2018浅谈隧道大坍方处理技术

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　　摘要：以梨园箐1号隧道大坍方为例，分析出现大坍方的原因及处理大坍方的技术。为以后预防及处理隧道大坍方提供一定的施工经验。
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　　关键词：浅谈 隧道大坍方处理技术
　　1、坍方经过
　　2006年10月19日凌晨6:30，梨园箐1号隧道右线掌子面施工至K209+045.2，当时出碴剩余约20方，掌子面右上侧开始不断的掉块，掌子面顶部支护结构明显开始变形。现场值班人员发现这一情况后，立即通知装载机停止装碴，并向洞口方向后退、同时通知出碴车辆迅速向洞口方向撤离，值班人员迅速通知所有洞内作业人员撤至洞外。2分钟后掌子面大面积开始塌坍， K209+990～K210+045段拱顶已经坍塌下来，坍塌持续时间仅10秒钟左右。开挖台架被坍碴压跨，装载机斗子被台架及坍碴卡住。
　　二、坍方后洞内、地表情况
　　1、掌子面（约6：50）情况：除坍塌段外，K209+975～K209+990段拱顶初支结构出现不同程度的变形，有纵向和横向裂缝，K209+975拱顶喷砼表面剥裂掉块。
　　2、地表（约7：10）情况：K209+980～K210+045段隧道线路左侧出现3条裂缝，宽度5～40cm不等，中线左侧10～32m范围的土体均出现不同程度的塌陷，最大塌陷深度在80cm。但中线左侧1.5～5m的位置出现一条隆起的裂缝。K210+025左侧22m处的两根高压电杆出现明显的倾斜，高压电线拉的很紧，同时发现K210+101左侧35m处的高压电杆上瓷瓶拉坏，高压电线靠到横担上，导致停电。
　　三、地形地貌及水文地质情况
　　梨园箐1号隧道右线位于攀枝花市平地镇白拉古村境内，其中右线隧道一直沿山体的冲沟边缘通过，隧道最大埋深65m，最小埋深为1.5m。其中K209+980～K210+045段隧道洞顶埋深在32.2m～43.3m之间。存在较明显的地形偏压，隧道洞身右侧山体坡度约30度，山体坡面走向基本与隧道轴线平行。
　　山坡地表覆盖层为松软含角砾低液限粘土，含少量上层滞水。地表下覆全风化花岗岩，岩体中夹辉绿岩岩脉，受地质构造影响较重，风化、构造裂隙很发育，岩体呈砂状、角砾状散体结构，裂隙水发肓，呈线状或滴水状渗出。
　　K210+045.2掌子面地质情况左侧为强风化的花岗岩，岩体中夹辉绿岩岩脉。掌子面局部有股水流出，初支拱顶有线状、滴状水渗出。由于岩体破碎、受地质构造影响较重，岩体极为破碎，完整性极差。
　　四、坍方原因分析
　　经各方分析本次坍方的原因为：隧道周边岩体破碎、受地质构造影响较重，围岩为全风化性为主，围岩整体性极差；存在明显的地形偏压；加上地下水的作用，引起上部岩体应力平衡被破坏，导致隧道上部失稳、坍塌。
　　五、坍方段、变形段、地表加固处理方案
　　本次坍方处理步骤：地表注浆加固处理→坍方段洞内处理→初支变形段处理、地表裂缝回填夯实处理。
　　1、地表加固处理方案
　　隧道坍穴以上地层，若不进行注浆加固，随雨季、旱季的交替气候变化将会形成陷坑，对隧道运营安全带来极大的不利，若不加固，隧道向前开挖，地表滑坍范围将会加大，对隧道施工安全与结构稳定构成极大的安全隐患。同时因地表有高压电线杆，且地表农作物较多。从多方面考虑，施工单位建议对隧道坍方影响段地表进行深孔注浆加固是十分有必要的。
