隧道塌方處理施工技術(shù)

朱海濤

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150008）

0 前言

隧道工程因受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、施工方法等各種因素的影響，其施工風(fēng)險(xiǎn)高，塌方的可能性大。隧道塌方產(chǎn)生的原因很多，但大體原因有2種，一種是圍巖變形過(guò)大，另一種是圍巖本身結(jié)構(gòu)失穩(wěn)引起的。隧道產(chǎn)生塌方后，首先要分析塌方產(chǎn)生的原因，其次采用科學(xué)的技術(shù)手段探明塌方體的范圍，并采取恰當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，達(dá)到隧道安全通過(guò)塌方體的目的，這是相關(guān)人員需要解決的問(wèn)題。

1 塌方情況、原因及分析

1.1 塌方情況

在我國(guó)南方山區(qū)某隧道工程，其圍巖性質(zhì)為砂質(zhì)板巖，在隧道掌子面施工至DK45+080時(shí)，因圍巖產(chǎn)狀及節(jié)理突變，開(kāi)挖過(guò)程中，上臺(tái)階自拱頂出現(xiàn)巖層成片剝離失穩(wěn)，并牽引至已開(kāi)挖支護(hù)的DK45+100拱部，隨之發(fā)生塌方，塌方體已填滿(mǎn)DK45+080～100段上臺(tái)階，方量約為1400m，無(wú)人員傷亡，塌方體見(jiàn)地下水滲出。

1.2 原因分析

1.2.1 圍巖本身特性

圍巖的產(chǎn)狀特征對(duì)塌方有顯著影響。開(kāi)挖揭示巖層節(jié)理極發(fā)育，層厚約0.1m～0.3m，巖層視傾角約45°，巖體內(nèi)部已被強(qiáng)烈切割，隧道開(kāi)挖擾動(dòng)，形成以層面為主的不穩(wěn)定體；開(kāi)挖后隧道洞壁的徑向應(yīng)力降低而切向力增高，板狀巖體在豎向受力下發(fā)生擾曲變形而破壞。硬質(zhì)巖體塑性變形并不是十分明顯，具有脆性變形的特點(diǎn)，一旦施工揭露出現(xiàn)節(jié)理密集區(qū)，巖體應(yīng)力會(huì)立即釋放，造成節(jié)理裂隙松弛，巖體失穩(wěn)；由于節(jié)理密集形狀復(fù)雜，其形成和分布有很大的偶然性，規(guī)律和變形有特征不明顯，造成塌方具有隱蔽性、突發(fā)性和連續(xù)性。

1.2.2 地下水影響

板巖本身遇水強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)急劇下降，加之節(jié)理間泥質(zhì)充填物在裂隙水的作用下失去膠結(jié)作用，造成巖體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致巖體整體性進(jìn)一步破壞。

1.3 塌方體的探查

為探明塌方本形態(tài)特征，為下一步提出處理措施提供技術(shù)支持，采用洞內(nèi)物探及地表鉆孔相結(jié)合的措施進(jìn)行地質(zhì)勘探。

1.3.1 洞內(nèi)物探

洞內(nèi)采用地質(zhì)雷達(dá)及TSP203方式進(jìn)行。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)報(bào)告顯示，塌方體前10m，即DK45+080～DK45+070段推測(cè)為原地層，圍巖完整性較差；根據(jù)TSP203地質(zhì)報(bào)告顯示，DK45+080～DK45+062段，波速、泊松比有波動(dòng)，推測(cè)預(yù)報(bào)范圍內(nèi)巖體完整性較差，巖體松散，據(jù)此推斷，掌子面塌方未波及到未開(kāi)挖圍奪巖體，但掌子面前方圍巖較差。

1.3.2 洞外鉆孔

根據(jù)里程及坐標(biāo)在地表確定塌方體的地表位置，并對(duì)塌方體范圍進(jìn)行補(bǔ)勘。經(jīng)地表地質(zhì)補(bǔ)勘，塌方為碎塊石充填松散體，無(wú)空腔，塌方體頂部標(biāo)高為244m，松散體高度拱頂以上約14m～18m，松散體縱向范圍為DK45+080-DK45+100，如圖1所示。

