露的拱腳處加設(shè)2根鎖3.5m的鎖腳錨桿，并對(duì)其注漿。

2.4 正洞施工采取的方案與措施

打設(shè)大管棚，做導(dǎo)向墻，打設(shè)超前小導(dǎo)管配合大管棚進(jìn)行施作，然后對(duì)超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿，等完成間隔2-3h水泥凝固后，再進(jìn)行開(kāi)挖等后續(xù)工作。掌子面采用C20混凝土進(jìn)行噴錨封閉，封口厚度要20-30cm，主要為注漿營(yíng)造一個(gè)封閉空間，避免注漿過(guò)程中漿液流出。

2.4.1 管棚及小導(dǎo)管施工與支護(hù)開(kāi)挖參數(shù)

2.4.1.1 管棚施工

管棚施做時(shí)采用根管法施工，每根管棚長(zhǎng)度為15m，采用熱軋無(wú)縫鋼管，外徑108mm，壁厚5mm，搭接長(zhǎng)度不小于1.5m。因隧道塌方體巖體比較破碎，成孔率比較低，故管棚的環(huán)向間距按40cm設(shè)置。管棚安裝見(jiàn)圖5。本工程整個(gè)拱頂按每環(huán)為20根施工。

為提高管棚的剛度采取對(duì)其進(jìn)行注漿的措施。同時(shí)因管棚打設(shè)長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，在受到破碎坍塌體重力作用下會(huì)下沉，為避免造成管棚打設(shè)侵限，對(duì)其預(yù)留外插角為8°～12°。

本項(xiàng)目采用的為YGL-100A型全液壓履帶式管棚鉆機(jī)，工作平臺(tái)凈空高3.5m，長(zhǎng)度5m。

注漿采用高壓雙液注漿泵注漿，漿液由注漿拌和機(jī)拌制。注漿完成后進(jìn)行開(kāi)挖，具體見(jiàn)圖6。

2.4.1.2 超前小導(dǎo)管注漿

管棚施工完成后，打設(shè)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管在構(gòu)件加工廠制作，前端做成尖錐形，尾部焊接φ8mm鋼筋加勁箍，管身注漿孔6～8mm，孔間距15cm，尾部長(zhǎng)不小于30cm，作為不鉆孔的注漿段。小導(dǎo)管加工見(jiàn)圖7。

小導(dǎo)管長(zhǎng)度3.5m，外徑42mm，壁厚3.5mm，與大管棚間隔布置環(huán)向間距40cm，縱向搭接長(zhǎng)度不小于1m。小導(dǎo)管施工工藝見(jiàn)圖8。小導(dǎo)管用注漿泵進(jìn)行注漿作業(yè)，注入水泥單液漿，注漿壓力為0.6-0.8MPa。

2.4.2 開(kāi)挖與支護(hù)參數(shù)

開(kāi)挖過(guò)程中采用松動(dòng)爆破，避免放大炮，造成二次坍塌。

支護(hù)拱部Φ22中空錨桿，長(zhǎng)度L=3m，間距1.2m×0.8m，必須注漿。邊墻Φ22中空注漿錨桿，長(zhǎng)度L=3m，間距1.2m×0.8m，必須注漿（水泥漿1：1）。鋼拱架：工18工字鋼，全環(huán)布置，縱向間距0.6m/榀。單次開(kāi)挖進(jìn)尺不大于一榀架。鎖腳錨管每個(gè)拱腳增加一根。

在跟進(jìn)施工中、下導(dǎo)的過(guò)程中，根據(jù)上述方案循環(huán)進(jìn)行施工。

2.5 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是隧道施工中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，特別對(duì)于塌方體周圍而言，量測(cè)的重要性就不言而喻了，本項(xiàng)目在施工中我們按照設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)圍巖周邊進(jìn)行收斂量測(cè)，對(duì)拱頂下沉量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在局部發(fā)現(xiàn)變形較快并出現(xiàn)細(xì)小裂縫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)Ⅳ、Ⅴ圍巖支護(hù)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)了支護(hù)措施，仰拱二襯及時(shí)跟進(jìn)，有效解決了塌方段安全事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

隧道施工受地形地貌、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及施工方案、技術(shù)措施各方面因素的影響，本項(xiàng)目我們遵照設(shè)計(jì)與施工圖紙，遵循“巖變我變”的原則，對(duì)軟弱圍巖開(kāi)挖采取三臺(tái)階，對(duì)Ⅳ、Ⅴ圍巖支護(hù)技術(shù)參數(shù)按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行加強(qiáng)與調(diào)整，確保了現(xiàn)場(chǎng)施工持續(xù)的掘進(jìn)穩(wěn)定。

而對(duì)于開(kāi)挖過(guò)程圍巖破碎，掉塊頻繁，受爆破開(kāi)挖及外力因素造成的塌方，則根據(jù)不同的情況，通過(guò)方案必選，最終選用并采取了先加固后治塌、仰拱與二襯施工緊跟的方案。對(duì)塌方段進(jìn)行反壓回填、再對(duì)洞內(nèi)法向進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固、然后開(kāi)挖渣土，對(duì)正洞打設(shè)管棚、打設(shè)小導(dǎo)管，進(jìn)行爆破支護(hù)開(kāi)挖的施工措施，通過(guò)后期的圍巖監(jiān)控量測(cè)和分析比較，處理后的塌方地段，圍巖穩(wěn)定，施工參數(shù)合理，整治取得了好的效果。

通過(guò)該該塌方的處理，同時(shí)我們也深刻認(rèn)識(shí)到，對(duì)于相類似的破碎圍巖和水文地質(zhì)等條件的隧道施工，一定要加強(qiáng)超前及初期支護(hù)，多臺(tái)階開(kāi)挖，并控制開(kāi)挖臺(tái)階的長(zhǎng)度和高度，短進(jìn)尺，要及時(shí)施作初期支護(hù)和仰拱，是完全可以防止坍塌事故發(fā)生的。

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