浅析公路隧道施工塌方预注浆处理

浅析公路隧道施工塌方预注浆处理

［摘要］本文以岳家岭隧道YK26+587处塌方为例，分析影响隧道开挖的工程地质条件、地下水对隧道主体结构的不利影响、地表注浆加固岩体的处理与施工。阐述隧道进出口浅埋段施工应注意的事项及塌方后相应的处理措施，也为后续防范和指导处理类似塌方处理积累经验。

［关键词］隧道浅埋段塌方管棚注浆加固

1．概况

岳家岭隧道是杭州至兰州主干线重庆境内巫山至奉节高速公路上的一座双向四车道分离式隧道，其设计行车速度80km/h，隧道呈北东-南西方向展布。隧道最大埋深215米。隧道左右线起重点桩号分别为：ZK24+925-ZK26+655、YK24+935-YK26+684。采用复合式衬砌，按新奥法原理设计和施工。

本隧道巫山端洞口位于直线上，其后接平曲线（左线RL=3585.571、右线RL=2500），奉节端洞口位于平曲线上（左线RR=1500、右线RR=1550）。左右线纵面线型为单向坡，坡率分别为i=-2.300%和i=-2.000%。隧道内轮廓采用三心圆形式，边墙及中墙均为曲墙。行车道7.5m，检修道宽0.75m。单侧洞室净空面积为62.49m2。

2. 隧道出口浅埋段工程地质特征

2．1 地形地貌

隧道所处区域地貌类型为丘陵地貌，出口位于山坡下部斜坡上，斜坡自然坡度为37°。施工场地狭小，沿线交通条件不便，邻近隧道出口有一个山沟，山沟沟底距隧道出口设计标高垂直距离25m左右。

2．2 地质情况

隧道出口地质为破碎状膨胀性泥沙质岩，夹杂中~厚层状，呈紫红色，岩层产状325°∠21°，岩质较软，节理裂隙发育，其间夹杂红色硬塑性粘土，透水性强，在地下水侵蚀下，掌子面岩体极易液化长生流变。

2.2 水文地质

场地地下水主要靠大气降水补给，降水大部分以面流的方式排泄，对地下水的补给较弱；基岩裂隙潜水主要赋存于硅化砂质板岩的全～弱风化基岩中，弱风化层及微风化层透水性弱，水量较小。

3.施工中遇到的问题

右洞从奉节端向巫山端掘进，进展较为顺利。当隧道掘进至K26+587位置时，拱部突然坍塌。随后采用喷射混凝土对掌子面、塌腔体进行了封闭，并着手对塌腔体进行处理时，由于连续几天的降雨天气，地下渗水的影响，导致隧道塌方继续扩大，直至地表，在地表形成一个长8.5m，宽6.0m左右的大坑。从塌方体可以看出，该处渗水比较重，塌方土松散，遇水体液化，产生流变。对该处塌方处理、洞身开挖施工增添了难度。

4．问题的原因与相应对策

4.1塌方原因

从现场情况及塌方处掌子面附近地质情况来看，该塌方主要系因：

4.1.1 施工时正值雨季，地表水径流该处上方，地表水下渗较快；

4.1.2 该处属浅埋地段，该处隧道上伏为厚层残坡积层及植被土，地表水常流，地下水极发育；

4.1.3 掌子面围岩为破碎状膨胀性泥岩及红色硬塑性粘土，结构松散，胶结性弱或无胶结，自稳性差，围岩稳定形差，且期间夹杂50~120cm不等软质岩块；

4.1.4 施工过程中在土压力等作用和地层出现临空面后应力调整，在软弱围岩内产生裂缝或破坏，或由于围岩内已有的层理和节理等松弛、剥离。再经地下水作用，围岩遇水液化，产生流变，加速了软化了岩层间本来就比较脆弱的胶结面，进而使岩块失去平衡，并牵引周边围岩而造成掌子面塌方，并冒顶。

4.2 出口端塌方的处理

目前，在松散岩层地段，防止塌方、处理塌方的主要措施有：

①改善地层方法：预注浆法、小导管注浆法

②先护后挖方法：小导管法、小管棚和大管棚法、插板法，并加强支护参数

③封闭松散体方法：喷混凝土封闭、喷钢纤维混凝土封闭、插板法封闭

④疏水、排水

针对前述塌方情况及围岩情况，提出了对该段的处理措施：首先用C20喷射混凝土封闭松散的塌渣，以免塌方范围进一步扩大；二是将塌方处地表上方水沟改道，防止水流流入或渗入塌腔体内，而使塌方进一步扩大；三是地表防渗，在塌腔口周边打设D25注浆锚杆，安插木板，并将塌方段前后加强隧道初期支护，调整塌方段前后工字钢榀距及系统锚杆长度，并注浆处理，以免塌方影响前

