包西鐵路閆家村隧道單側(cè)塌方冒頂處理技術(shù)

李忠林

（中鐵十四局集團(tuán)二公司，工程師 山東 泰安 271000）

包西鐵路閻家村隧道地處黃土塬、梁地貌，地表植被一般，第四系覆蓋層較厚，地勢(shì)陡峻，地形起伏較大，地面高程652.34～816.40 m，相對(duì)高差約164.06 m，最大埋深為153 m，為雙線隧道。

閻家村隧道出口2008年6月23日開挖里程至DK664+297，線路右側(cè)拱墻部出現(xiàn)寬4.0～4.5 m泥質(zhì)填塞軟弱帶及泥質(zhì)砂巖破碎帶，先呈片狀剝落，隨即用C25噴射混凝土進(jìn)行封閉，噴混凝土30 cm，但并未遏制住塌落形式。隧道左側(cè)邊墻出現(xiàn)全面坍塌，蔓延至DK664+309.4，泥質(zhì)填塞軟弱帶經(jīng)雨水浸泡變軟坍塌，隧道DK664+297～DK664+309.4左側(cè)邊墻和拱頂出現(xiàn)塌方，塌碴堆積為1500 m3。至7月9日凌晨地表沿砂巖夾泥層塌陷形成面積為410 m2坍孔，下沉6～7 m。洞內(nèi)圍巖左側(cè)及拱部為砂巖夾頁巖風(fēng)化層，青灰色，線路右側(cè)拱墻部為泥質(zhì)砂巖夾泥質(zhì)填塞軟弱帶，泥質(zhì)砂巖為灰黃色，泥質(zhì)填塞軟弱帶，為紅褐色，伴有裂隙水流出，水量較大；夾層遇水膨脹軟化，造成大面積垮塌。下部伴有破碎巖帶，節(jié)理較發(fā)育，水平節(jié)理巖體與陡傾角節(jié)理相互切割破碎，整體性差。地表為中厚層水平風(fēng)化砂巖與薄層水平風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)砂巖軟弱帶，遇水軟化。泥質(zhì)砂巖向隧道小里程方向斜傾，經(jīng)雨水誘發(fā)，出現(xiàn)坍塌，并一直沒有自穩(wěn)，導(dǎo)致隧道單側(cè)冒頂。為此，必須對(duì)施工穿越半軟硬巖層斷面時(shí)單側(cè)塌方冒頂處理方法進(jìn)行研究。對(duì)閆家村隧道塌方冒頂采取塌方體注漿、超前支護(hù)、斷面開挖、回填及監(jiān)測(cè)的處理方法正確有效，破解了隧道大偏壓易變形的施工技術(shù)難題。

1 塌方體注漿

本隧道塌方注漿分為坍塌體注漿與坍孔內(nèi)固結(jié)灌漿2種形式。坍塌體注漿主要是為防止向掌子面進(jìn)尺時(shí)，由于上部壓力造成二次滑塌，處理過程中需逐步對(duì)坍塌體進(jìn)行清除。坍孔內(nèi)固結(jié)灌漿主要是在坍孔底部形成強(qiáng)度較高的塞體。在處理塌方過程中及處理完塌方體后與隧道一起作為永久支護(hù)承受坍孔內(nèi)塌體壓力，確保日后運(yùn)營安全。

1.1 施作止?jié){墻 由于坍塌體主要為全風(fēng)化泥巖夾孤石，孔隙率現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)為36%。為防止?jié){液外溢，確保注漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，在注漿花管施工，于坍體面上噴射20 cm厚混凝土止?jié){墻。以后各注漿塌體表面均要噴射20 cm厚的混凝土。

1.2 成孔 注漿花管采用Φ42×5 mm（外徑×壁厚）的熱軋無縫鋼管，長(zhǎng)度洞內(nèi)坍塌體為2 m，塌孔為6 m；花管前端加工成錐形，管體鉆設(shè)透漿孔，孔徑10 mm，孔間距30 cm，導(dǎo)管尾端1.0 m范圍不鉆孔，管尾焊接Φ6 mm加勁箍，用沖擊錘直接將花管打入坍體。如遇坍體中大塊孤石導(dǎo)管無法自進(jìn)時(shí)，可暫按現(xiàn)有孔深進(jìn)行注漿，待本循環(huán)注漿結(jié)束后，對(duì)受阻孔采用鑿巖機(jī)成孔后進(jìn)行補(bǔ)灌。

