田 振 宇

(蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅 蘭州 730000)

鐵路隧道F7斷層破碎帶塌方處理施工技術(shù)應(yīng)用

田 振 宇

(蘭新鐵路甘青有限公司，甘肅 蘭州 730000)

結(jié)合某鐵路隧道工程的實(shí)例，對(duì)隧道斷層破碎帶塌方處理方法及超前注漿加固處理的施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對(duì)注漿施工過(guò)程的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)說(shuō)明，總結(jié)了破碎帶塌方情況下的注漿施工技術(shù)要點(diǎn)，提高了處理過(guò)程中的施工安全技術(shù)，對(duì)以后國(guó)內(nèi)類似工程案例提供了有利的參考依據(jù)。

隧道，斷層，破碎帶，注漿

1 工程概況

照通山隧道為雙線隧道,全長(zhǎng)5 324 m，線路單面上坡,洞內(nèi)坡度為2%。隧道穿越大阪山區(qū)，平均海拔2 800 m，最高海拔3 489.5 m。隧道采用臺(tái)階法施工。

隧道施工至DK257+705初支出現(xiàn)裂縫，局部噴射混凝土起皮，后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了補(bǔ)噴，并開(kāi)始對(duì)該段重新布點(diǎn)觀測(cè)，補(bǔ)噴后未發(fā)現(xiàn)異常，監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示沉降及收斂值2 mm/d～3 mm/d,量測(cè)結(jié)果顯示圍巖較為穩(wěn)定。施工至仰拱DK257+681～DK257+687段，拱頂至右側(cè)拱腰部位突然出現(xiàn)初支混凝土掉塊，現(xiàn)場(chǎng)立即撤退施工人員，隨即發(fā)生大面積坍塌，塌方段里程為DK257+683～DK257+713.5，塌方縱向長(zhǎng)度30.5 m。坍塌渣體在進(jìn)、出方向形成約60°斜面直至拱頂，渣體為片麻巖、片巖，呈塊狀，大多粒徑0.3 m～0.5 m，最大粒徑2 m，拱頂有滲水，渣體約3 800 m3。受塌方體影響，出口方向DK257+713.5大里程方向14榀已支護(hù)完成拱架初期混凝土開(kāi)裂，DK257+683小里程方向初期支護(hù)受坍塌影響較小，有2榀拱架拱頂局部出現(xiàn)裂縫。照通山在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本段判定地層巖性為石英片巖夾片麻巖，圍巖等級(jí)Ⅳ級(jí)，采用Ⅳa-2型襯砌類型及支護(hù)參數(shù)，局部使用小導(dǎo)管超前支護(hù)，小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)為：環(huán)向間距0.5 m，縱向間距3 m，單根長(zhǎng)4 m，搭接1 m。整個(gè)隧道正常涌水量2 703.84 m3/d，最大涌水量8 111.52 m3/d。塌方發(fā)生后，揭示圍巖相當(dāng)破碎，掌子面開(kāi)挖滲水較為嚴(yán)重，在掌子面形成雨簾狀滴水，裂隙水匯集，易突發(fā)涌水。

2 原因分析

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，產(chǎn)生塌方的原因主要有：

1)塌方段設(shè)計(jì)原位F7斷層核心地帶，實(shí)際斷層向大里程延伸，但是該段仍處于斷層影響帶，從施工情況看，該段存在圍巖破碎帶，開(kāi)挖過(guò)程中原本無(wú)水，由于隧道貫通滲流水經(jīng)此破碎帶區(qū)域，導(dǎo)致初支背后圍巖進(jìn)一步松弛，此為造成塌方的主要原因。

2)該塌方段前期施工時(shí)發(fā)現(xiàn)圍巖極其破碎，初期支護(hù)鋼架多次連接存在薄弱環(huán)節(jié)，且該段處于原平導(dǎo)塌方影響段落，擾動(dòng)圈較大，現(xiàn)場(chǎng)前期通過(guò)架設(shè)護(hù)拱安全通過(guò)，并多次進(jìn)行了注漿回填，但是注漿效果均不理想。開(kāi)挖后初支空洞采用灌噴混凝土回填，忽視了擾動(dòng)圈的注漿效果評(píng)估，圍巖松弛未得到有力控制。

3)現(xiàn)場(chǎng)輔助正洞下臺(tái)階與仰拱施工有所脫節(jié)，下臺(tái)階落底時(shí)仰拱未及時(shí)跟進(jìn)，初支未及時(shí)閉合。

3 塌方處理方案

3.1 后方加固措施

1)對(duì)后方DK257+862～DK257+763現(xiàn)場(chǎng)拉中槽施工段，每榀鋼架兩側(cè)增設(shè)4 m長(zhǎng)φ42小導(dǎo)管鎖腳加固，并與鋼架焊接牢靠。

2)對(duì)DK257+785～DK257+763段回填洞渣形成施工通道。

3)DK257+740～DK257+713.5段采取“套拱+臨時(shí)仰拱+徑向注漿”加固措施，套拱、臨時(shí)仰拱采用工22型鋼+30 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)噴混凝土，并封閉成環(huán)，徑向注漿采用3 m長(zhǎng)φ42小導(dǎo)管，間距2 m，梅花形布置，注水泥單液漿，確保后方施工安全。

