田 振 宇

(兰新铁路甘青有限公司，甘肃 兰州 730000)

铁路隧道F7断层破碎带塌方处理施工技术应用

田 振 宇

(兰新铁路甘青有限公司，甘肃 兰州 730000)

结合某铁路隧道工程的实例，对隧道断层破碎带塌方处理方法及超前注浆加固处理的施工技术进行了介绍，并对注浆施工过程的相关参数进行了重点说明，总结了破碎带塌方情况下的注浆施工技术要点，提高了处理过程中的施工安全技术，对以后国内类似工程案例提供了有利的参考依据。

隧道，断层，破碎带，注浆

1 工程概况

照通山隧道为双线隧道,全长5 324 m，线路单面上坡,洞内坡度为2%。隧道穿越大阪山区，平均海拔2 800 m，最高海拔3 489.5 m。隧道采用台阶法施工。

隧道施工至DK257+705初支出现裂缝，局部喷射混凝土起皮，后现场进行了补喷，并开始对该段重新布点观测，补喷后未发现异常，监控量测结果显示沉降及收敛值2 mm/d～3 mm/d,量测结果显示围岩较为稳定。施工至仰拱DK257+681～DK257+687段，拱顶至右侧拱腰部位突然出现初支混凝土掉块，现场立即撤退施工人员，随即发生大面积坍塌，塌方段里程为DK257+683～DK257+713.5，塌方纵向长度30.5 m。坍塌渣体在进、出方向形成约60°斜面直至拱顶，渣体为片麻岩、片岩，呈块状，大多粒径0.3 m～0.5 m，最大粒径2 m，拱顶有渗水，渣体约3 800 m3。受塌方体影响，出口方向DK257+713.5大里程方向14榀已支护完成拱架初期混凝土开裂，DK257+683小里程方向初期支护受坍塌影响较小，有2榀拱架拱顶局部出现裂缝。照通山在设计过程中，本段判定地层岩性为石英片岩夹片麻岩，围岩等级Ⅳ级，采用Ⅳa-2型衬砌类型及支护参数，局部使用小导管超前支护，小导管设计参数为：环向间距0.5 m，纵向间距3 m，单根长4 m，搭接1 m。整个隧道正常涌水量2 703.84 m3/d，最大涌水量8 111.52 m3/d。塌方发生后，揭示围岩相当破碎，掌子面开挖渗水较为严重，在掌子面形成雨帘状滴水，裂隙水汇集，易突发涌水。

2 原因分析

经过认真分析，产生塌方的原因主要有：

1)塌方段设计原位F7断层核心地带，实际断层向大里程延伸，但是该段仍处于断层影响带，从施工情况看，该段存在围岩破碎带，开挖过程中原本无水，由于隧道贯通渗流水经此破碎带区域，导致初支背后围岩进一步松弛，此为造成塌方的主要原因。

2)该塌方段前期施工时发现围岩极其破碎，初期支护钢架多次连接存在薄弱环节，且该段处于原平导塌方影响段落，扰动圈较大，现场前期通过架设护拱安全通过，并多次进行了注浆回填，但是注浆效果均不理想。开挖后初支空洞采用灌喷混凝土回填，忽视了扰动圈的注浆效果评估，围岩松弛未得到有力控制。

3)现场辅助正洞下台阶与仰拱施工有所脱节，下台阶落底时仰拱未及时跟进，初支未及时闭合。

3 塌方处理方案

3.1 后方加固措施

1)对后方DK257+862～DK257+763现场拉中槽施工段，每榀钢架两侧增设4 m长φ42小导管锁脚加固，并与钢架焊接牢靠。

2)对DK257+785～DK257+763段回填洞渣形成施工通道。

3)DK257+740～DK257+713.5段采取“套拱+临时仰拱+径向注浆”加固措施，套拱、临时仰拱采用工22型钢+30 cm厚双层钢筋网喷混凝土，并封闭成环，径向注浆采用3 m长φ42小导管，间距2 m，梅花形布置，注水泥单液浆，确保后方施工安全。

3.2 坍塌体处理措施

考虑到出口方向下台阶及仰拱剩余段落较长，以进口作为当前坍塌处理主攻方向，待二衬拆模后回填洞渣形成工作平台，喷射混凝土封闭掌子面进行管棚施工；出口方向待后方加固完成后开始坍塌体处理。

1)超前支护措施。正反两个方向均打设一环长20 m间距30 cm的长管棚，考虑到坍塌体不易成孔的现状，管棚管直接用φ89 mm钻杆代替，管棚间穿插长4.5 m间距30 cm直径42 mm小导管，打设角度45°，高压注入1∶1硫铝酸盐水泥浆。

2)初支背后回填。初期支护施作预留管口，完毕后泵送M10水泥砂浆回填，回填范围开挖轮廓线外5 m。同时考虑原平导PDK257+790出现坍塌，存在空腔，对平导空腔进行回填注浆，防止对正洞形成偏压。

3)初支侵限拆换过程。a.径向注浆加固。换拱前先进行径向、纵向的注浆加固，径向注浆采用钢花管φ42 mm，壁厚4 mm的热轧无缝钢管，长3.5 m，注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距150 cm，纵向间距120 cm。注浆孔采用风机钻开孔，注浆材料采用水泥单液浆，水泥浆水灰比W∶C=1∶1，水泥采用硫铝酸盐水泥，注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa，施工参数见表1。b.侵限拱架拆换。在注浆完成后进行拱架拆换，拱架拆换遵循先上后下、一次一榀的原则进行处理，欠挖一次处理到位，防止换拱完成后出现二次侵限。整体拆换顺序为先拆换原初期支护受影响侵限段和临时护拱段，后拆换塌方段侵限钢架，从进、出口两端开始逐榀向塌方段拆换，拆换完成后中台阶、下台阶初支钢架紧跟，并及时施作仰拱及二衬，避免发生二次侵限。

