袁 斌

（中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 301700）

貴州地區(qū)喀斯特地形地質(zhì)條件復(fù)雜多變，存在突水、突泥、塌方、大面積溶洞等地質(zhì)風(fēng)險。長石板隧洞位于貴州畢節(jié)大方縣，該地區(qū)屬于西南地區(qū)獨有的喀斯特溶塌性角礫巖，施工過程中掌子面失穩(wěn)、掉塊、塌方、涌泥、軟巖大變形等現(xiàn)象較易發(fā)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(tǒng)永寧鎮(zhèn)組第四段，隧洞底板向上0.5～1 m為黑色全風(fēng)化泥質(zhì)白云巖，呈黏土狀，具有隔水性質(zhì)，其上部、下部為溶塌角礫巖，成分為黏土夾塊、孤石，無產(chǎn)狀及裂隙，透水性強(qiáng)。溶塌角礫巖由于地下水作用，強(qiáng)度急劇下降，使洞頂及掌子面圍巖具有蠕變～流變性質(zhì)，穩(wěn)定性較差。隧洞開挖過程中，存在泥狀流動現(xiàn)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(cè)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(jìn)行固結(jié)灌漿，保證掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)，為后續(xù)止?jié){墻施工提供穩(wěn)定的開挖面。（3）在K8+130樁號設(shè)置C20混凝土止?jié){墻，墻厚3 m。達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，應(yīng)實施超前周邊固結(jié)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(huán)作為試驗段，作為后續(xù)施工參考依據(jù)。（4）完成超前固結(jié)灌漿后，再落實Ф108大管棚超前支護(hù)方案（花管注漿），長度30 m，環(huán)向間距40 cm，共計27孔。（5）注漿效果檢查符合要求后，破除止?jié){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(yù)處理→止?jié){墻施工→超前固結(jié)灌漿→大管棚施工→止?jié){墻拆除→隧洞開挖支護(hù)施工。

3.2 溜散體處理

（1）根據(jù)掌子面泥漿擠出情況，采用塊石進(jìn)行反壓回填，保證溜散體穩(wěn)定。（2）溜散體穩(wěn)定后對表面噴C20混凝土進(jìn)行封閉覆蓋。（3）溜散體應(yīng)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(jié)進(jìn)行灌漿處理，對既有開挖洞徑內(nèi)松散體進(jìn)行注漿加固。（4）溜散體加固注漿應(yīng)采用1∶1水泥單液漿，注漿壓力為0.3 MPa。

3.3 止?jié){墻施工

（1）為了防止溜散體再次擠出，止?jié){墻分節(jié)段施工，節(jié)段施工間應(yīng)設(shè)置連接鋼筋，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。（2）止?jié){墻與初支面的連接部分，預(yù)埋兩道止水帶，防止縫隙出水、漏漿。（3）進(jìn)行止?jié){墻施工時，在初支面的連接部預(yù)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?jié){墻在較大注漿壓力下被擠出。

3.4 超前固結(jié)灌漿

（1）注漿設(shè)計參數(shù)。

長石板隧洞果木洼地具有特有的溶塌性角礫巖層，應(yīng)采用后退式注漿，共計4個循環(huán)，每循環(huán)30 m，搭接5 m，漿液擴(kuò)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(nèi)、間隔跳孔”的方式進(jìn)行，以達(dá)到控域注漿，擠密加固的目的。

二是加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)，促進(jìn)科技成果推廣應(yīng)用。依托水利部“948”計劃、科技推廣計劃和國家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金計劃，引進(jìn)“復(fù)頻超聲波除藻技術(shù)”等60余項先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，推廣轉(zhuǎn)化高效節(jié)水灌溉技術(shù)等百余項先進(jìn)實用科技成果。編輯發(fā)布《水利科技成果公報》和《水利先進(jìn)實用技術(shù)重點推廣指導(dǎo)目錄》。

（4）施工工藝。

①確定鉆進(jìn)外插角后，采用Ф160 mm鉆頭低速鉆進(jìn)至1.2 m，再安設(shè)孔口管。②孔口管采用Ф150 mm，6 mm無縫鋼管進(jìn)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(jī)和人工錘擊配合使用的方法，安設(shè)設(shè)計深度，使用錨固劑填塞孔口處的縫隙，以保證孔口管安設(shè)牢固不漏漿。③孔口管安設(shè)完畢后，開始進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔采用重探XY-2鉆機(jī)，鉆孔采用套管跟進(jìn)的方式進(jìn)行護(hù)孔作業(yè)，套管與鉆孔同時鉆進(jìn)，在鉆設(shè)過程中根據(jù)鉆孔進(jìn)度頂進(jìn)套管。④采用金剛石合金鉆頭，通過孔口管將止?jié){墻鉆穿，因8+133～140段既有變形鋼支撐間距較多，鋼拱架應(yīng)采用重探XY-2鉆機(jī)按照取芯鉆孔模式（高轉(zhuǎn)速）進(jìn)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(xù)鉆設(shè)至設(shè)計深度。⑤鉆孔經(jīng)檢查符合設(shè)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(xù)注漿施工，注漿采用純壓式注漿，觀察預(yù)埋的出水管，以預(yù)留水泥漿液為準(zhǔn)，關(guān)閉閥門。

