隧洞塌方體注漿加固及支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

方 芳

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

隧洞塌方體注漿加固及支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

方 芳

(貴州江河監(jiān)理有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

目前，我國(guó)公路網(wǎng)不斷完善，高速公路跨河穿山的情況越加常見(jiàn)，由于地形條件的限制，修建隧道成了不可缺少的部分。在隧洞施工中，塌方、突水等事故會(huì)影響施工進(jìn)度，增加施工造價(jià)，危及施工人員的生命安全。因此，必須重視相關(guān)加固處理措施的合理應(yīng)用，確保工程安全。本文主要通過(guò)隧洞塌方體注漿加固及支護(hù)技術(shù)的工程應(yīng)用實(shí)例，闡述了注漿加固施工過(guò)程，可為類(lèi)似工程提供參考。

隧洞；塌方體；注漿加固；支護(hù)技術(shù)

隨著我國(guó)道路建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大，隧洞施工越來(lái)越頻繁，難免也會(huì)遭遇一些不良地質(zhì)，如：巖溶、斷層、軟弱帶，一旦施工不當(dāng)，極易出現(xiàn)大規(guī)模塌方、冒頂?shù)仁鹿蔥1]，直接影響到工程施工質(zhì)量、進(jìn)度以及造價(jià)。為了確保工程施工作業(yè)的順利開(kāi)展，必須做好事故處理工作，注漿加固是目前較為常見(jiàn)的治理方法之一[2]，通過(guò)將漿液注入地層達(dá)到改善土體力學(xué)性能、防滲堵水的目的，在隧道、地鐵、礦井等工程中均取得較好的應(yīng)用效果[3]。

1 隧洞塌方體與注漿加固

1.1 隧洞塌方體及其成因

在隧洞開(kāi)挖施工中，因?yàn)榈刭|(zhì)條件等因素的影響，難免會(huì)出現(xiàn)塌方、斷層等問(wèn)題。其中，塌方具有高危性和高發(fā)性，直接影響到施工人員的人身安全，做好塌方體的處理十分重要。在進(jìn)行塌方體處理施工時(shí)，應(yīng)對(duì)其成因進(jìn)行具體分析，保證處理措施的合理性與科學(xué)性。塌方體成因具體表現(xiàn)為以下幾種：

1.1.1 不良地質(zhì)、水文條件

(1)在隧洞施工過(guò)程中，若是其穿過(guò)斷層破碎帶或是錯(cuò)動(dòng)發(fā)育的區(qū)域，極易因?yàn)殚_(kāi)挖導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，出現(xiàn)圍巖掉塊、塌落等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)即會(huì)導(dǎo)致塌方。

(2)當(dāng)隧洞通過(guò)堆積體時(shí)，也會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)松散、顆粒間膠結(jié)差，甚至是無(wú)膠結(jié)，出現(xiàn)塌方。

(3)隧洞穿越地層覆蓋過(guò)薄區(qū)域，例如：丘陵淺埋段、沿河傍山、偏壓地段等均容易出現(xiàn)塌方事故。

(4)水也是導(dǎo)致塌方事故的一個(gè)重要因素，其具有沖蝕、溶解等作用，從而導(dǎo)致巖體強(qiáng)度下降、失穩(wěn)、塌落。

1.1.2 設(shè)計(jì)問(wèn)題

在進(jìn)行隧洞設(shè)計(jì)時(shí)，若是未科學(xué)開(kāi)展勘察工作，選址不合理，則會(huì)導(dǎo)致施工中遭遇一些不良地段，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。此外，隧洞設(shè)計(jì)不合理也會(huì)導(dǎo)致施工方案出現(xiàn)失誤，從而引發(fā)安全事故。

1.1.3 施工不當(dāng)

在隧洞施工時(shí)，若采用的施工方法與實(shí)際地質(zhì)條件存在差異，或是地質(zhì)條件出現(xiàn)變化時(shí)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整施工方案，支護(hù)不及時(shí)，導(dǎo)致圍巖松動(dòng)，出現(xiàn)塌方。

