隧道裂隙水观测及塌方处理

秦 才 福

(山西欧拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

隧道裂隙水观测及塌方处理

秦 才 福

(山西欧拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

结合某隧道的工程地质条件，观测了隧道开挖掌子面裂隙水的涌水情况，探讨了该隧道塌方治理的基本原则与方案，并阐述了大管棚及超前小导管注浆施工技术，旨在确保隧道工程的安全性。

隧道，涌水观测，塌方处理，管棚，超前小导管

1 工程概况

2 涌水观测

在施工过程中,我们采用了三角堰观测,三角堰埋设在洞口边沟汇水处,其出水形式为三角堰堰口漫流。

流量计算公式为：

其中，Q的单位L/s;h的单位cm；C由表1求出。

表1 C的取值表

在每天的观测中只需要测出三角堰顶板到水位线的高度即可，在施工中有很强的操作性。通过观测可以较好的反映出隧道开挖掌子面裂隙水的情况，可以对地质情况进行超前预报，指导施工。

3 塌方处理

当隧道掌子面发生大的垮塌，根据掌子面围岩和坍塌的虚渣来看，此段岩性为灰色薄～中厚层巴东组三段泥灰岩(T2b3),最厚15 cm，隧道断面岩层褶皱发育，造成岩层层面弯曲，节理裂隙发育，炭质泥岩含量高促使层面光滑。大规模褶皱的作用导致众多弯曲挤压破碎带，岩体破碎，严重影响了岩体的整体稳定。拱部大量的裂隙涌水冲蚀致使掌子面的塌落。肉眼能见拱顶坍空区高度约4.5 m，环向长度15 m。齐头涌水达到170 L/s，塌方堆砟涌至将开挖台架埋置一半。

3.1 治理的基本原则

治理的基本原则概括起来可以归纳为七点：1)管超前;2)预注浆;3)多循环;4)短开挖;5)强支护;6)勤量测;7)早封闭。

3.2 塌方治理方案

支护采用φ108大管棚+φ42超前小导管+锚杆+钢筋网+20b工字钢+喷混凝土进行初期支护；开挖采用上下短台阶法进行施工；衬砌采用钢筋混凝土。

3.3 大管棚施工方案及其要点

1)φ108大管棚施工。

a.管棚长度的选择。根据观测该塌方段长度约为15 m，考虑2 m导向管长度，3 m的稳固嵌岩深度，φ108大管棚设计钻进长度为20 m。

b.扩挖。由于要满足钻机净空要求和2 m的导向管长度，根据现场实际将已初支好的部分围岩在安全的前提下后退2 m,对断面进行扩挖以满足钻机的净空要求，同时利用前面的2 m工字钢架来进行安设导向管。

c.管棚施工。按要求在掌子面上用红油漆定好孔位。从拱顶向两侧开钻，采用跟管施工,每次将注浆管打入的长度为2 m,注浆管之间采用丝扣连接;钻机的旋转，冲击速度及供水量应与岩性相适应，以减少钻孔事故，提高钻孔质量。

d.安装钢筋笼。管棚打入后即安装钢筋笼,保证管棚在纵向上有足够的刚度。

2)大管棚注浆。

a.制浆：水玻璃的原液是51Be′。按要求应稀释成30Be′使用。稀释的方法是边加水边搅拌边测量，至30Be′为好。水泥浆的配制按料重先轻后重的顺序投料，据要求的W/C先在搅拌桶内添加好清水，在开动搅拌机的情况下，缓缓加入要求中的水泥量，再添加外加剂。搅匀后(一般为5 min)，经5 mm×5 mm孔的网筛过滤后，即可放浆供注浆用，施工现场需配置1个～2个贮浆桶，方能实现连续制浆和注浆。

b.注浆顺序：先注无水孔后注有水孔。根据降水漏斗的原理，一般是从拱顶向下注，如遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或几孔灌注。

c.注浆压力的控制：注浆终压控制在0.5 MPa～1.0 MPa。

d.注浆泵量的控制：注浆泵的大小由注浆泵的排量调节控制按钮和排量记录仪加以监控。根据岩层的破碎程度和钻孔出水量及泵的能力，确定注入速度在60 L/min～100 L/min之间,范围选择：当钻孔出水量Q水≥50 L/min时，注入速度取80 L/min～100 L/min，当Q水=0 L/min～50 L/min时，注入速度取60 L/min～80 L/min。注浆过程中总注浆量的确定需要综合考虑加固层厚度、排管参数、扩散半径等因素。可以通过公式Q=S×H×A×B×K计算取得总注浆量数值。