1.3 注漿孔角度 對(duì)洞內(nèi)塌碴注漿花管平行線路方向打入，塌孔內(nèi)臨時(shí)固結(jié)注漿鋼花管與斷面外插角為45°，見圖1。塌孔內(nèi)固結(jié)灌漿沿隧道輪廓線徑向打入。

圖1 水泥注漿示意圖

1.4 注漿順序 加固塌體壓漿自下而上順序進(jìn)行，達(dá)到注漿壓力即可進(jìn)行下一孔灌注。

塌孔內(nèi)固結(jié)灌漿時(shí)應(yīng)采用Ⅱ序灌漿，漿液采用二級(jí)漿液，即先注入稀漿，水灰比為3：1，后注入1：1稠漿?？紤]到注漿后需盡快開挖，注漿選用早強(qiáng)水泥。

施工時(shí)，嚴(yán)格壓漿作業(yè)工序控制。鉆孔位置、角度深度及漿液配制應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。注漿作業(yè)時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查泵口及孔口注漿壓力變化，符合結(jié)束條件后方可停止注漿，并認(rèn)真填寫注漿記錄。

2 超前支護(hù)

為了防止巖石、塌體冒落，對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前支護(hù)，保證施工安全。

2.1 斷面擴(kuò)挖及支護(hù) 由于隧道原開挖按Ⅲ級(jí)圍巖施工，線路左半未塌方斷面為較堅(jiān)硬砂巖夾頁巖，需擴(kuò)挖以滿足Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)式斷面尺寸。為減少爆破震動(dòng)對(duì)塌方體的影響，爆破設(shè)計(jì)遵循“密打孔、弱爆破、短進(jìn)尺”的原則。擴(kuò)挖處理順序：斷面測(cè)量→鉆孔→爆破→斷面復(fù)測(cè)→初噴。

全斷面設(shè)置I20B型鋼拱架，間距1榀/50 cm，配合鋼架自右側(cè)上臺(tái)階底腳至左側(cè)拱墻150°設(shè)置Φ42 mm超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，長(zhǎng)度3.5 m，縱向 0.5 m/環(huán)，與鋼架夾角為 10～15°。支護(hù)施工見圖2。

導(dǎo)管采用規(guī)格Φ42×3.5 mm（外徑×壁厚）的熱軋無縫鋼管，加工同注漿花管。用風(fēng)槍鉆孔后將導(dǎo)管插入。

圖2 密排超前小導(dǎo)管、鋼拱架及塌孔內(nèi)固結(jié)灌漿示意圖

2.2 超前小導(dǎo)管施工

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 長(zhǎng)度3.5 m，縱向0.5m/環(huán)，與鋼架夾角為10～15°，范圍為右側(cè)上臺(tái)階底腳至左側(cè)拱墻150°。

2.2.2 注漿參數(shù)設(shè)計(jì) 水灰比W：C=1：1注漿終壓0.5～1Mpa

2.2.3 主要材料機(jī)具設(shè)備 主要材料為32.5號(hào)普硅水泥。機(jī)具設(shè)備為GYZB型液壓雙液自動(dòng)化注漿機(jī)。小導(dǎo)管注漿，見圖3。

圖3 小導(dǎo)管單液注漿示意圖

3 斷面開挖與支護(hù)

