浅谈小导管注浆在浅埋段隧道塌方中的应用

■李敏（福建市政建设有限公司，福州350002）



浅谈小导管注浆在浅埋段隧道塌方中的应用

■李敏
（福建市政建设有限公司，福州350002）

本文结合某高速公路工程实例，详细介绍隧道浅埋段塌方冒顶的过程，塌方的原因，并结合实际情况采取了相应的处理方案，提出后续施工要求。实践证明该隧道塌方处理方案是安全可靠的，可为今后同类隧道工程时提供一些参考和借鉴。

小导管注浆隧道塌方应用

1引言

近年来，随着高速公路建设的快速发展，隧道工程建设项目也越来越多。由于受各种地理水文条件等因素影响，隧道的地质勘探存在局限性，导致项目参建各方无法全面掌握隧道的地质情况，施工与设计的地质情况难免存在出入，再加上施工方法不当，塌方就成为隧道施工中经常出现的问题。一旦发生塌方，如果没有一种科学合理的处理方法，往往会造成更大损失，达不到预期效果。

2工程概况

某隧道西线（左洞）长554m，东线（右洞）长563m，宽度14.75m，净高7.8m。隧道进口段斜坡坡度15～35°，目前自然斜坡稳定。地层岩性主要由耕植土、中液限粘质土、全风化花岗岩、砂砾状全风化花岗岩、碎石状强风化花岗岩和弱风化花岗岩组成。西线进口围岩级别为Ⅳ级，东线出口围岩级别为Ⅴ级。原设计西线隧道地质纵断面图如图1所示：

图1　隧道西线地质纵断面图

3塌方过程简介

2014年5月15日上午约11时，在西线K3+500处（距离进洞口140m）进行掌子面爆破后发现拱顶部分围岩松散破碎；15点30分，拱顶开始出现零星掉块现象；15 时45分出现较大规模的土石方坍塌并伴有地下水冒出，塌方数量约180m3；5月16日上午8时，塌方规模扩大，塌方体往小桩号延伸至西线K3+485处，回涌塌方体坡脚延伸至西线K3+480处，塌方量约1600m3左右；5月25日发现冒顶，出现地表塌穴。

塌方中心距离隧道中心线偏左7.5m、塌陷坑直径约13m，隧道顶岩土为中液限粘质土、第二层岩土为全风化花岗岩，第三层岩土为弱风化花岗岩结构，地面平均高程45m，实际与拱顶高差平均18m，塌方段初支钢架扭曲变形且掉落，初支砼连同塌方土方涌入洞内，24小时隧道拱顶监控显示拱顶下沉将近3㎝。洞内、洞顶塌方稳定后情况如图2和图3：

图2　洞内塌方稳定后

图3　洞顶塌方稳定后

4塌方原因分析

（1）塌方段地层条件复杂，洞顶围岩处于软弱破碎带，设计采用台阶法开挖，III围岩小净距衬砌。根据现场塌方渣体及右线揭露围岩分析，掌子面西线K3+500处为强风化闪长玢岩岩脉侵入带，含多条土质软弱夹层，洞身围岩为碎块状强风花岗岩～镶嵌碎块状弱风化花岗岩，岩体节理发育，水平节理、陡倾角节理和掌子面相互切割，岩体破碎，散体结构为主，局部碎裂结构。

（2）塌方时隧道坍塌体不断有地下水冒出。今年降雨频繁且雨量大，地表水持续下渗软化隧道围岩。由于隧道洞口段覆盖层较薄，土质疏松，地表水渗入地下，碎块状强风化花岗岩遇水极易软化，在爆破震动影响下，岩体强度将进一步降低，这使得隧道围岩的拱效应弱化甚至丧失，加剧了洞室的失稳。

5塌方处理方案

针对本次塌方的实际情况，采取地具体处理方案如下：

5.1封闭、加固塌方体

坍塌回涌面采用袋装砂石堆压并在表面喷射10～20cm厚的C20混凝土进行封闭，形成反压，稳定坡脚，避免渣体外涌，反压坡率按不小于1：2控制。然后在塌方体进行小导管注浆加固，以保证洞内塌方体的稳定。地表塌坑周围设置截水沟，并及时搭设遮雨棚。

5.2塌方段后方西线K3+470～K3+485加固处理

在初期支护内侧设置Ⅰ22a工字钢（间距60cm）作为护拱，确保塌方处理期间后方支护的稳定。待塌方处理完毕后，方可拆除临时护拱，一次拆除长度不超过5m，拆除后立即施做二衬，该段二衬由原素砼二衬加强为钢筋砼二衬，且二衬钢筋布置按IV级小净距段布设。

5.3地表塌坑回填

塌坑回填采用小型挖掘机配合打夯机分层回填，分层夯实，回填高度高于原地表10cm厚度左右。回填结束后及时进行绿化覆盖。

5.4塌方段落为西线K3+485～K3+505处理措施

5.4.1超前支护

采用“双层小导管+内插单层小导管注浆”方案，具体措施如下：沿渣堆顶部初支出露的轮廓线，施做两排外插角5～10°和15～20°的φ42小导管，环向间距均为30cm、角度大的导管长6m，角度小的导管长4.5m，纵向间距4m；并在双层小导管中间内插一循环单层小导管，外插角5～10°，环向间距30cm，纵向间距4m。