　　地表裂缝处理：地表处理采用地表深孔注浆加固措施固结地层，注浆孔采用φ89钢花管，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆终压2MPa。
　　⑴、注浆范围为K209+965～K210+040段左侧外圈裂缝外边5m，右侧注浆边界为至冲沟坡脚，注浆范围详见附图3《坍方段地表地形图》
　　⑵、注浆管的布置间距为1.5m，梅花型布置，注浆打入地层的深度为隧道拱顶以上2m。
　　⑶、注浆管止浆段长度为2.5m，为保证注浆压力达到设计的要求，在地表设置20cm的C20混凝土止浆板。
　　⑷、在进行注浆时先注周边孔，再注中间孔，采用周边定量、中间定压的方式控制注浆效果。
　　2、初支变形段处理方案
　　⑴、K209+975～K209+990初支变形段，采用I18工字钢架设临时内护拱，护拱间距为40cm，拱脚置于稳固的底板上，底部悬空时采用填砼块或浆砌石块的方式处理，确保拱脚受力良好。
　　⑵、每榀钢架增设8根（每侧4根）Φ22、L=3.5m的锁脚药卷锚杆；钢架紧顶原初支表面，不能紧顶地段每隔2m设垫块，确保内护拱与原初支表面密贴；钢架间设Ф22纵向连接筋，环向间距1m。
　　⑶、钢架架设后喷砼20cm，喷砼主要目的是将钢架包裹，确保钢架与原初支表面无空隙。
　　⑷、对钢架采用横向、竖向支撑进行支顶。对初支变形段施作φ42径向注浆小导管固结围岩：L=4.5m、@1m×1m梅花型布置；孔口采用锚固剂封堵，注水泥-水玻璃浆液，浆液配比同坍方段大管棚浆液配比。
　　⑸、对坍方表面喷射15cm厚C20砼进行封闭，保证坍塌面的稳定及起到止浆效果。
　　3、坍方段处理方案
　　因K209+990处全被坍碴封闭，估计坍碴高10～20m，全部掏空坍腔内的坍碴很有可能造成再次坍方，并有可能扩大坍方范围或出现冒顶现象。因此采用直接在坍碴内施作φ108注浆大管棚；共两环，第一环20m、第二环25m，环间搭接5m，采用跟管钻工艺。起到加固岩体、超前支护、止水的三重作用。因隧道周边围岩渗水，注浆材料选择水泥-水玻璃浆液，采用双液注浆机注浆。
　　⑴、φ108大管棚施工
　　大管棚每环37根（拱部120°范围），环向间距40cm，外插角1～2°。
　　①、施作导向墙：导向墙由两榀钢架、70cm厚砼层、导向管组成，钢架外侧焊接安装φ140导向管（保证钻头及管靴能够进入），焊接时精确控制其角度，以此控制孔位。
　　②、管棚加工：钢管节长4m、5m、6m，在保证相邻管棚接头错开的前提下，管节组合成20m或25m。管头车内外丝，丝扣长度7.5cm。
　　③、搭设钻机作业平台：采用φ42钢管密排搭设作业平台，在钢管上满铺5cm木板，在周边设不低于1.2m的防护栏杆。
　　④、钻孔及跟管
　　采用CK45地质管套钻机（直径为127mm，管壁厚为4.5mm）在工作平台上施钻，钻机底部垫方木以调节钻机高度，同时用全站仪、线锤、钢卷尺控制钻杆角度，角度确定后用扒钉固定钻机底部。