2 隧道塌方處理工程措施

隧道塌方處理工程措施的總體原則為針對(duì)塌方體探查的結(jié)果，采取安全、經(jīng)濟(jì)、合理的工程技術(shù)措施，對(duì)掌子面及塌方體進(jìn)行預(yù)加固處理，并采用合適的開(kāi)挖支護(hù)方式安全通過(guò)塌方體。

2.1 堆載反壓

為穩(wěn)定圍巖，便于塌方體處理，在DK45+100-DK45+110段上臺(tái)階采用洞砟反壓回填，施做工作平臺(tái)，表面采用噴射混凝土封閉。

2.2 超前預(yù)注漿

超前預(yù)注漿就是沿開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外按軸向輻射狀布置注漿鉆孔， 按一定的間距鉆孔， 然后通過(guò)注漿泵將水泥凈漿或雙液漿體沿注漿孔注入地層裂隙中，從而加固松散地層， 使周?chē)扑閹r層固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的巖石-漿液組合硬巖體， 從而在隧道輪廓線(xiàn)外及開(kāi)挖面形成一個(gè)加固帷幕體，降低地層透水能力， 切斷地下水流通路徑， 并和周?chē)膸r體固結(jié)成整體， 從而達(dá)到加結(jié)圍巖和止水， 保持圍巖穩(wěn)定性的目的， 為隧道安全掘進(jìn)施工提供必須的安全條件。

圖1 塌方體范圍

2.2.1 注漿鉆孔設(shè)計(jì)

注漿鉆孔布置：合理布置注漿孔是提高堵水率和保障施工安全的重要問(wèn)題。為使注漿孔穿過(guò)較多的裂隙，注漿孔長(zhǎng)短結(jié)合并呈輻射狀布置。注漿鉆孔布置形式如圖2所示。

2.2.2.1 加固的原則

加固的原則如下：加固開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外5m的松散體，注漿孔孔底間距3m，漿液擴(kuò)散半徑2m，每循環(huán)共設(shè)4環(huán)39個(gè)注漿孔，通過(guò)超前預(yù)注漿加固圍巖，保障開(kāi)挖過(guò)程安全。

2.2.2.2 鉆孔

在掌子面施工一定厚度的噴射混凝土或素混凝土止?jié){墻，在止?jié){墻上按設(shè)計(jì)圖紙孔位標(biāo)出孔口位置，并根據(jù)極坐標(biāo)法對(duì)注漿孔進(jìn)行定位，確保注漿孔坐標(biāo)準(zhǔn)確，各孔孔口及終孔坐標(biāo)按圖3計(jì)算得到。

鉆孔開(kāi)孔直徑為110mm（孔口～孔深3m），終孔直徑為91mm（孔深3m～終孔）。

鉆孔和注漿順序由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工。

巖層破碎容易造成坍孔時(shí)，采用前進(jìn)式注漿，否則采用后退式注漿。

鉆進(jìn)過(guò)程中遇到突泥、涌水或因地層破碎造成卡鉆時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿掃孔或注漿孔固結(jié)后再行鉆進(jìn)。

圖2 超前預(yù)注漿鉆孔橫斷面布置圖

鉆孔完畢后安裝孔口管，孔口管采用Φ108mm，壁厚5mm的熱軋無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)3m，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并安裝止?jié){閥。

2.2.2.3 注漿

注漿采用單液漿，采用普通硅酸鹽水泥，水灰比1∶0.6～1∶1。

圖3 孔口及終口坐標(biāo)示意圖

水泥進(jìn)場(chǎng)經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可用于施工。

注漿壓力：注漿控制壓力按注漿處?kù)o水壓力加上1MPa～2MPa進(jìn)行控制。

注漿效果檢查：注漿完成后，在開(kāi)挖輪廓線(xiàn)范圍內(nèi)打設(shè)檢查孔，檢測(cè)注漿效果，每循環(huán)在拱部設(shè)檢查孔2個(gè)，檢查孔直徑Φ110mm，長(zhǎng)度約25m，平均出水量＜0.2 L/min，壓力檢查在1.0 MPa壓力下，吸水量＜2 L/min；加固體抗壓強(qiáng)度不小于3MPa；巖體RQD指標(biāo)達(dá)到75～80，注漿達(dá)到以上效果后再進(jìn)行隧道開(kāi)挖，隧道開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注開(kāi)挖后圍巖加固情況，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿加固，以保障隧道開(kāi)挖安全。注漿檢查孔在注漿效果檢查完成并合格后，及時(shí)采用M10水泥砂漿進(jìn)行全孔封堵。