5.4.1.1准备工作

（1）材料准备。注浆材料采用水泥水玻璃双浆液，双浆液水泥浆与水玻璃的体积比为1∶0.6，水泥浆水灰比为（重量比）1∶1。水玻璃的波美度e'=40，缓冲剂掺量为2%～2.5%。无水地段采用水泥浆单液浆材料。

（2）机具准备。在灌浆施工前，对施工过程中所需要的机具、设备等进行检查是否到位，不可遗漏。

（3）组织准备。合理组织灌浆施工现场，确保施工技术人员、监督人员以及质量控制人员全部到位，同时还应该对灌浆施工进度合理规划和安排。

5.4.1.2小导管施工工艺

（1）小导管制作

小导管采用Φ42mm的热轧钢管制成，沿管体每20cm钻Φ8mm孔，四周梅花型布置出浆孔，一端封闭并制成锥尖状，以便顺利插入已钻好的导管孔内，尾部焊接Φ8mm钢筋加劲箍，钻孔采用凿岩机施做，当围岩松软时，用锤击直接打入。

（2）钻孔及小导管安设

用电钻开孔，开孔直径为42～60mm，并用吹管将砂石吹出。用带冲击的风钻将小导管顶入孔中，也可直接用锤击插入钢管。用塑胶泥（水玻璃拌合MC型超细水泥或R42.5水泥即可）封堵导管周围及孔口，工作面上的裂缝也同时封堵。导管外露20cm，以便安装注浆管路。

（3）注浆

注浆采用注浆泵施做，注浆口最高压力严格控制在0.8MPa以内，以防压裂工作面。控制进浆速度，一般每根导管双液总进量控制在30L/min以内。每根导管内注浆量由计算确定，若压力上升，流量减少，虽然注浆量未达到计算值，但孔口压力已达到0.8MPa也应结束注浆。

5.4.2洞身支护

经结构计算，塌方段落支护采用Ⅴ级围岩加强型支护，初支采用双层Ⅰ22a型钢砼支护，厚度为60cm，纵向间距为50cm；二衬采用钢筋混凝土，厚度为60cm。二衬施工前要对初支内轮廓进行测量，以判断初支是否侵入二衬界限。

5.4.3开挖工法

上台阶为塌方堆积体，采用“小导坑+临时支撑”法开挖，导坑大小控制在3m左右，每循环进尺0.5m，开挖完立即施做临时支护；下导坑为弱风化花岗岩，采用分部爆破施工。上台阶通过塌方体后方可进行下台阶施工。5.4.4塌方段前方处理

受塌方影响，通过塌方段后，塌方段前方10～15m支护形加强：提高初支型钢规格，采用I22a型钢，间距60㎝布设，初支喷射砼厚度加厚至30㎝，并逐渐过渡到初支加强段。

隧道西线K3+500塌方处理方案示意图见图4：

图4　隧道西线进口CK3+500塌方处理示意图

6塌方处理效果

整个塌方段落处理用了15d时间，经过长时间监控观测，塌方段隧道已完全稳定，沉降值为周边位移速率小于0.1mm/d，拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d）。塌方处理完毕后洞内情况如图5：

7后续施工情况

（1）本隧道围岩为风化花岗岩，埋深较小，容易形成槽状风化和球状风化，地质条件不可预见性的风险高。在后续洞段施工中，做好超前地质预报，并在掌子面施打3×6m的超前水平探孔，现场揭露地质情况与既有地勘成果有偏差时，及时上报参建各方。

图5　洞内塌方处理完毕后

（2）本隧道西线K3+440～K3+470原设计采用Ⅲ级围岩小净距支护，二衬为素砼，鉴于该段埋深较浅，洞顶岩层较薄，已对该段二衬适当加强，采用钢筋砼衬砌。

（3）后续洞段施工中，左、右线隧道掌子面的距离控制在2倍开挖跨度以上，以减小爆破振动的相互影响。同时加快仰拱及二衬施作进度，仰拱距掌子面距离不大于70m；二次衬砌距掌子面距离不大于120m。

（4）施工过程中，已对洞内、地表加强监控量测，并及时对数据进行分析。

（5）目前，本地区已进入雨季和台风季节，现场配备足够数量的应急抢险物质，并制定充分、有效的抢险预案。

8结束语

针对某高速公路隧道工程塌方，采用“双层小导管+内插单层小导管注浆”超前支护为主的施工方法，在施工中严格控制施工质量，并做好隧道监控量测，施工处理完成后，检测部门通过地质雷达全面、详细的检测，结果达到规定要求，说明此次处理方案是成功可行的。

［1］李芳慧.小导管注浆技术在隧道工程中的应用［J］.山西建筑，2007，（7）.

［2］武喜.浅议双排小导管注浆法处理隧道塌方［J］.公路，2011，（4）.

［3］吴新锋.隧道冒顶原因分析与塌方处理［J］.华东公路，2014，（4）.