1.2 隧洞塌方體注漿加固原理

注漿又稱(chēng)為灌漿，是用來(lái)加固地層或進(jìn)行防滲堵漏的重要技術(shù)。在隧洞塌方體注漿加固施工中，主要是在地表用鉆孔機(jī)械鉆孔，通過(guò)鉆孔用一定的壓力將水泥漿液壓入土體孔隙、強(qiáng)風(fēng)化巖體裂隙中或在碎石土孔隙以及細(xì)顆粒巖體內(nèi)注入具有填充、膠結(jié)的漿液材料，經(jīng)過(guò)漿體的充填、壓密、滲透作用后，使巖土體孔隙、裂隙被漿體填充，增加覆蓋強(qiáng)度、穩(wěn)定性和防水性，保證隧洞能夠正常施工。注漿后塌方體的土體組成如圖1所示。

圖1 注漿后塌方體的土體組成

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

葉家河隧洞桂松32+848～33+217段設(shè)計(jì)為V類(lèi)圍巖。1月4日葉家河隧洞開(kāi)挖桂松至33+124處，掌子面出現(xiàn)頻繁掉塊現(xiàn)象，右側(cè)伴隨流沙，流沙包含軟泥。流沙空腔高度達(dá)十幾米，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工方現(xiàn)場(chǎng)商定，為保證施工人員安全，待圍巖穩(wěn)定后立即進(jìn)行支護(hù)。至1月5日凌晨4點(diǎn)圍巖掉塊現(xiàn)象依然嚴(yán)重，此時(shí)掌子面出現(xiàn)大范圍坍塌，并發(fā)現(xiàn)桂松33+124處出現(xiàn)地表沉陷，深度2 m，直徑8 m。

2.2 隧道塌方原因

經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方現(xiàn)場(chǎng)勘察認(rèn)定：地表土質(zhì)為古滑坡體，此段覆蓋層較薄約30 m，地表土體松散，局部有煤層采空區(qū)及較大溶洞。為保證今后隧洞施工安全，決定對(duì)桂松33+122～33+152淺埋段進(jìn)行地表注漿處理，加固和加強(qiáng)本段隧洞一次支護(hù)。

2.3 塌方體注漿加固及支護(hù)方案

本工程采用深孔注漿加固處理隧洞塌方體、增強(qiáng)隧洞一次支護(hù)。

2.3.1 深孔注漿

在桂松33+122～33+152段長(zhǎng)30 m，寬5 m地表范圍內(nèi)布設(shè)注漿孔(Φ89×6 mm熱軋無(wú)縫鋼管)39個(gè)，梅花型布置；注漿管長(zhǎng)度：隧洞區(qū)域?yàn)榈乇碇了矶撮_(kāi)挖外輪廓，隧洞兩側(cè)為地表至隧洞底板下1 m處，使用注漿管預(yù)計(jì)1522.57 m。地表深孔注漿發(fā)生工程量最終以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理確定實(shí)際工程量為準(zhǔn)，注漿孔布置斷面圖如圖2所示。

圖2 注漿孔布置斷面圖

深孔注漿的目的主要是對(duì)隧洞桂松33+122～桂松33+152段塌方區(qū)的隧洞頂板以上塌方體進(jìn)行加固處理。一方面改良塌方體的物理力學(xué)性狀，另一方面盡量恢復(fù)地層應(yīng)力的平衡狀態(tài)，使清理塌方體時(shí)減小塌方體對(duì)內(nèi)支撐的壓力。即通過(guò)高壓充填、擠密、固結(jié)，增加土體強(qiáng)度，盡量使隧洞恢復(fù)重新掘進(jìn)、支護(hù)和安全施工。

