超前導(dǎo)管高壓注漿技術(shù)在隧道不良地質(zhì)段塌方處理中的應(yīng)用

張國榮 古軍

（1.西安市太平河渠道管理中心 陜西 西安 710007；2.西安市防汛機(jī)動搶險隊 陜西 西安 710007）

某大型隧道軸線通過不良地質(zhì)區(qū)域，多次發(fā)生不同規(guī)模的坍塌，經(jīng)過仔細(xì)分析，最終形成了系統(tǒng)、行之有效的施工措施?，F(xiàn)將超前導(dǎo)管高壓注漿技術(shù)對不良地質(zhì)缺陷的處理工序要點總結(jié)，與同行共享。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地層巖性

該工程隧道址區(qū)出露地層主要為第四系全新統(tǒng)坡積物、滑坡堆積物，崩積物、千枚巖、片巖夾灰?guī)r。

（1）第四系全新統(tǒng)坡積物

分布于隧址區(qū)梁頂斜坡位置，為褐黃色～灰色含碎石亞粘土，干燥，硬塑，碎石成份為千枚巖、灰?guī)r，成棱角狀，頂部含有草根、樹根等。該層主要見于地表，呈不連續(xù)的透鏡體狀，揭露厚度約0～40.1m。

（2）第四系全新統(tǒng)滑坡堆積物

主要分布在隧道出口附近沖溝兩側(cè)，以含碎石亞粘土為主，土質(zhì)不均，碎石成分為千枚巖，棱角狀，干燥，硬塑，厚度在10m以上。

（3）第四系崩積物

主要分布于隧道進(jìn)口端深切溝谷西側(cè)。崩積物為塊石、碎石，偶見巨石，成分以石灰?guī)r為主，棱角狀，混少量亞粘土。干燥，松散，混雜堆積，厚度10m～20m。

（4）泥盆系片巖千枚巖、灰?guī)r

區(qū)內(nèi)廣泛分布，為隧址區(qū)主要圍巖。主要為淺綠色片巖夾千枚巖、灰?guī)r，呈互層狀，鱗片變晶結(jié)構(gòu)。千枚巖～塊狀構(gòu)造，表層極易風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化厚度2.3m～40m，風(fēng)化后呈砂狀、碎石狀，淺部節(jié)理裂隙發(fā)育，深部巖石致密堅硬。

（5）志留系千枚巖夾灰?guī)r

區(qū)內(nèi)廣泛分布，為隧址區(qū)主要圍巖。主要為灰綠色千枚巖夾灰?guī)r，呈互層狀，傾向以南東為主，局部南西，傾角35°～67°，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀～塊狀構(gòu)造，表層極易風(fēng)化，全～強(qiáng)風(fēng)化厚度30m左右，風(fēng)化后呈砂狀、碎石狀，淺部節(jié)理裂隙發(fā)育，深部巖石致密堅硬。上與西岔河組千枚巖呈斷層接觸，下部接觸關(guān)系不詳，總厚度大于3000m。

1.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)位于華北地塊與揚子地塊碰撞擠壓區(qū)內(nèi)的褶皺帶。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造主要為白石河—冷水河復(fù)式向斜和南羊山區(qū)域大斷層。白石河—冷水河復(fù)式向斜總體呈北西西向展布，其內(nèi)部發(fā)育一系列次級褶皺，隧址區(qū)即在南羊山向斜內(nèi)。南羊山斷層在遂址區(qū)內(nèi)向北部呈北西西—南東東向展布，傾向 10°～35°，傾角 70°～80°，隧址區(qū)位于南羊山斷層下盤。由于受區(qū)域構(gòu)造影響隧址區(qū)有一系列斷層。

隧洞進(jìn)口附近南北向、近東西向兩組節(jié)理較為發(fā)育，洞口圍巖穩(wěn)定性較差，對隧道有影響。出口（西）北南兩側(cè)有兩個滑坡體且規(guī)模較大。滑坡距隧道較遠(yuǎn)，對隧道影響較小。

圖1 大管棚注漿示意圖

圖2 小導(dǎo)管注漿示意圖

圖3 小導(dǎo)管制作大樣

1.3 水文條件

隧道進(jìn)口為一常年流水的沖溝，地表水位標(biāo)高360m左右，對隧道地下水起排泄作用。

地下水類型主要為風(fēng)化基巖裂隙孔隙潛水。實際分析時分別采用了大氣降水入滲法、地下徑流模數(shù)法、泉水流量法三種方法計算，最終取單洞1500m3/d的涌水量考慮，對隧道開挖有一定影響。此外，還應(yīng)充分考慮進(jìn)口段灰?guī)r存在的巖溶水及局部沿斷層破碎帶產(chǎn)生集中涌水的可能。