2.3 超前洞身長(zhǎng)管棚

施工洞身長(zhǎng)管棚前，在塌方體后方支立兩榀型鋼鋼架，并在拱架中部割孔，孔間距按大管棚鋼管間距布置，管棚長(zhǎng)度按超過(guò)塌方體不小于5m確定，管棚采用熱軋無(wú)縫鋼管及鋼花管，每節(jié)鋼管兩端均預(yù)加工成外絲扣，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過(guò)總管數(shù)的50%；施工時(shí)先打設(shè)鋼花管并注漿，然后打設(shè)鋼管，以便檢查鋼花管的注漿質(zhì)量。

2.4 開(kāi)挖

DK45+080～DK45+100采用常規(guī)的三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注意以下10點(diǎn)事項(xiàng)：1）開(kāi)挖應(yīng)堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。2）鉆孔爆破時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制炮眼深度、炮眼間距及單孔裝藥量。3）鎖腳錨管按設(shè)計(jì)位置要求設(shè)置，且對(duì)鎖腳錨管進(jìn)行注漿，且剛支撐連接牢固。4）每步臺(tái)階一次開(kāi)挖長(zhǎng)度宜在2m～3m，仰拱緊跟下臺(tái)階開(kāi)挖面施工。5）上臺(tái)階每循環(huán)開(kāi)挖支護(hù)進(jìn)尺不大于1榀鋼架，上臺(tái)階長(zhǎng)度不大于15m。6）邊墻每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于2榀鋼架間距，中臺(tái)階長(zhǎng)度不大于15m。7）隧道開(kāi)挖后初期支護(hù)及時(shí)封閉成環(huán)，圍巖封閉位置距掌子面距離不大于35m。8）仰拱每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺不大于3m，仰拱距掌子面距離不大于40m。9）二次襯砌距掌子面距離不大于50m。10）在隧道施工過(guò)程中，嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行圍巖監(jiān)控量測(cè)和地面下沉，并及時(shí)進(jìn)行分析，及時(shí)反饋量測(cè)結(jié)果，分析洞身圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為初期支護(hù)參數(shù)的調(diào)整和確定澆筑二次襯砌的時(shí)間提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

遇到隧道塌方時(shí)，在充分了解塌方體的性質(zhì)后，采取必要的措施安全通過(guò)隧道塌方體至關(guān)重要，因此在施工中應(yīng)做好以下4個(gè)方面的工作：1）在隧道塌體段施工前，應(yīng)采用必要物理探查手段，結(jié)合隧道洞內(nèi)外觀察及設(shè)計(jì)地質(zhì)情況，首先探明塌方體的范圍及性質(zhì)，為選擇合適的處理方案提供依據(jù)。2）在對(duì)塌方體進(jìn)行預(yù)加固后，必須采取必要的檢查手段對(duì)加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)合格后才可以進(jìn)行下一步施工，否則須對(duì)塌方體進(jìn)行二次加固，以保證隧道開(kāi)挖安全順利進(jìn)行。3）在進(jìn)行隧道塌方體開(kāi)挖，應(yīng)密切關(guān)注隧道圍巖變化情況，并做好圍巖變形監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)反饋，為隧道安全施工提供保障。4）隧道每循環(huán)開(kāi)挖不宜過(guò)長(zhǎng)，并及時(shí)施作隧道拱墻及仰拱二次襯砌混凝土，二次襯砌端部距隧道掌子面距離符合要求，必要時(shí)掌子面暫定施工。