反压注浆法在隧道塌方控制中的应用

王永峰（中交第二公路工程局有限公司，西安710065）

反压注浆法在隧道塌方控制中的应用

王永峰
（中交第二公路工程局有限公司，西安710065）

摘要：本文就反压注浆法对隧道塌方治理的作用机理进行叙述，并结合新建贵广铁路古山坪隧道和古利隧道塌方控制过程及效果，对反压注浆法在隧道塌方治理中的应用进行介绍。

关键词：隧道施工；坍塌；堆渣反压法；注浆加固

0引言

隧道塌方是隧道施工中的经常遇到地质灾害，在塌方出现预兆或塌方已经开始及发展时，如不果断采取有效措施，往往由掉块、落石及小塌方发展为大塌方甚至重大安全事故。反压注浆法能够及时有效的预防和控制大塌方发生，或使正在发展的塌方终止，并能安全通过软弱破碎段或坍塌体使隧道正常掘进。

1反压注浆法的作用机理

1.1堆土（渣）反约束作用

隧道在开挖后掌子面围岩原有受力平衡被破坏，出现一个临空面，失去了约束。当掌子面围岩出现松散软弱破碎或富水情况时，极容易失稳导致滑落或坍塌。堆渣回填掌子面，能够为已经失稳或达到极限平衡状态的临空面围岩提供反向抗力，还原到平衡状态。从而约束其位移变形或垮塌。

1.2实方变虚方体积扩大效应

当隧道坍塌出现小塌腔并继续发展时，堆渣回填掌子面能够封闭塌腔土石漏出口，使塌腔形成封闭腔。继续掉落的土石会在腔内形成堆积体。掉落的土石在由实方量变为虚方量时体积会增大，体积增大系数依据现场经验总结，一般在1.3～1.5。随着坍塌的发展，掉落土石形成的堆积体最终会填充满塌腔，使塌腔壁围岩受到约束，进而使塌方停止。该方法最大的优点是利用了坍塌堆积体填充塌腔。

1.3注浆固结效应

坍塌停止趋于稳定后，即可对坍塌堆积体及周边围岩进行小导管注浆加固。注浆压力一般在0.6～2.0MPa范围内。在较大压力作用下水泥/水玻璃浆液渗透到土石间的空隙中，形成填充并胶结凝固，使坍塌堆积体及隧道开挖轮廓线以外一定范围的松散土石固结成整体，围岩整体稳定性大大提高。

1.4小导管的简支梁效应

小导管除过将浆液注入围岩内固结土石体，还具有简支梁效应。小导管具有较好的刚度和强度，前端以5°～12°的外插角插入开挖面前方深部围岩，后端支撑在钢拱架上并焊接牢固，形成一端绞支的简支梁。钢架与开挖面之间未支护的围岩刚好被小导管外露部分形成的简支梁支撑，提供松动压力抗力。使二次应力重分布向着利于围岩稳定的方向发展。

1.5自稳隐形拱效应

隧道开挖后在没有支护前，由于围岩已经受到扰动或破坏，二次应力重分布并不完全趋于有利的拱圈效应发展，再出现坍塌情况，拱圈效应完全被破坏，无法形成自稳。而通过拱部120°～140°范围内注浆加固作用及小导管简支梁效应，使从开挖轮廓线以外0.5～1.0范围内的围岩得到加固补强，各项力学性能大大提高，形成了一个隐形的可受力的稳定拱圈。该观点与我大学老师惠兴田教授的“惠氏隐形拱”相类似。

2反压注浆法在工程中的应用

2.1工程实例概况

新建贵广铁路GGTJ-5标段的古利隧道、古山坪隧道、泗里隧道均位于广西柳州三江县境内，古利隧道全长704m,古山坪隧道全长1984m,隧道所处地形均为中低山貌，植被发育，当地降雨量大。

古利隧道出口140m范围内为浅埋，围岩为全风化砂岩及红土，围岩级别为V级。掘进至120m时，拱部开始出现少量掉块，立即对掉块部位喷射混凝土支护，约30分钟后喷射混凝土支护开裂，拱部开始垮塌,漏出土石约50m3，形成一个深度约4米左右的坍腔，且还在继续坍塌，20分钟后开始采用隧道弃渣填埋掌子面反压控制，成功堵住坍腔口，坍塌没有发展扩大，在后续近一周的注浆加固后安全通过塌方段。

古山坪隧道进口围岩为软弱土夹沙砾石和地质构造作用强烈的压碎炭质页岩。在DK333+008.7、DK333+014.3、DK333+018.3开挖后分别出现拱部土石下漏和小垮塌，每次方量约20m3～60m3,不等，通过采用反压注浆法控制，坍塌没有发展扩大，之后均安全快速通过坍塌破碎段。

泗里隧道出口进洞90米处掌子面围岩靠近线路左侧为完整性较好的砂岩，右侧为风化严重的泥岩，开挖后右拱腰开始垮塌，迅速形成深约3米坍腔，进行紧急喷混凝土支护无效后，现场施工队长指挥不当，没有采用洞渣反压控制，最终导致坍腔不断扩大至地面，出现冒顶事故。

2.2工程施工技术

2.2.1̓堆渣反压施工

用运输车将隧道弃渣运至掌子面附近卸下,由装载机将渣料推至掌子面,形成堆积体.当渣料顶面距离拱顶约2m时，装载机无法继续上料堆载，用挖掘机将堆积体顶部修成平台，让坍塌的土石落在平台上堆积，直至将塌腔漏出口堵塞封闭。反压堆积体的大小长度视塌方大小及涌出压力而定。

2.2.2̓小导管施工

工艺流程：搭设作业平台→钻孔→安装小导管→封闭掌子面→注浆。

（1）搭设作业平台：在反压堆积体上开挖两道平台，使作业人员能够安全作业，钻机有支撑平台；

（2）钻孔：钻孔间距0.3～0.5m,单排或双排，钻孔仰角5-12°，孔径比φ108大20～30mm；

（3）安装小导管：对松散破碎的坍塌体，无法成孔，故钻杆直接套在Φ42钢花管内，将管送入岩体内。钢花管顶部加工成圆锥形，以便送入孔中；小导管长度不小于4.0m,可视坍塌范围适当加长，若坍塌范围大于7m时，应考虑使用大管棚。小导管单排38～45根，环向间距40cm，外插角5°～12°；

（4）封闭掌子面：注浆前至少2～3小时喷射10cm厚C25混凝土封闭掌子面。小导管尾端用防水布包裹或堵塞，防止喷射混凝土进入堵塞小导管；

（5）注浆：采用注浆泵压注水泥浆，浆液配比为水泥：水=1：0.55；注浆初压一般为0.6～1.2Mpa，终压2.0Mpa。注浆过程应间歇循环进行，可单双孔交替。初压持续10分钟后暂停5分钟，压力下降后再注，这样反复几次，直到终压持续15min而不再下降时停止注浆。如果小导管内有水流出，应遵循“先注无水管，后注有水管”原则。

3结束语

通过堆渣反压有效的控制了塌方发展和扩大，进而采用小导管注浆把坍塌堆积体和开挖线以外一定范围内的围岩固结补强，提高了坍塌体和掌子面前方围岩整体性和稳定性，形成了稳定的隐形拱支护圈，使隧道能够安全掘进，通过坍塌破碎段。该方法的的最大优点是能够及时控制塌方扩大，所需机具材料无需特殊安排，反应迅速，处理成本低，速度快。