區(qū)域內(nèi)地表水和地下水對混凝土均無腐蝕性。

2 施工中遭遇的塌方過程

鉆爆施工時圍巖情況發(fā)生突變，褶皺發(fā)育、裂隙密布，巖石十分松軟，破碎強(qiáng)度極低。出碴完畢（鉆爆施工完成約3小時）后在進(jìn)行危石清理時，進(jìn)洞方向右側(cè)拱部部分巖石發(fā)生失穩(wěn)，開始剝落，圍巖坍塌情況加劇，大量破碎巖塊自右側(cè)拱部墜落，（鉆爆施工完成約3.5小時）出現(xiàn)大規(guī)模沙石齊涌的罕見的嚴(yán)重干流沙災(zāi)害，持續(xù)0.5小時（鉆爆施工完成約4小時）方開始穩(wěn)定，此時涌落物已將掌子面和塌穴全部堆滿，流沙體堆積體體積超過600m3。根據(jù)過程觀測和流沙體體積換算，初步判斷塌穴尺寸為環(huán)向約10m，縱向約8m，深度約7m。流沙體揭示為：深灰色強(qiáng)風(fēng)化小顆粒狀和粉末狀千枚巖巖屑和碎石土，局部夾雜強(qiáng)風(fēng)化塊狀千枚巖，表面質(zhì)感光滑，質(zhì)地松脆，強(qiáng)度極低，極易破碎，判斷為V～VI級圍巖。

3 塌方處理

分析認(rèn)為：圍巖塌方主要是由于巖體失穩(wěn)所引發(fā)，從治本的角度考慮，應(yīng)加強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力。通常所采用的方法有：①錨桿法，即利鉆機(jī)在圍巖壁上鉆孔安設(shè)錨桿對圍巖實施加固。②注漿法。將某些水泥或水泥-水玻璃混合液配置成漿液，用壓送設(shè)備將其灌入土層或巖層中，使?jié){液在高壓作用下沿縫隙擴(kuò)散，最終實現(xiàn)膠凝固化。③小導(dǎo)管注漿支護(hù)。掌子面小導(dǎo)管注漿是沿隧道外輪廓線以一定仰角向掌子面前方打入泄?jié){孔的小導(dǎo)管，通過注漿來充分填充土體空隙形成一定厚度的結(jié)合體。該方法不僅可以達(dá)到超前加固圍巖和止水的目的，還能起到超前管棚預(yù)支護(hù)的作用。④大管棚法，即沿開挖輪廓周線鉆設(shè)與隧道軸線平行的鉆孔，而后插入不同直徑的鋼管（鋼管之間留有一定間距）形成鋼管棚架的一種支護(hù)方法。

管棚超前導(dǎo)管高壓注漿是近年發(fā)展起來的一種在軟弱圍巖中進(jìn)行隧道掘進(jìn)的新技術(shù)。其最早作為隧道施工的一種輔助方法，在軟巖隧道施工中穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層，涌水、涌砂層發(fā)揮了重要作用，具有施工快、安全性高、工期短的優(yōu)點，被認(rèn)為是隧道施工中解決冒項的最有效最合理的施工方法。本次隧道塌方處理最后定采用的該技術(shù)。在軟弱土層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線，按照一定的入射角度，打設(shè)一定數(shù)量的小導(dǎo)管，用注漿設(shè)備把配置好的注漿材料，通過小導(dǎo)管注入到軟弱地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴(kuò)散和固結(jié)，并使小導(dǎo)管和土體固結(jié)在一起，起到棚護(hù)和加固地層的作用。

（1）施作30mφ89大管棚穿越塌體。管棚分兩環(huán)施作，搭接長度3m，對塌體進(jìn)行固結(jié)注漿，管棚鋼管間距40cm，數(shù)量每環(huán)31根，漿液采用水泥漿液，配比為水：水泥=1：1，注漿壓力2.0MPa，同時噴射砼封閉掌子面。

（2）管棚施工完畢后，在未塌方段立4榀鋼拱架作為未塌方段和塌方段的過渡加強(qiáng)段，同時等待掌子面噴射砼上升強(qiáng)度。鋼拱采用I16鋼拱架，間距0.75m/榀，拱部每榀鋼拱架拱腳設(shè)8根Φ50鎖腳小鋼管，角度-45°，鋼管長3m內(nèi)部充填水泥砂漿以增加剛度。系統(tǒng)錨桿采用φ22早強(qiáng)砂漿錨桿，L=400cm，@=100×75cm，拱墻布設(shè)；全斷面布設(shè)φ8mm×20mm×20mm鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土厚22cm。

（3）初期支護(hù)穿越塌方段后，在塌方部位施作2根7mΦ200混凝土輸送管，穿越本部初期支護(hù)進(jìn)入塌腔，泵送C25混凝土回填塌穴空腔。

（4）因陷穴部位堆積流砂體松軟自承力低，為避免隧道施工后收斂過大，留下質(zhì)量隱患，因此對隧道全斷面圍巖進(jìn)行固結(jié)注漿處理，增強(qiáng)圍巖自承力。注漿鋼管采用5.0mΦ50鋼管，環(huán)向間距60cm，徑向間距60cm。注漿液采用水泥漿液，配比采用水：水泥 =0.4：1。

（5）將原設(shè)計III變更為V級圍巖進(jìn)行施工，襯砌采用重新設(shè)計，同時調(diào)整部分支護(hù)參數(shù)。

4 結(jié)論

隧道塌方的原因復(fù)雜，形式多樣，處理方法也各異，實際處理中，應(yīng)根據(jù)塌方的位置、大小、施工復(fù)雜程序與難度具體對待。本次隧道工程通過不良地質(zhì)區(qū)段時啟動超前導(dǎo)管高壓注漿技術(shù)施工工序，使巖層提前固結(jié)從而形成整體強(qiáng)度，有效地減少了經(jīng)濟(jì)損失，保證施工安全，達(dá)到了預(yù)期的施工效果。陜西水利