施工方案主要參數(shù)如下：注漿孔按2.5 m×2.5 m間距梅花型布置；注漿段范圍隧洞底板下1 m，隧洞底板上15 m(16 m范圍)，注漿段總長(zhǎng)預(yù)計(jì)為546 m；注漿初壓力為0.5～1.0 MPa，終壓根據(jù)注漿試驗(yàn)情況確定，穩(wěn)壓時(shí)間為30 min;注漿管為Φ89×6 mm熱軋無(wú)縫鋼管，即為注漿管，也是注漿固結(jié)體的主要受力件。

2.3.2 隧洞塌方段10 m范圍內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)措施

(1)Ⅰ18工字鋼架支護(hù)。在保證無(wú)欠挖的前提下架立鋼架，鋼架與初噴混凝土要密切接觸。鋼架縱向間距30 cm，間距允許偏差±10 cm，垂直度允許偏差±2°，鋼架間縱向連接鋼筋為Φ22鋼筋，環(huán)向間距0.8 m，縱向連接時(shí)，單面焊搭接長(zhǎng)度為22 cm，雙向焊搭接長(zhǎng)為11 cm。接頭螺栓擰緊。

(2)鋼筋網(wǎng)布設(shè)。拱墻設(shè)置Φ8鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)孔為20 cm×20 cm，網(wǎng)孔允許偏差±1 cm，鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)孔，允許偏差±5 cm。鋼筋網(wǎng)布設(shè)緊貼巖面，鋪設(shè)平順。

(3)Φ25砂漿錨桿，長(zhǎng)度3 m，排距1 m，每排9根；噴厚25 cm的C20混凝土(為保證襯砌厚度，鋼架內(nèi)輪廓尺寸為4.15 m)。

(4)拱部設(shè)雙層超前小導(dǎo)管支護(hù)。鋼管采用外徑42 mm，壁厚3.5 mm熱軋無(wú)縫鋼管，每根長(zhǎng)4.0 m。小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm，縱向相鄰兩排的水平投影搭接，長(zhǎng)度190 cm。小導(dǎo)管外插角10°～30°。小導(dǎo)管注漿用水泥水玻璃漿液，具體水泥砂漿配合比和注漿壓力由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

(5)徑向錨管支護(hù):為保證一次支護(hù)穩(wěn)定性，將在塌體范圍內(nèi)徑向打設(shè)Φ42×3.5 mm小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)度均為6 m，環(huán)向間距1 m×1 m梅花型布置，注水泥水玻璃漿。

(6)在塌體范圍內(nèi)設(shè)置臨時(shí)仰拱，仰拱底部采用Ⅰ18工字鋼支護(hù)，鋼架間距為30 cm，臨時(shí)仰拱采用C25混凝土澆筑，混凝土厚度為50 cm。

2.4 施工工藝

注漿施工流程如圖3所示。

圖3 注漿施工流程圖

2.4.1 施工準(zhǔn)備

(1)新修施工便道，長(zhǎng)度150 m，寬度6 m。

(2)標(biāo)注注漿加固范圍。在葉家河隧洞地表坡面上打設(shè)木樁圈定注漿范圍。

(3)清理注漿地表。清除注漿坡面上的妨礙注漿的雜物，清理中盡量不破壞地表植被。

(4)地表注漿坡面上按間距2.5 m×2.5 m，進(jìn)行注漿布點(diǎn)。布點(diǎn)按梅花型布置，并在各注漿點(diǎn)釘設(shè)小木樁。

(5)計(jì)算各點(diǎn)的打設(shè)角度和深度。

(6)測(cè)量注漿范圍內(nèi)的各注漿點(diǎn)的坐標(biāo)及高程，計(jì)算該注漿點(diǎn)的注漿深度。

2.4.2 鉆孔、鋼管加工安裝和注漿

(1)鉆孔。非注漿段，采用Φ89錐形實(shí)心鉆頭，進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，既可以擠密土體，也可以提高施工效率，同時(shí)也可以防止注漿時(shí)水泥漿液大量進(jìn)入這部分土體。注漿段，采用Φ89鉆頭，泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)格控制鉆壓，保證鉆進(jìn)速度均勻和鉆孔的垂直度。全孔不采用清水鉆進(jìn)。鉆孔用泥漿采用專(zhuān)人負(fù)責(zé)。為防止鉆孔液大量流入塌體，鉆孔漏漿時(shí)應(yīng)及時(shí)封堵。終孔位置：隧洞區(qū)域鉆至隧洞襯砌體外輪廓終止，隧洞兩側(cè)鉆至隧洞底板下1.5 m處終止。及時(shí)做好成孔記錄。

