隧洞塌方体注浆加固及支护技术应用

2017-05-17方芳

水利科学与寒区工程 2017年3期

关键词：塌方隧洞注浆

方芳

(贵州江河监理有限公司，贵州贵阳 550001)

隧洞塌方体注浆加固及支护技术应用

方芳

(贵州江河监理有限公司，贵州贵阳 550001)

目前，我国公路网不断完善，高速公路跨河穿山的情况越加常见，由于地形条件的限制，修建隧道成了不可缺少的部分。在隧洞施工中，塌方、突水等事故会影响施工进度，增加施工造价，危及施工人员的生命安全。因此，必须重视相关加固处理措施的合理应用，确保工程安全。本文主要通过隧洞塌方体注浆加固及支护技术的工程应用实例，阐述了注浆加固施工过程，可为类似工程提供参考。

隧洞；塌方体；注浆加固；支护技术

随着我国道路建设规模的日益扩大，隧洞施工越来越频繁，难免也会遭遇一些不良地质，如：岩溶、断层、软弱带，一旦施工不当，极易出现大规模塌方、冒顶等事故[1]，直接影响到工程施工质量、进度以及造价。为了确保工程施工作业的顺利开展，必须做好事故处理工作，注浆加固是目前较为常见的治理方法之一[2]，通过将浆液注入地层达到改善土体力学性能、防渗堵水的目的，在隧道、地铁、矿井等工程中均取得较好的应用效果[3]。

1 隧洞塌方体与注浆加固

1.1 隧洞塌方体及其成因

在隧洞开挖施工中，因为地质条件等因素的影响，难免会出现塌方、断层等问题。其中，塌方具有高危性和高发性，直接影响到施工人员的人身安全，做好塌方体的处理十分重要。在进行塌方体处理施工时，应对其成因进行具体分析，保证处理措施的合理性与科学性。塌方体成因具体表现为以下几种：

1.1.1 不良地质、水文条件

(1)在隧洞施工过程中，若是其穿过断层破碎带或是错动发育的区域，极易因为开挖导致围岩失稳，出现围岩掉块、塌落等现象，严重时即会导致塌方。

(2)当隧洞通过堆积体时，也会因为结构松散、颗粒间胶结差，甚至是无胶结，出现塌方。

(3)隧洞穿越地层覆盖过薄区域，例如：丘陵浅埋段、沿河傍山、偏压地段等均容易出现塌方事故。

(4)水也是导致塌方事故的一个重要因素，其具有冲蚀、溶解等作用，从而导致岩体强度下降、失稳、塌落。

1.1.2 设计问题

在进行隧洞设计时，若是未科学开展勘察工作，选址不合理，则会导致施工中遭遇一些不良地段，出现塌方现象。此外，隧洞设计不合理也会导致施工方案出现失误，从而引发安全事故。

1.1.3 施工不当

在隧洞施工时，若采用的施工方法与实际地质条件存在差异，或是地质条件出现变化时，没有及时调整施工方案，支护不及时，导致围岩松动，出现塌方。

1.2 隧洞塌方体注浆加固原理

注浆又称为灌浆，是用来加固地层或进行防渗堵漏的重要技术。在隧洞塌方体注浆加固施工中，主要是在地表用钻孔机械钻孔，通过钻孔用一定的压力将水泥浆液压入土体孔隙、强风化岩体裂隙中或在碎石土孔隙以及细颗粒岩体内注入具有填充、胶结的浆液材料，经过浆体的充填、压密、渗透作用后，使岩土体孔隙、裂隙被浆体填充，增加覆盖强度、稳定性和防水性，保证隧洞能够正常施工。注浆后塌方体的土体组成如图1所示。

图1 注浆后塌方体的土体组成

2 应用实例

2.1 工程概况

叶家河隧洞桂松32+848～33+217段设计为V类围岩。1月4日叶家河隧洞开挖桂松至33+124处，掌子面出现频繁掉块现象，右侧伴随流沙，流沙包含软泥。流沙空腔高度达十几米，经业主、设计、监理及施工方现场商定，为保证施工人员安全，待围岩稳定后立即进行支护。至1月5日凌晨4点围岩掉块现象依然严重，此时掌子面出现大范围坍塌，并发现桂松33+124处出现地表沉陷，深度2 m，直径8 m。

2.2 隧道塌方原因

经业主、设计、监理、施工四方现场勘察认定：地表土质为古滑坡体，此段覆盖层较薄约30 m，地表土体松散，局部有煤层采空区及较大溶洞。为保证今后隧洞施工安全，决定对桂松33+122～33+152浅埋段进行地表注浆处理，加固和加强本段隧洞一次支护。

2.3 塌方体注浆加固及支护方案

本工程采用深孔注浆加固处理隧洞塌方体、增强隧洞一次支护。

2.3.1 深孔注浆

在桂松33+122～33+152段长30 m，宽5 m地表范围内布设注浆孔(Φ89×6 mm热轧无缝钢管)39个，梅花型布置；注浆管长度：隧洞区域为地表至隧洞开挖外轮廓，隧洞两侧为地表至隧洞底板下1 m处，使用注浆管预计1522.57 m。地表深孔注浆发生工程量最终以现场监理确定实际工程量为准，注浆孔布置断面图如图2所示。

图2 注浆孔布置断面图

深孔注浆的目的主要是对隧洞桂松33+122～桂松33+152段塌方区的隧洞顶板以上塌方体进行加固处理。一方面改良塌方体的物理力学性状，另一方面尽量恢复地层应力的平衡状态，使清理塌方体时减小塌方体对内支撑的压力。即通过高压充填、挤密、固结，增加土体强度，尽量使隧洞恢复重新掘进、支护和安全施工。