周边S=(120°/360°)×π(7.552-5.552)=27.437 m2。注浆段长度H=20 m,有效灌浆系数A=0.8，浆液消耗系数B=1.2，地层空隙率K=0.3，每延米注浆量Q=7.9 m3。

e.浆液配合比的调控措施：凝胶时间能直接影响到浆液的配合比效果，调控基本原则是先稀后浓，逐级转换，水泥浆液和水玻璃浆液的体积比C∶S控制范围为1∶1～1∶0.6，常规体积比C∶S=1∶1。如发现跑浆及在封孔作业时，需采取间歇注浆，以减少凝胶时间，体积比C∶S=1∶0.6。特殊情况为阻止跑浆及提高孔口阀门的周转速度可以采用体积比C∶S=1∶0.3，但应保证孔内有充足的进浆量且不会发生堵管。

f.凝胶时间调控措施:注浆泵流量的调控可以实现对凝胶时间的调控，具体操作过程中应根据现场实测事先制“配比操作表”操作，通过调节注浆泵流量控制系数，实现对凝胶时间的调控。实际操作过程中只需要控制注浆泵上的按钮即可。相对于采用调节浆液浓度调控凝胶时间，具有快速、简便、有效等多重优点。当特殊情况凝胶时间需在2 min以上时，可通过掺加缓凝剂来实现控制。注浆过程中在转换浆液浓度和调整配合比时进行测试，需取样实配，以保证凝胶时间的准确性。常规拌制浆液的过程中也需要进行经常性测试。为避免异常事故的出现，可在泄浆口对经过混合器混合后的CS浆液进行凝胶时间测定。通过相互对比，检测浆液配合比是否准确，注浆泵运作是否正常，吸浆是否通畅，混合器能否进行均匀的混合。通过对比还能监控注浆的实施情况。

g.注浆终止标准：注浆终止标准一般设定为注浆压力达到设计压力标准或者接近设计压力标准。如果注浆压力达到设计标准或者接近设计压力标准的80%时，将会出现较大规模的跑浆现象，可以通过间歇式注浆来结束注浆。

3.4 超前小导管注浆与开挖

1)大管棚施作完毕后开始开挖作业。

开挖作业采取上下台阶法，台阶长度设定不超过5 m，为短台阶。开挖进尺不大于1.5 m。施工现场塌方高度、深度、体积等情况不明确，因此无法准确计算开挖后的洞室变形情况及结构承载力。为防止初期支护变形过大侵入二次衬砌，保证二次衬砌厚度，根据工程类比预留20 cm的开挖下沉量。

2)初期支护。

初期支护采用φ42超前小导管注浆，Ⅰ20工字钢拱架、钢筋网、C20喷射混凝土共同构成联合支护体系。钢筋网片直径为6.5，20 cm×20 cm；Ⅰ20工字钢拱架间距设定为50 cm～80 cm,钢拱架拱间连接钢筋采用Φ22螺纹钢，间距为1 m；C20喷射混凝土厚度为25 cm，为避免开挖作业以后掌子面围岩暴露时间过长，确保支护体系能够及早封闭，开挖完成后应尽早喷混凝土作业进行封闭，并及时施作仰拱确保整个支护结构能够尽早成环。开挖作业与小导管注浆依次施作，每施作一环小导管后开挖支护三榀钢拱架(1.5 m)，开挖作业一个循环后立即进行锚、网、喷等初期支护作业。

3)超前小导管施工。

a.钻孔仰角15°，管棚间距35 cm，管棚长度4.5 m，采用φ42(厚4 mm)无缝钢管，共计41根小导管。b.采用φ50钻头钻进5 m→取出钻杆→封孔注浆。如有卡钻现象可改变钻头直径的方法，分段钻进。c.小导管注浆参数如表2所示。

表2 注浆参数表

4)整个工程的技术难点。

超前小导管注浆加固圈形成的固结壳可以有效的保证掌子面拱顶的稳固可靠，起到支撑松散塌方体，防止碎硝坍砟体从小导管缝隙间脱落引发新塌方的作用。塌方体内整体呈松散硝碎状，并夹杂有软质泥灰岩块，松散无稳定性，成孔性差，施钻困难，下管难度大，容易卡钻，超前小导管的安装成功与否和注浆施作效果，是整个塌方处理工程的技术难点。

4 结语

注浆与开挖关系的配合与协调，是涉及到巩固注浆效果，减少工序衔接，缩短工期的一个重要因素，根据特定的注浆方案要求，在特别差的地段，要求每一茬炮的进尺严格控制在0.8 m～1.2 m范围内。开挖工程在注浆完毕多久开始施作，目前尚无一个统一的定论，目前常规做法是在浆液结石体达到足够的强度后方能进行开挖作业，这就需要保证足够的养护时间。然而根据浆液早期强度高的特点，以及施工工序的安排，一般注浆完毕后，即可进行开挖准备。

Tunnel fissure water observation and collapse treatment

Qin Caifu

(ShanxiOulaBuildingEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

Combining with the tunnel engineering geology conditions, the paper observes the tunnel excavation working face fissure water-gushing conditions, explores basic tunnel collapse processing principles and schemes, and illustrates large pipe shed and advanced small pipe grouting construction technologies, with a view to guarantee the tunnel engineering safety.

tunnel, water gushing observation, collapse treatment, pipe shed, advanced small pipe

1009-6825(2017)02-0187-03

2016-11-06

秦才福(1975- ),男,工程师

U457.2

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