（5）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿以漿液注入率、注入壓力雙重指標(biāo)進(jìn)行控制，注漿壓力達(dá)到設(shè)計壓力后，待注入速率小于1 L/min時，穩(wěn)壓10 min后，方可結(jié)束該孔注漿。全段注漿結(jié)束，所有注漿孔均達(dá)到單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)即為注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（6）效果檢查。

注漿效果影響了后續(xù)開挖施工方案，對注漿過程中出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)進(jìn)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(yán)重，常規(guī)大管棚施工方案無法進(jìn)行施工，根據(jù)地質(zhì)情況，采用偏心鉆具擴(kuò)孔地質(zhì)鋼套管跟進(jìn)長管棚施工。

（1）管棚參數(shù)設(shè)計。

根據(jù)果木洼地圍巖情況，采用Ф108×6 mm無縫鋼管搭建管棚，環(huán)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(jié)長度為2～4 m。采用連接套管內(nèi)車絲扣方式連接管棚，止?jié){墻內(nèi)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?jié){墻上放出每個孔的位置。②根據(jù)鉆機(jī)需求，搭設(shè)工作支架平臺，按照設(shè)定的角度，采用鉆機(jī)鉆孔，剛套管同步跟進(jìn)，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(yīng)一次性全部鉆設(shè)安裝完畢，灌漿采用間隔跳孔的方法進(jìn)行灌漿。

（3）灌漿方法。

采用純壓式灌漿方法進(jìn)行灌漿，大管棚為隧頂超前支護(hù)，以管棚為骨架，結(jié)合注漿形成膠結(jié)體形成天幕結(jié)構(gòu)。

①根據(jù)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(jù)漿液變換要求，及時進(jìn)行調(diào)整；注漿應(yīng)分層分次進(jìn)行，鉆機(jī)鉆不同孔位需要搭設(shè)不同高度的支架，應(yīng)先對下層孔位進(jìn)行間隔注漿，由低向高完成拱頂處注漿；注漿前應(yīng)將管棚與止?jié){墻空隙使用水泥砂漿封堵，避免漏漿。③大管棚末端焊接止?jié){閥，注漿壓力設(shè)定為0.5～1 MPa，壓力達(dá)到1 MPa以上后保持10 min，結(jié)束注漿。根據(jù)經(jīng)驗注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5倍，若注漿量超限，未達(dá)到壓力要求，應(yīng)繼續(xù)注漿，直至符合注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，確保管棚周圍巖體與縫隙均為漿液充填。

3.6 止?jié){墻拆除

為了防止爆破方式擾動前方已固結(jié)的圍巖，應(yīng)采用靜態(tài)爆破和機(jī)械鑿除相結(jié)合的方式進(jìn)行。先使用鉆機(jī)在上半斷面沿預(yù)留線，按照間距20 cm進(jìn)行取芯，中部止?jié){墻采用打孔安設(shè)膨脹劑的方式分層破除，局部未裂開的部位采用挖機(jī)帶炮錘進(jìn)行鑿除。上半斷面止?jié){墻破除后，開始進(jìn)行上臺階開挖支護(hù)，根據(jù)圍巖情況掘進(jìn)5～10 m時，開始進(jìn)行止?jié){墻下半斷面破除。

4 施工效果分析

（1）鉆孔取芯。

超前固結(jié)灌漿和大管棚施工結(jié)束后，利用地質(zhì)鉆機(jī)鉆取芯樣，進(jìn)行檢查。結(jié)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?jié){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(kuò)散效果較好，掌子面無滲水，整體穩(wěn)定，未出現(xiàn)掉塊、坍塌現(xiàn)象。開挖效果表明，超前灌漿結(jié)合大管棚圍巖加固技術(shù)在拱頂范圍形成了膠結(jié)體，提高了圍巖強(qiáng)度，對前方松散圍巖具有較好的固結(jié)作用。

5 結(jié)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(jié)灌漿和超前大管棚施工技術(shù)，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(wěn)定性，保證了后續(xù)施工安全。