施工方案主要参数如下：注浆孔按2.5 m×2.5 m间距梅花型布置；注浆段范围隧洞底板下1 m，隧洞底板上15 m(16 m范围)，注浆段总长预计为546 m；注浆初压力为0.5～1.0 MPa，终压根据注浆试验情况确定，稳压时间为30 min;注浆管为Φ89×6 mm热轧无缝钢管，即为注浆管，也是注浆固结体的主要受力件。

2.3.2 隧洞塌方段10 m范围内加强支护措施

(1)Ⅰ18工字钢架支护。在保证无欠挖的前提下架立钢架，钢架与初喷混凝土要密切接触。钢架纵向间距30 cm，间距允许偏差±10 cm，垂直度允许偏差±2°，钢架间纵向连接钢筋为Φ22钢筋，环向间距0.8 m，纵向连接时，单面焊搭接长度为22 cm，双向焊搭接长为11 cm。接头螺栓拧紧。

(2)钢筋网布设。拱墙设置Φ8钢筋网，钢筋网孔为20 cm×20 cm，网孔允许偏差±1 cm，钢筋网搭接长度为1～2个网孔，允许偏差±5 cm。钢筋网布设紧贴岩面，铺设平顺。

(3)Φ25砂浆锚杆，长度3 m，排距1 m，每排9根；喷厚25 cm的C20混凝土(为保证衬砌厚度，钢架内轮廓尺寸为4.15 m)。

(4)拱部设双层超前小导管支护。钢管采用外径42 mm，壁厚3.5 mm热轧无缝钢管，每根长4.0 m。小导管环向间距40 cm，纵向相邻两排的水平投影搭接，长度190 cm。小导管外插角10°～30°。小导管注浆用水泥水玻璃浆液，具体水泥砂浆配合比和注浆压力由现场实验确定。

(5)径向锚管支护:为保证一次支护稳定性，将在塌体范围内径向打设Φ42×3.5 mm小导管，每根长度均为6 m，环向间距1 m×1 m梅花型布置，注水泥水玻璃浆。

(6)在塌体范围内设置临时仰拱，仰拱底部采用Ⅰ18工字钢支护，钢架间距为30 cm，临时仰拱采用C25混凝土浇筑，混凝土厚度为50 cm。

2.4 施工工艺

注浆施工流程如图3所示。

图3 注浆施工流程图

2.4.1 施工准备

(1)新修施工便道，长度150 m，宽度6 m。

(2)标注注浆加固范围。在叶家河隧洞地表坡面上打设木桩圈定注浆范围。

(3)清理注浆地表。清除注浆坡面上的妨碍注浆的杂物，清理中尽量不破坏地表植被。

(4)地表注浆坡面上按间距2.5 m×2.5 m，进行注浆布点。布点按梅花型布置，并在各注浆点钉设小木桩。

(5)计算各点的打设角度和深度。

(6)测量注浆范围内的各注浆点的坐标及高程，计算该注浆点的注浆深度。

2.4.2 钻孔、钢管加工安装和注浆

(1)钻孔。非注浆段，采用Φ89锥形实心钻头，进行冲击钻进，既可以挤密土体，也可以提高施工效率，同时也可以防止注浆时水泥浆液大量进入这部分土体。注浆段，采用Φ89钻头，泥浆护壁钻进，钻进时严格控制钻压，保证钻进速度均匀和钻孔的垂直度。全孔不采用清水钻进。钻孔用泥浆采用专人负责。为防止钻孔液大量流入塌体，钻孔漏浆时应及时封堵。终孔位置：隧洞区域钻至隧洞衬砌体外轮廓终止，隧洞两侧钻至隧洞底板下1.5 m处终止。及时做好成孔记录。

(2)钢管加工和安装。注浆管加工如图4所示。注浆孔成孔后，才能安装注浆管；安装注浆管时，采用自由下落方式进行。

(3)注浆。注浆阶段：第一阶段是选择小量的、分布合理的，进行大流量、快凝固的低压注浆，注浆目的层是隧洞内的塌方体及隧洞顶板的岩土体，以封堵主要的泄浆通道，为第二阶段高压注浆创造条件。第二阶段为高压注浆，主要目的层是隧洞顶板的岩土体。通过两个阶段的注浆才能达到稳定塌体、保证隧洞施工的目的。

图4 注浆管加工大样图

注浆工艺：采用多孔同时注浆，每次注浆数量不少于3个；注浆采用双液注浆工艺；先注岩体比较破碎地带，后注岩体比较完整地段；注浆用水泥浆液的水灰比为0.5∶1，其具体比例根据土体的实际情况和注浆压力来确定；在注浆过程中，应根据实际情况及时调整水灰比，并且做好相关记录；注浆结束标准：注浆孔段注入率不大于1 L/min，稳定时间为30 min，特殊情况另行处理；注浆量以注浆压力来控制，注浆量过大时可采取其它措施。

注浆效果检查：全部注浆完成7 d后，进行注浆效果检查和评定，不合格者进行补孔注浆。对注浆过程中的各种施工记录资料进行综合分析，注浆压力和注浆量是否合理，是否达到要求；通过压水试验，判断注浆固结质量是否满足要求。

(4)特殊情况处理。当每孔注浆量大于30 L/min，小于50 L/min时逐级调整水灰比灌注。当每孔注浆量大于50 L/min时，可越级灌注。当注浆量过大，每孔注入量水泥大于10 t时待凝4 h以上再扫孔复灌，直至达到灌浆结束标准为止。当地表冒浆时进行减压控制。