超前小导管 注浆 在隧道塌方处理中的应用.doc

超前小导管注浆在隧道塌方处理中的应用超前小导管注浆在隧道塌方处理中的应用日期:2010-10-25点击:150来源:中国铁路工程建设网作者:收藏打印[字体大小:大中小]近年来，随着新奥法(NATM)技术的广泛运用，在铁路工程、公路工程及其它工程中常采用隧道穿越山岭地形，隧道施工技术发展迅速据统计，我国目前隧道总长约4370多公里，居世界第一;由于隧道施工中，地形地质复杂、不可探明因素多及施工不规范现象，在极其破碎的岩体、砂土质地层、强膨胀地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩中容易发生坍塌，给人民的生命财产带来巨大的损失本文将结合工程实例，论述超前小导管注浆技术在隧道坍方中的运用1、工程概况西康线小河隧道工程属全线八大控制工程之一，全长3473m，埋深400米，岩石为辉长岩及泥质页岩，进口设计为双连拱隧道，出口设计为铁路单线，出口位于590m长的曲线上，出口端为乾佑河，隧道洞口距乾佑河特大桥仅2.14m隧道设计为复合式衬砌，Ⅱ类围岩设为2榀/米格栅钢架支护，Ⅲ类围岩设计为3榀/2米格栅钢架支护，初期支护中设计有锚杆和钢筋网，隧道有一段穿越断层破碎带隧道施工在穿越断层破碎带时，距洞口约600米左右，该处地下水发育，岩层破碎、含软弱夹层，岩层倾向向下，发生了大坍方。

坍方长度约10m，宽度约9m，上方坍空高15m，拱顶上方岩石在不断的坍塌2塌方成因分析及方案选择2.1成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[1]对该隧道塌方进行了分析，主要如下:(1)、隧道处于断层破碎带上，掌子面岩石破碎，岩层层向倾向向下，含泥质软弱夹层;(2)、岩石裂隙发育，地下水丰富，拱顶处有常流水，岩石受力遇水失稳3)、掌子面离衬砌距离太长，施工支护不及时、不规范2.2方案选择围岩塌方主要是由于岩体失稳所引发，从治本的角度考虑，首先应从加强围岩自稳能力方面着手在处理塌方中通常所采用的方法有:1、锚杆法即利钻机在围岩壁上钻孔安设锚杆对围岩实施加固的方法2、注浆法是将某些水泥或水泥-水玻璃混合液配置成浆液，用压送设备将其灌入土层或岩层中，使浆液在高压作用下沿缝隙扩散，最终实现胶凝固化3、小导管注浆支护掌子面小导管注浆是沿隧道外轮廓线以一定仰角向掌子面前方打入泄浆孔的小导管，通过注浆来充分填充土体空隙形成一定厚度的结合体;4、大管棚法是沿开挖轮廓周线钻设与隧道轴线平行的钻孔，而后插入不同直径的钢管(钢管之间留有一定间距)形成钢管棚架的一种支护方法。

[4]针对此塌方的具体情况，决定采用以下两种方案:方案一清碴方案在坍方初期，由于坍体洞碴不多，经过业主、设计、监理及施工方四方共同会商，决定:1)、先稳定后方边墙，在边墙施作C25混凝土保护墙，再施作30cm厚C25砼拱部护拱，形成后方封闭环;2)、在后方10m安全地带搭设工作平台，开挖大拱脚，立设Ⅰ18型工字钢支护，短进尺用悬挑钢轨加喷射混凝土形成拱部封闭环;3)、清除洞内岩碴，加钢筋网及锚杆支护，渡过坍方段;4)、在坍方段及时施作二次衬砌方案二不清碴方案不清除洞碴，让上方坍塌岩碴淹没拱顶上部，至上方拱部洞碴覆盖层厚达5m以上再处理即:1)、不清洞碴，任其坍塌没至拱部上5m;2)、喷射C20混凝土封闭洞碴岩面，沿隧道横向设立30cm厚止浆墙;3)、采用直径φ42mm超前小导管注浆支护，并注水泥-水玻璃双液浆，使拱部2-3m范围内岩碴固结成一整体;4)、短进尺、非爆破、强支护、引排水开挖施工由于刚开始碴量不大，采取清除洞内岩碴的方法，即方案一但洞顶拱部在不间断地掉碴，清除洞碴一星期以后，方案一实施不成功考虑到加固围岩自稳能力着手，业主、设计、监理和施工四方共同会商，果断决定采用方案二，实践中取得良好的效果。

3支护原理及塌方施工3.1支护原理对于软弱破碎的岩石，隧道开挖后，围岩会发生帮顶塌落，形成松动压力，岩石会形成自然拱一般代表性的理论有:岩柱理论和普氏压力拱理论[2]岩柱理论认为松散岩层开挖后，对两侧边墙压力大，应加强对边墙的支护;普氏压力拱理论认为，拱部塌落后会形成拱部自然拱，应加强对拱顶的支护超前小导管注浆支护，主要是沿隧道拱部周边环向打一层或双层小导管，通过在小导管里注浆液，通过小导管上的梅花孔扩散至松散岩体，利用浆液来固结岩体，连同小导管一起形成稳定的固结拱体钢管在此起双重作用:一是超前管棚作用;二是注浆加固作用管棚支护与浆液固结，共同作用于岩体，形成承载拱，共同承受拱上部岩层重量，使拱内部围岩及支护系统处于免压状态，可以防止坍塌支护的作用机理主要分为:1、梁拱效应小导管嵌入围岩内、后端与砂浆锚杆出露端相焊接形成纵向支撑梁，有效抑制围岩松动;2、环槽效应利用分布在掌子面的孔减少爆破产生的冲击波造成对岩石的破坏和扰动3、强化岩体效应用注浆泵通过花管注入的浆液经壁孔挤入围岩裂隙或缝隙中加固围岩，从而提高岩体弹模和强度3.2超前小导管注浆支护3.2.1钢管的制作和布置(1)钢管的制作与施工。