后段衬砌的稳定；四是调整超前小导管的长度，并将导管尾端焊接在工字钢上，跨越塌穴后清除塌渣；五是对塌孔内壁施作锚杆、挂网、喷混凝土等支护措施，待初期支护强度达到要求，稳定塌孔后，再在塌方段前后打入径向D42小导管，并注浆；最后一步是对地表塌腔体进行回填处理，并进行地表预注浆加固。

最后一步也是最重要的一步，因塌方处掌子面附近土质松散，在地下水和施工的作用和扰动，很容易引起坍塌。由于地质情况的不可预料性，从施工过程中所呈现的情况来看，考虑到隧道洞内所塌土体为破碎状膨胀性泥沙质岩，透水性强,容易坍塌，同时也给隧道营运过程水害防治产生较大难度，经过分析后，应采取有力措施来封堵水源和加固岩层。

地表预注浆加固岩层能填充围岩内的裂隙和孔隙，降低地层的透水性，强化地层。针对该段的地质特征，采用地表预注浆加固措施能很好的克服不利地质因素。

以下将结合本隧道出口洞顶塌腔处地表预注浆加固的工程实例从设计理念、注浆孔位布置、施工工艺等几方面来详细阐述地表预注浆加固这一技术措施的具体方案，希望能给未来的隧道施工提供参考，提高隧道施工水平和对地质灾害的迅速反应能力。

5.设计方案

5.1注浆加固设计

5.1.1 地表注浆采用单液水泥浆，在往岩体中灌注水泥浆液时,由于灌浆压力,会使部分浆液以一定的扩散半径R,顺着岩土体的裂隙或孔隙渗透扩散,当钻孔间距布置合理时,会使各孔的注浆扩散范围相互搭接,形成网状胶质结构体,从而大大地提高了岩土体的强度和刚度,使岩土体的Rb、C、φ值有明显提高。为保证较为理想的加固效果,小导管的布置间距应保证在注浆扩散范围内相互重叠，以免出现“盲区”。浆液扩散半径一般通过试验确定，在无试验资料时，可根据渗透系数来确定。本处理方案设计注浆孔呈梅花状布置，注浆导管采用φ42×3.5mm无缝钢花管，塌腔内注浆管间距1.5m，单根长度7.0m，塌腔体周边注浆管间距设为1.0m，单根长度5.0m，采用梅花型布置。

5.1.2 根据太沙基提出的松散土体破坏理论，可知破裂面与最大主应力作用面夹角为450+φ/2（φ为岩体内摩擦角）。因此可以大致确定滑动体的范围为两预测破裂面之间的土体。那么就应加固滑动体之内的土体。注浆段范围应保证能加固出口端的浅埋松散岩体地段。

5.1.3 这次用的注浆材料是水泥浆，为一种悬浊液，能形成强度较高和渗透性较小的结石体。它取材容易、配方简单、价格便宜、不污染环境，是一种常用材料。小导管注浆水灰比为1：1；注浆压力根据现场试验确定，一般为0.5～1.0Mpa。

5.1.3 孔浆液灌入量计算：Q=π×r2×H×β

式中：r为浆液扩散半径；H为钻孔深度；β为注入率

5.2 工艺要求

1）地表排水措施

加固段位于水泥库房处，为防止地表水对加固段的破坏，在地表注浆加固前，应将临近库房处排水沟改道（该排水沟水源主要来自邻近居民用的地下承压水井地表径流）。

2）灌浆时在每排中应隔一管压入，按顺序号依次灌浆。灌浆操作工序分为：

a）定孔位：注浆孔位要避免出现盲区。

b）钻机就位：钻机按指定位置就位，并在技术人员指导下，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

c）钻进成孔：第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数，钻孔孔径应小于注浆管外径。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。

d）打管：采用导向装置，检查带孔眼注浆管，保持孔眼畅通。

e）试水：用泵试水，方便浆液顺利流入，并借此了解渗透系数。

f）浆液配比：按照配合比进行配比。

g）注浆：先封闭管壁与地面交接处；注浆初始压力小，最终压力高。严格控制注浆压力，同时密切关注浆量，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

注意事项：注浆时宜先注周边各孔，形成止浆墙，然后各注浆孔按先下后上顺序注满。

6）小结

该段属浅埋地段，地表加固的主要目的是为加固软弱地层和堵水。在主洞塌方过程中，施工人员还应调整了开挖步骤，采用扰动强度小的施工方法，以充分发挥围岩的自身承载能力。

地表预注浆加固能有效提高围岩的承载能力，减轻地表水下渗对隧道主体结构的不利影响，减少支护的厚度，增加了施工的安全性，减轻隧道施工对环境的

破坏。相对塌方后的处治费用和停工费用而言，事前地表预注浆加固要经济得多,是处理不良地层的一种行之有效的技术措施。