　　配两台钻机从中间向两侧同时施工，坍体松散且里面极易遇到钢材（原初支），开始2m使用金钢钻头（此钻头可以切割钢筋）施钻，而后换成合金钻头钻进2m（合金钻头能切割φ10以下的Ⅰ级钢筋），最后换成偏心锤进行钻孔（偏心锤钻孔直径为φ127）。同时偏心锤套上管靴（管靴与偏心锤连接处有管靴箍，偏心锤直进时管靴箍抱住管靴内的偏心锤使钢管与偏心锤一起转动，直接跟进；当偏心锤退出时，管靴箍自动松开，钻杆与偏心锤就能退出）及φ108管直接跟进。管靴、偏心锤及钢管详见图4《偏心锤直进管示意图》。偏心锤在钻进过程中只能正转，所以其钻孔的直径就一直能保证127mm，等钻孔达到设计长度时，停止施钻，人工反转钻杆，偏心锤收回到标准状态，此时偏心锤的直径为77mm，再用高压水把偏心锤周围的泥沙和石沫冲洗干净，把偏心锤取出。
　　φ108大管棚布置范围及管棚加工详见图5《φ108大管棚布置范围及管棚加工示意图》。
　　
　　图4偏心锤直进管示意图
　　
　　
　　图5φ108大管棚布置范围及管棚加工示意图
　　⑤、注浆
   　　进浆口、溢浆口焊装：注浆前先把进浆口和溢浆口同时焊在大管棚管口（进浆口和溢浆口各有一闸阀）。
　　浆液配比：原材料包括普通水泥、施工用水、水玻璃；水玻璃模数M=2.8～3.1，水玻璃溶液浓度Be′=35～40；水泥浆W:C=0.8：1～1.5：1；双液浆配比C:S=1：0.6～1：0.3。
　　浆液制作：配2个CEM-200搅拌桶，分别搅拌水泥浆液及水玻璃浆液。
　　注浆：采用2TGZ/120/105双液注浆机，将两个搅拌机两种浆液混合后注入大管棚，注浆终压控制在2MPa以内。
　　在注浆时，根据进浆压力及进浆量对水泥浆的水灰比进行调节（水玻璃浆液配比小范围调整），当注浆一定时间后，持续没有气泡冒出时，即可完后关闭溢浆口阀门。
　　注浆结束标准：在正常情况下，注浆压力随时间逐渐升高，最终达到或接近设计注浆压力；或者注浆量随时间逐渐减小，最终注浆量持续10分钟保持在设计注浆量，即可结束注浆。
　　⑵、坍体分部开挖施工
　　隧道分部开挖：超前大管棚施工完毕后，采用人工手持风镐环行开挖法进行施工，预留核心土，此种施工方法一直到隧道贯通，开挖分部详见图6《隧道分部开挖示意图》。
　　
　　图6隧道分部开挖示意图
　　支护参数：初期支护采用I22工字钢架，钢架加工考虑预留沉降量20cm，开挖断面在Ⅱ类加强基础上考虑沉降量，钢架纵向间距0.33m，即3榀/m，钢架间设Ф22纵向连接筋，环向间距1m。钢筋网及喷砼按原设计施工。径向设置φ42径向注浆小导管，L=3.5m，@90×80cm(环向×纵向)注浆终压0.8MPa。
　　衬砌参数：二次衬砌断面形式采用Ⅱ类加强施工，即钢筋砼厚度0.6m，主筋采用Ф20Ⅱ级钢筋，仰拱全封闭。
　　4、坍方处理期间后步工序施工安排
　　利用大管棚施工时间，将开挖、初支人员全部转移开挖下半断面及仰拱，抓紧时间对K209+960～K209+975段还未开挖的下半断面开挖支护（适当加强），并紧施作仰拱及边墙基础，而后将模板台车直接移至该段施作二衬，确保衬砌尽可能紧跟掌子面，保证结构稳定及施工安全。
　　六、总结
　　通过地表及洞内的注浆，加固了坍方松散土体，阻止了地表、地下水的渗入，避免了洞内处理时的再次塌方。监控量测结果为累计沉降量不超过50mm，这说明按此种方案处理后，围岩是稳定的，方案很成功，可以为以后类似问题提供参考。
　　
　　参考文献：
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　　5、JTJ 042-94公路隧道施工技术规范[S]
　　6、JTG D70-2004公路隧道设计规范[S]
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。