浅谈加密超前小导管在大断面黄土隧道塌方中的应用

申爱军

（宁夏路桥工程股份有限公司 宁夏 银川 750000）

浅谈加密超前小导管在大断面黄土隧道塌方中的应用

申爱军

（宁夏路桥工程股份有限公司 宁夏 银川 750000）

基于黑海高速公路赵家山黄土隧道为背景，通过对塌方情况介绍和塌方原因的分析，给出了塌方的处理方案，可供今后续类似隧道塌方参考和借鉴。

黄土隧道；塌方；超前小导管

砂质土层是我国黄土高原地区隧道开挖遇到较为普遍的地质土层，是难以修建或修建好后病害较多的一类隧道，该土层开挖后，因其抗剪强度低、初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短，甚至不能自稳，开挖后极易发生塌方，如果塌方处理不当将造成大面积塌方及冒顶。如何处理好砂质土层隧道塌方问题以及保证运营的安全，是隧道施工中急需解决的关键问题。本文结合黑海高速赵家山隧道塌方工程实例，对砂质黄土隧道塌方进行了分析和总结。提出了相关处理方案，以供类似项目参考借鉴［1］。

一、工程概况

赵家山隧道为分离式单向双车道黄土隧道，建筑界限净宽为 10.25 m，净高5m，设计车速为80 km/h，左线长1217 m，右线长1250 m，左、右幅间距为 50～60 m 左右。隧址区地层主要为第四系全新统冲洪积层，稍湿，土质不均，分层较多，稳定性差，地形起伏较大，地表坡度约为25°～30°，隧道洞顶最大埋深80 m。

左线ZK54+528～548设计为五级围岩，采用三台阶七步开挖法施工，施工工序：先超前支护（拱部120°范围内施作长度为4.5m，Φ42单排小导管，环向间距为30cm），再进行开挖（开挖作业上、中、下台阶错台开挖），上、中、下台阶的纵向间距控制在2.5～3.0m，每台阶开挖进尺控制在1.0～1.5之间。

隧道施工在ZK54+548，掌子面开挖后，准备施作钢拱架时，掌子面有土体出现掉块，现场安全员立即组织现场施工人员撤离，随后掌子面、拱腰处大量土地涌出，上、中导坑钢拱架全部变形，初支护侵限（塌方土体见下图）。

塌方土体

二、塌方原因分析

隧道坍方的原因复杂,影响因素很多。概括起来分为两类:自然因素和人为因素。自然因素主要有地质状态、受力状态、水的侵害、瓦斯病害等。人为因素则主要指设计不合理、施工不规范等。

本隧道塌方进行了分析，主要如下：

（一）隧道开挖掌子面上方属于砂质土层，土体松散，自稳能力差，不能形成有效的承载拱，极易因局部失稳而引起连锁反应，造成大塌方。

（二）未能预测到掌子面上方为砂质土夹层，按照原有的三台阶法开挖，开挖断面大，导致开挖过程中扰动的围岩范围较大，导致本次塌方。

三、塌方处理方式

（一）塌方处理原则

塌方段处理遵循“预加固、管超前、小断面、短开挖、强支护、早成环、快封闭、勤量测”的原则。

安全：处理过程和运营过程中安全可靠，做到万无一失。

快速：在施工过程中快速通过，减少对围岩的扰动。

保质：保证质量，不留任何后患。

经济：在安全、质量可以保证的前提下，选择较低成本的处理方式。

（二）具体处理措施

1、首先对侵限段初支进行换拱处理。

2、换拱至掌子面塌方段，采用超前小导管对掌子面塌方段土体进行勘察，确定掌子面前方塌方土体的厚度。

3、经过勘察，本项目掌子面前方塌方土体厚度为1m～1.5m。

4、根据勘察结果，经专家讨论，本项目塌方采用加密超前小导管处理掌子面塌方，具体处理措施如下：

（1）首先向掌子面及周边暴露围岩喷射C20混凝土，封闭掌子面。

（2）加工打入在拱圈边缘120°范围，加密超前小导管的钢拱架，设置孔距为：15～25cm。

A：超前小导管参数：采用42mm，t=3.5mm，L=4.5m的热轧无缝钢管，管体周围钻8mm的溢浆孔，呈梅花形布置，间距为15cm，尾部0.8m范围内不钻孔，以防止漏浆。

B:浆液：考虑到土体为松散土地，浆液渗透性较好，所以采用水泥-水玻璃浆液，双液注浆泵注浆。

C：注浆流程：注浆管连接后，因黄土的湿陷性，不采用注水试验，直接注入水泥-水玻璃混合液。

D：待其胶结密实后，采用人工开挖，减少开挖对掌子面的扰动，按照每次进尺为0.5m，每次开挖上台阶1/3后，及时对暴露面喷射混凝土，防止掌子面土地的涌出。

E：初期支护完成后，仰拱紧跟施作，尽快形成初支闭合环，并要求二衬衬砌紧跟，这样才能使塌方体变形小并保证塌方体稳定。

四、处治效果

在塌方段每隔1.5m，设置观察点，对处理完后的初支变化进行观测，监控结果显示，变形趋稳前大致可分为2个阶段：

1、快速增长阶段：在仰拱闭合前，平均变化速率为0.5～1cm/d；

2、缓慢增长-趋稳阶段：在仰拱闭合后，这一阶段的平均变化速率均小于0.2mm/d。

由此可以看出，隧道仰拱闭合后，隧道变形速率呈向于稳定，符合施作二衬要求。

五、注意事项

（一）采用加密超前小导管，注浆后使得，在隧道开挖面外上方形成阻碍土体流出的安全壳，既保证开挖安全，又减少对围岩的扰动。

（二）在施工过程中始终贯彻“短进尺、早封闭、快支撑、勤测量”的原则，不可盲目求快，开挖后及时观察注浆效果，对注浆较差的地方，及时喷射混凝土。

（三）在开挖的过程中，提高监控测量的频率，使得及时获科学得数据，指导施工。

六、结束语

采用密布打小导管治理塌方方案所投入的成本相对较小，施工时间短，能很好的将围岩压力均布在所有初期支护钢架之上，对下一步的开挖安全起到非常有利的保障作用，同时，在该隧道中,采用加密超前小导管治理塌方，仅用10天时间，顺利渡过了塌方，实践证明该方法安全可靠，为类似塌方处理提供一定借鉴意义。

[1]蒋卫星,田 罡,张小明.超前小导管注浆在隧道塌方处理中的应用[J].黑龙江交通科技,2009(4):98-39

U45

B

1007-6344（2017）02-0043-01

申爱军，男，陕西榆林人，硕士研究生，主要从事项目施工