(2)鋼管加工和安裝。注漿管加工如圖4所示。注漿孔成孔后，才能安裝注漿管；安裝注漿管時(shí)，采用自由下落方式進(jìn)行。

(3)注漿。注漿階段：第一階段是選擇小量的、分布合理的，進(jìn)行大流量、快凝固的低壓注漿，注漿目的層是隧洞內(nèi)的塌方體及隧洞頂板的巖土體，以封堵主要的泄?jié){通道，為第二階段高壓注漿創(chuàng)造條件。第二階段為高壓注漿，主要目的層是隧洞頂板的巖土體。通過(guò)兩個(gè)階段的注漿才能達(dá)到穩(wěn)定塌體、保證隧洞施工的目的。

圖4 注漿管加工大樣圖

注漿工藝：采用多孔同時(shí)注漿，每次注漿數(shù)量不少于3個(gè)；注漿采用雙液注漿工藝；先注巖體比較破碎地帶，后注巖體比較完整地段；注漿用水泥漿液的水灰比為0.5∶1，其具體比例根據(jù)土體的實(shí)際情況和注漿壓力來(lái)確定；在注漿過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整水灰比，并且做好相關(guān)記錄；注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿孔段注入率不大于1 L/min，穩(wěn)定時(shí)間為30 min，特殊情況另行處理；注漿量以注漿壓力來(lái)控制，注漿量過(guò)大時(shí)可采取其它措施。

注漿效果檢查：全部注漿完成7 d后，進(jìn)行注漿效果檢查和評(píng)定，不合格者進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。對(duì)注漿過(guò)程中的各種施工記錄資料進(jìn)行綜合分析，注漿壓力和注漿量是否合理，是否達(dá)到要求；通過(guò)壓水試驗(yàn)，判斷注漿固結(jié)質(zhì)量是否滿(mǎn)足要求。

(4)特殊情況處理。當(dāng)每孔注漿量大于30 L/min，小于50 L/min時(shí)逐級(jí)調(diào)整水灰比灌注。當(dāng)每孔注漿量大于50 L/min時(shí)，可越級(jí)灌注。當(dāng)注漿量過(guò)大，每孔注入量水泥大于10 t時(shí)待凝4 h以上再掃孔復(fù)灌，直至達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為止。當(dāng)?shù)乇砻皾{時(shí)進(jìn)行減壓控制。

3 結(jié) 論

注漿技術(shù)在各種工程中得到了十分廣泛的應(yīng)

用，礦井、隧道、地鐵等工程開(kāi)挖過(guò)程中，若是遭遇塌方等事故，可利用注漿加固和支護(hù)，保證工程的順利進(jìn)行。在葉家河隧洞施工中，深孔注漿和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用獲得了良好的施工效果。

[1] 朱鋒盼, 胡建華, 章立峰,等. 小導(dǎo)管注漿法在隧道塌方治理中的應(yīng)用[J]. 中外公路, 2012, 32(4):248-250.

[2] 王義霞,陳彬,張雷.注漿與管棚加固在隧道坍塌段施工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013,29(8):107-108.

[3] 王平.鑼鼓洞隧道涌水塌方處治技術(shù)研究[J].中國(guó)水運(yùn)月刊,2015,15(5):205-208.

方 芳(1977-)，男，湖北天門(mén)人，高級(jí)工程師，主要從事工程監(jiān)理方面工作。E-mail:727319120@qq.com。

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2096-0506(2017)03-0088-04