采用φ42mm钢管，长6m，将其一头加工成30°左右的圆锥形，以利于钻进施工，钢管钻φ6-φ10mm梅花形小孔2)钢管布置制作好的钢管紧靠拱架上部约5°左右的倾角沿隧道轴向打入岩碴，钢管间距20-30cm，再在钢管内压注水泥浆，并将钢拱管与钢架焊牢，使钢管与钢拱连成整体3.2.2对整个碴堆喷射20cm厚C20砼进行封闭，在碴体下方设置30cm厚止浆墙3.2.3沿隧道周边环向布置φ42mm超前小导管，环向间距30cm，管长6m，钢管逐节顶入，采用丝扣连接，保证钢管间的连接强度3.2.4超前小导管注浆(1)注浆前先检查管路和机械状况，做压浆试验，确定合理注浆参数;(2)注水泥-水玻璃，水泥浆1:1，水玻璃浓度35Be′，模数2.4，水泥浆与水玻璃的溶液体积比1:1.0，浆液胶凝时间控制在1-1.5分钟;(3)注浆压力采用0.5~1Mpa，并持续持压5分钟，压浆机采用BW-250型4)注浆量应根据地层孔隙率确定，一般可按照下列公式计算:Q=RπHnβαQ-浆液注浆量;R-浆液有效扩散半径(m);H-注浆段长度(m);n-土体孔隙率(或岩石裂隙率)%，(土、砂土n=30%-60%);β-浆液充填率=0.3-0.9,(土、砂土，β=0.3-0.5);α-超耗系数(含超注量、冒浆、损耗等)，α=1.2-1.5。

3.2.5注浆效果检查注浆终孔压力达到1.0Mpa以上，则满足要求;用铁锤敲击钢管，如响声清脆，则未满足，反之满足;开挖岩层面判断3.2.6钢拱架采用Ⅰ18工字钢弯制而成，沿隧道衬砌设计轮廓留一定间隙进行安装在拱架周边打4根锚杆与钢拱架焊成整体，以防止拱架因轴向推力和垂直压力而发生位移3.2.7超前小导管施工工艺超前小导管施工工艺流程图见图1所示3.2.8注浆施工工艺双液注浆施工工艺流程图见图2所示3.2.9洞碴堆积体开挖判断小导管满足施工要求后，可进行堆积体开挖开挖前采用前述方法进行效果检查，符合要求后方可进行开挖过程中应遵循"短进尺、强支护、防排水"的原则洞身开挖采用正台阶法，先施作拱部上台阶，采用风镐人工开挖，每进尺不超过50cm，沿拱部纵向每30cm立设一榀格栅钢架，格栅钢架立好后，及时喷射C20封闭;开挖时对拱部常流地下水采用3根φ20胶管引排至边墙侧沟，防止地下水浸蚀塌体;开挖时拱部应抬高50cm，保证拱顶下沉变形量及富余高度;在拱脚两侧位置打入φ22mm锚杆碴堆堆积体开挖后及时喷射5cm厚C20混凝土封闭岩面，并打φ22mm锚杆及挂设15cm×15cm钢筋网，防止松散岩石掉块。

视拱部岩面情况，可以增设40cm厚C20混凝土护拱;初期支护采用先拱后墙法施作，拱部初支完后，及时开挖边墙，施作边墙初期支护施作边墙前在拱部设立对称圆木支撑，防止拱脚处下沉或变形;并进行量测，根据量测数据判别变形稳定后再行开挖下部;洞内出碴采用立爪扒碴机装碴，配合6m3梭式矿车，采用有轨运输4处治效果及注意事项经过对开挖面的岩样观察及钻孔取样表明，浆液在堆积体中呈脉状分布，结石体3天平均抗压强度达2.5Mpa，掌子面无软泥，地下水减少，松散堆积体形成了有效固结，为人工开挖堆积体形成了良好的条件施工过程中的主要注意事项:(1)、在碴堆松散体上，严格按要求喷射C20混凝土，做为止浆墙，防止浆液压注过程中溢出2)、在浆液压注过程中，应先行试验，确定浆液参数，并进行小导管试压施工中，根据试验参数进行，并随时检查地质情况，酌情进行调整3)、严格按试验参数进行注浆，并检查注浆效果，达不到要求应重新进行补注，搞好常流地下水的引排4)、要贯彻"先排水、短进尺、快支护、早封闭、勤量测"的原则，不可盲目求快开挖时，应及时量测，根据量测数据科学有效指导施工5)、应合理组织劳动力、搭配技术力量、机械等，保证工序有序施工。

5结束语隧道塌方的原因复杂，形式多样，处理方法也各异一般有明挖法、小导坑法和双侧壁导坑法[4]实际处理中，应根据塌方的位置、大小、施工复杂程序与难度具体对待在该隧道中，主要采用小导管双液注浆技术，结合锚杆、钢筋网、喷射混凝土及工字钢拱架综合处理措施，经过二个月的紧张施工，顺利渡过了塌方，该法能为类似塌方处理提供一定借鉴意义参考文献:[1]刘巨海，王建章,等.阳坡隧道塌方原因分析及处理方案探讨[J].中外公路,2007.[2]吴军民管棚注浆法在浅埋破碎地层隧道开挖中的加固机理及效用研究[J].国外建材科技,2004[3]李建军.隧道超前支护管棚工法设计与计算研究[J].公路交通技术,2007.[4]孙志峰,谭世友，等.隧道塌方的影响因素与治理方法[J].建材技术与应用,2006。