大管棚劈裂注漿整治隧道滑塌的應(yīng)用研究

郭 正 偉

(中鐵建南方建設(shè)投資有限公司,廣東 深圳 518131)

1 概述

本隧道為凈高7.1 m，凈寬11.1 m的雙洞公路隧道。北洞口段覆蓋層厚僅5 m～13 m，其地質(zhì)為亞黏土、中細(xì)砂和砂礫土互層的坡積土，結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差，且位于滑坡和斷層地段。進(jìn)洞采用雙層超前錨桿支護(hù)，配合上半斷面雙眼鏡法(雙側(cè)壁導(dǎo)坑中間環(huán)形掏槽)施工。正洞按設(shè)計(jì)施工到48 m處，發(fā)生通天大塌方，從39 m至48 m處被塌方封死。山體失穩(wěn)滑塌，拱圈擠裂并下沉，洞口又被滑塌體封死，施工被迫停工。

2 整治方案比選

根據(jù)洞內(nèi)塌方和洞外山體滑塌情況，組織有關(guān)專家分析原因，擬定了三個(gè)整治方案：

方案一：洞口段隧道周邊山體采取豎向注漿加固后，采用超前錨桿開挖抽換整治。

方案二：洞口增加直徑1.5 m～1.8 m的鋼筋混凝土抗滑樁5根后，采用超前小管棚注漿，開挖抽換整治。

方案三：洞口范圍增加直徑150 mm鋼管注漿抗滑樁后(4×9根)，采用超前大管棚(直徑125 mm)劈裂注漿加固，開挖抽換整治。

經(jīng)過充分分析論證后認(rèn)為：方案一標(biāo)本兼治，但處理費(fèi)用昂貴；方案二施工不安全，時(shí)間長，且小管棚注漿費(fèi)用高；方案三進(jìn)度快，管棚長度可達(dá)20 m～60 m，穩(wěn)固可靠，減少超前支護(hù)施作次數(shù)，剛度較高，受力均勻，支護(hù)可靠且費(fèi)用低?？梢?，方案三比方案一、方案二有明顯優(yōu)勢，決定應(yīng)用超前大管棚劈裂注漿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行整治。

3 超前大管棚劈裂注漿支護(hù)技術(shù)

大管棚超前支護(hù)處治滑塌的參數(shù)因地質(zhì)、塌方原因、要求處治效果、機(jī)械選用、施工工藝水平而異，沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。本工程重點(diǎn)圍繞大管棚受力特征，施鉆機(jī)具，施工工藝、洞口地質(zhì)情況、處治要求進(jìn)行試驗(yàn)和選定管棚的長度、管棚直徑及材質(zhì)、管棚施作間距、管棚搭接長度等技術(shù)參數(shù)。

3.1 管棚荷載及受力特征

管棚上的荷載因地質(zhì)狀況、埋深、長度、施工工藝等因素而異，其荷載分布大小比較復(fù)雜，據(jù)國外資料介紹，管棚土壓力的實(shí)測值為理論計(jì)算值的25%～33%。根據(jù)管棚中設(shè)置的應(yīng)力測點(diǎn)，測得管棚荷載為理論計(jì)算值的36%～47%，在開挖施工中，拱頂部位管棚最大應(yīng)力在初期支護(hù)未封閉段的中間部位。開挖面前方2 m～3 m處的應(yīng)力最小。

3.2 管棚長度

左右隧道需處治長度約51 m，設(shè)計(jì)管棚總長51 m，選用可鉆60 m的鉆機(jī)。但考慮到圍巖松散、易坍塌、卡鉆或堵管以及管棚受力特征、外插角施作控制等因素，決定分3次循環(huán)，每循環(huán)管棚長21 m，采用9 m+6 m+6 m絲扣接管2次，管棚搭接長度2.5 m，選用直徑125 mm、壁厚4.5 mm～5.0 mm的Ⅰ級鋼焊接管。

3.3 管棚間距

管棚間距因管棚承受的荷載、施工精度、塌體孔隙率、注漿擴(kuò)散半徑而異；最終確定鋼管間距為50 cm，沿隧道拱腰上內(nèi)輪廓線外130 cm環(huán)形設(shè)置。

3.4 管棚施作與注漿

大管棚施工一般有套管插入式和直接打入式兩種施鉆工藝，套管插入式是先用鉆機(jī)將鋼管打到預(yù)定深度后退出螺旋鉆桿，將管棚鋼管插入套管中(兼注漿管)，然后拔出套管，再向管棚內(nèi)注漿。直接打入式用鉆機(jī)采用套管螺旋鉆桿，直接將管棚鋼管鉆到預(yù)定位置后，退出螺旋鉆桿，然后注漿。直接打入省去了插套管和拔套管的工序，進(jìn)度快，故選定直接打入施鉆工藝。第一次注漿是利用大管棚，管壁鉆花孔，間距0.4 m～0.8 m，管頭封堵，低壓注水泥砂漿；第二次劈裂注漿則采用直徑20 mm花管高壓低速雙液注漿。注漿參數(shù)見表1。

表1 注漿參數(shù)表

4 劈裂注漿工藝及質(zhì)量控制

隧道洞內(nèi)塌體1 100 m3，洞口滑塌體5 400 m3，經(jīng)試驗(yàn)塌體空隙率達(dá)0.15～0.35。如全部采用水泥、水玻璃填充注漿，費(fèi)用昂貴。經(jīng)過比選，采用劈裂注漿，大大節(jié)省了整治費(fèi)用。

雙液注漿，采用電動雙液注漿機(jī)(KBY-70型)注漿，在水泥砂漿注漿結(jié)束40 min～50 min后開始，雙液漿水灰比為1∶1～0.9∶1，水泥漿與水玻璃體積比為1∶1，水泥為425號或525號，水玻璃濃度35°Be′，模數(shù)2.65，注漿終壓1.2 MPa～1.5 MPa。采取高壓低流速注漿，達(dá)到終壓即應(yīng)停止注漿。

5 結(jié)論與展望

隧道滑塌處治長度48 m，施作46根直徑125 mm長管棚總長2 346 m，注漿固結(jié)，開挖掘進(jìn)錨噴支護(hù)等共施工了兩個(gè)半月，與山體注漿固結(jié)方案和小管棚注漿方案相比，經(jīng)測算工期縮短25 d，處治費(fèi)用可節(jié)約110萬元。從開挖掘進(jìn)檢驗(yàn)注漿效果良好，經(jīng)過這次工程實(shí)踐，得到以下結(jié)論：

1)大管棚技術(shù)在軟弱、松散、破碎圍巖和大塌方處治中明顯優(yōu)于小管棚，本隧道施作的大管棚長度僅為21 m并取得成功。能否向更深長方向發(fā)展，在鉆機(jī)的研制、選型，尤其施鉆精度(縱向水平方向控制)、操作人員操作水平、施工中檢測、控制手段、糾偏措施需進(jìn)一步探討。

2)劈裂注漿處理圍巖松散破碎的隧道大型塌方，具有費(fèi)用低效果好的優(yōu)勢，但目前用此法處治的事例不多，施工中還缺乏詳盡的檢測記錄，尤其是最佳注漿參數(shù)選定、施作工藝控制尚待進(jìn)一步研究。