超前支護(hù)施工完成后，開始塌方斷面土方的開挖工作，同時(shí)要做好斷面的開挖支護(hù)工作，采取上下兩斷面開挖法進(jìn)行施工。

3.1 上斷面開挖支護(hù) 用人工沿塌方體進(jìn)行環(huán)形預(yù)留核心土方案開挖，每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m。根據(jù)開挖順序，Ⅰ25B上臺(tái)階鋼拱架加工共分5個(gè)單元段，每節(jié)兩端焊法蘭盤，以螺栓連接。開挖前預(yù)先架設(shè)左側(cè)為塌方帶2個(gè)單元段鋼拱架。隨開挖及時(shí)架設(shè)其余各Ⅰ25B鋼拱架。拱架間距0.5榀/m，架設(shè)時(shí)要緊貼圍巖，貼不緊處，每隔1 m以鋼板墊實(shí)。拱架立好后，打定位錨桿與鎖腳錨桿，并與與鋼軌拱架焊接，錨桿采用Ф22 mm砂漿錨桿，定位錨桿長(zhǎng)度3.0 m，沿拱架環(huán)向間距1.2 m。鎖腳右側(cè)拱腳錨桿設(shè)置4根，左側(cè)拱腳2根，長(zhǎng)3.5 m。同時(shí)，焊縱向連接鋼筋將鋼軌拱架連到一起，縱向鋼筋Ф22 mm，沿環(huán)向間距0.6 m布置。各分部鋼拱架安好后，及時(shí)網(wǎng)噴混凝土25 cm厚。核心土每?jī)裳h(huán)一挖除，為防止因單側(cè)偏壓造成拱架變形侵限，采用Ф200 mm鋼管橫撐加固鋼架拱腳，縱向間距1 m，待下斷面開挖前逐榀拆除。斷面開挖支護(hù)施工流程示意圖見圖4。

圖4 斷面開挖支護(hù)施工流程示意圖

3.2 下斷面施工 待上斷面支護(hù)通過坍方體，塌孔Ⅱ序灌漿7 d后進(jìn)行下半斷面開挖。下半斷面開挖采用先馬口再核心土的施工方案。循環(huán)進(jìn)尺1 m，開挖后架設(shè)下斷面拱架，施做初期支護(hù)。仰拱下斷面按每開挖4 m一循環(huán)并及時(shí)施做。

3.3 二次襯砌 當(dāng)初期支護(hù)變形趨于穩(wěn)定時(shí)，采用跳槽法進(jìn)行塌方段二次襯砌，即從現(xiàn)襯砌地段將模板臺(tái)車走行至塌方段，先襯砌塌方段的方法。襯砌采用Ⅴ級(jí)圍巖鋼筋砼加強(qiáng)式復(fù)合襯砌形式。

4 回填及監(jiān)測(cè)

山體因隧道冒頂塌方地貌遭到破壞，為確保隧道頂部的壓力穩(wěn)定，需對(duì)塌方段進(jìn)行回填處理。同時(shí)要做好科學(xué)的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，確保施工安全。

4.1 塌頂回填 洞內(nèi)襯砌通過坍方后，待強(qiáng)度達(dá)到100%后，陷穴采用土石及時(shí)回填，回填高出地面，頂部1 m范圍內(nèi)采用黏土回填，沉降結(jié)束后地表采用厚30 cmM10漿砌片石鋪砌。

4.2 監(jiān)控量測(cè) 塌方地段每處理完一個(gè)循環(huán)后，及時(shí)布設(shè)監(jiān)控量點(diǎn)，利用洞內(nèi)外觀察、周邊收斂、拱頂下沉、地表下沉等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察、收斂?jī)x、水準(zhǔn)儀、鋼尺等測(cè)設(shè)儀器進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，并及時(shí)分析監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，若有局部位移量偏大段，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。并對(duì)量測(cè)及時(shí)進(jìn)行資料分析，如發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通知業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位，以便及時(shí)處理，并立即采用應(yīng)急預(yù)警措施，以確保施工安全。

5 結(jié)束語

在處理塌方冒頂時(shí)，采用地表開挖截水溝及冒頂陷搭設(shè)防雨棚遮蓋措施，有效防止地表水下滲侵害，加大了塌方段處理過程中的安全系數(shù)。由于采用短循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)，鋼架架設(shè)完成后加設(shè)拱腳橫撐支撐、塌孔固結(jié)灌漿的措施，對(duì)處理坍塌體收到了顯著成效，竣工3年，未發(fā)生任何異常?？傊谒淼浪教幚硎┕ぶ袘?yīng)堅(jiān)持"穩(wěn)坍體、管超前、小進(jìn)尺、多循環(huán)、強(qiáng)支護(hù)、少擾動(dòng)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋"的原則，分區(qū)分段、按順序跟步驟進(jìn)行。還應(yīng)處理好單側(cè)冒頂塌方段的支護(hù)變形問題，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保施工安全。