表1 施工参数表

4 注浆加固处理方案

考察现场实际情况，按照“注浆加固、管棚支护、排水降压”的原则，首先在上台阶施作深孔注浆，管棚支护之后采用高位引水的方案进行该段处理。

4.1 上台阶全断面帷幕注浆加固

通过在掌子面上台阶进行帷幕注浆，加固坍塌体，在隧道开挖轮廓线外形成5 m，并具有一定抗水压能力的稳定固结围岩体，增加超前大管棚刚性支护来提高周边超前围岩的护拱能力，保证隧道开挖及结构安全。

1)帷幕注浆加固设计。

注浆加固范围为DK258+898～DK258+873，单循环纵向加固长度25 m，开挖20 m，搭接5 m。机械设备为多功能履带钻机，对掌子面前方坍塌体进行注浆加固，上半断面及拱墙终孔位置布置在开挖轮廓线外5 m范围内，仰拱在开挖轮廓线外3 m，设计浆液扩散距离1.8 m，共计布设注浆孔63个，见图1，图2。

2)施工工艺流程。

采取前进式分段注浆工艺进行钻孔注浆施工，即采取钻、注交替作业的一种注浆方式，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度3 m～5 m。前进式分段注浆可采用孔口管法兰盘进行止浆。

注浆顺序按“由外到内、由下到上、间隔跳孔”的原则进行，以达到控域注浆，挤密加固的目的。

帷幕注浆施工工艺流程见图3。

3)帷幕注浆设计参数。

帷幕注浆设计参数见表2。

表2 帷幕注浆设计参数表

4)注浆材料。

注浆材料采用普通水泥及35 Be′的水玻璃为主。浆液类型以普通水泥单液浆为主，水泥—水玻璃双液浆为辅。注浆材料配比如表3所示。

表3 浆液配比参数表

序号名称配比参数水灰比体积比水玻璃浓度1普通水泥—水玻璃双液浆W∶C=(0.8～1)∶1C∶S=1∶130Be'～35Be'2普通水泥单液浆W∶C=(0.6～1)∶1

5)效果检查及评定。

a.根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，可采取分析法即结合注浆过程中P—Q—t曲线分析及反算注浆后地层的浆液填充率来判断评价注浆效果。b.根据注浆量分析浆液对地层裂隙的填充率，当浆液填充率达到80%以上，便可判定满足开挖要求。c.选择可能出现的薄弱环节，钻孔出水量较大的区域，或者钻孔过程中出现塌孔、卡钻导致无法前进的区域，进行钻孔检查，检查孔若不塌孔，不涌泥，涌水量小于0.2 L/(m·min)，便可评定效果满足开挖要求。

4.2 管棚支护

注浆结束后须施作大管棚，范围为隧道拱部120°内，沿隧道开挖轮廓线布置。

采用无管棚工作间施工工法，纵向长25 m，开挖轮廓线向内30 cm环向布置，开孔环向间距40 cm，外插角10°，共布设37根管棚，管棚孔可兼作上断面补充注浆孔进一步补强加固。管棚布置见图4。

超前管棚采用外径89 mm，壁厚5 mm的热轧无缝钢管加工，每节长9 m，共3节，全长25 m。每节钻设直径6 mm的眼作为溢浆孔，钻4排，梅花形对称布设，每排孔间距50 cm，每孔管棚末端2.5 m内不钻溢浆孔，并前端加工成锥形尖端。两节管棚采用直径76 mm，壁厚4 mm热轧无缝钢管内插管棚后焊接连接。管棚安设完成后进行全孔一次性注浆。注浆材料以普通水泥单液浆为主，注浆终压：3 MPa～4 MPa。

表4 塌方段监控量测结果汇总

5 监控量测情况

注浆加固处理完成后进行拱架拆换，侵限拱架拆换前及拆换后监控量测数据如表4所示。

根据以上监测结果显示，塌方段落均处于稳定状态。

6 结语

隧道发生坍塌时，需要对原因进行分析，针对性的对坍塌影响范围及时处理，封闭衬砌、仰拱，对扰动及塌方体进行超前注浆加固后，并采取超前管棚支护处理措施，能够恢复隧道的正常结构及施工条件。通过此工程案例验证了隧道断层破碎带塌方情况下处理方法及超前注浆加固处理的施工技术要点以及注浆施工过程的相关参数的合理性，提高了处理过程中的施工安全性，本工程所经过验证积累的注浆参数、作业工艺及标准为以后国内类似工程案例提供了有利的参考依据。

[1] 张民庆，黄洪健.齐岳山隧道高压裂隙水注浆堵水技术[J].铁道工程学报,2010(5)：11-12.

[2] 张民庆,彭 峰.地下工程注浆技术[M].北京：北京地质出版社，2008.

On application of collapse treatment construction technique for F7 fault fracture zone along railway tunnel

TIAN Zhen-yu

(GanqingCo.,LtdofLanzhou-XinjiangRailway,Lanzhou730000,China)

Combining with the example of some railway tunnel project, the paper introduces the treatment methods for the tunnel fault fracture zone and the construction technique for the advanced grouting consolidation treatment, mainly illustrates related parameter of the grouting construction process, sums up the grouting construction technical points under the collapse at the fracture zones, and improves the construction safety technique in the treatment process, so as to provide some reference for similar engineering cases at home.

tunnel, fault, fracture zone, grouting

1009-6825(2014)34-0181-03

2014-09-20

田振宇(1978- )，男，工程师

U458.3

A