3.2 坍塌體處理措施

考慮到出口方向下臺(tái)階及仰拱剩余段落較長(zhǎng)，以進(jìn)口作為當(dāng)前坍塌處理主攻方向，待二襯拆模后回填洞渣形成工作平臺(tái)，噴射混凝土封閉掌子面進(jìn)行管棚施工；出口方向待后方加固完成后開(kāi)始坍塌體處理。

1)超前支護(hù)措施。正反兩個(gè)方向均打設(shè)一環(huán)長(zhǎng)20 m間距30 cm的長(zhǎng)管棚，考慮到坍塌體不易成孔的現(xiàn)狀，管棚管直接用φ89 mm鉆桿代替，管棚間穿插長(zhǎng)4.5 m間距30 cm直徑42 mm小導(dǎo)管，打設(shè)角度45°，高壓注入1∶1硫鋁酸鹽水泥漿。

2)初支背后回填。初期支護(hù)施作預(yù)留管口，完畢后泵送M10水泥砂漿回填，回填范圍開(kāi)挖輪廓線外5 m。同時(shí)考慮原平導(dǎo)PDK257+790出現(xiàn)坍塌，存在空腔，對(duì)平導(dǎo)空腔進(jìn)行回填注漿，防止對(duì)正洞形成偏壓。

3)初支侵限拆換過(guò)程。a.徑向注漿加固。換拱前先進(jìn)行徑向、縱向的注漿加固，徑向注漿采用鋼花管φ42 mm，壁厚4 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)3.5 m，注漿孔按梅花形布置，孔口環(huán)向間距150 cm，縱向間距120 cm。注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆開(kāi)孔，注漿材料采用水泥單液漿，水泥漿水灰比W∶C=1∶1，水泥采用硫鋁酸鹽水泥，注漿壓力0.5 MPa～1.0 MPa，施工參數(shù)見(jiàn)表1。b.侵限拱架拆換。在注漿完成后進(jìn)行拱架拆換，拱架拆換遵循先上后下、一次一榀的原則進(jìn)行處理，欠挖一次處理到位，防止換拱完成后出現(xiàn)二次侵限。整體拆換順序?yàn)橄炔饟Q原初期支護(hù)受影響侵限段和臨時(shí)護(hù)拱段，后拆換塌方段侵限鋼架，從進(jìn)、出口兩端開(kāi)始逐榀向塌方段拆換，拆換完成后中臺(tái)階、下臺(tái)階初支鋼架緊跟，并及時(shí)施作仰拱及二襯，避免發(fā)生二次侵限。

表1 施工參數(shù)表

4 注漿加固處理方案

考察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按照“注漿加固、管棚支護(hù)、排水降壓”的原則，首先在上臺(tái)階施作深孔注漿，管棚支護(hù)之后采用高位引水的方案進(jìn)行該段處理。

4.1 上臺(tái)階全斷面帷幕注漿加固

通過(guò)在掌子面上臺(tái)階進(jìn)行帷幕注漿，加固坍塌體，在隧道開(kāi)挖輪廓線外形成5 m，并具有一定抗水壓能力的穩(wěn)定固結(jié)圍巖體，增加超前大管棚剛性支護(hù)來(lái)提高周邊超前圍巖的護(hù)拱能力，保證隧道開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)安全。

1)帷幕注漿加固設(shè)計(jì)。

注漿加固范圍為DK258+898～DK258+873，單循環(huán)縱向加固長(zhǎng)度25 m，開(kāi)挖20 m，搭接5 m。機(jī)械設(shè)備為多功能履帶鉆機(jī)，對(duì)掌子面前方坍塌體進(jìn)行注漿加固，上半斷面及拱墻終孔位置布置在開(kāi)挖輪廓線外5 m范圍內(nèi)，仰拱在開(kāi)挖輪廓線外3 m，設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散距離1.8 m，共計(jì)布設(shè)注漿孔63個(gè)，見(jiàn)圖1，圖2。

2)施工工藝流程。

采取前進(jìn)式分段注漿工藝進(jìn)行鉆孔注漿施工，即采取鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，實(shí)施鉆一段、注一段，再鉆一段、再注一段的鉆、注交替方式進(jìn)行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長(zhǎng)度3 m～5 m。前進(jìn)式分段注漿可采用孔口管法蘭盤進(jìn)行止?jié){。

注漿順序按“由外到內(nèi)、由下到上、間隔跳孔”的原則進(jìn)行，以達(dá)到控域注漿，擠密加固的目的。

帷幕注漿施工工藝流程見(jiàn)圖3。

3)帷幕注漿設(shè)計(jì)參數(shù)。

帷幕注漿設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 帷幕注漿設(shè)計(jì)參數(shù)表

4)注漿材料。

注漿材料采用普通水泥及35 Be′的水玻璃為主。漿液類型以普通水泥單液漿為主，水泥—水玻璃雙液漿為輔。注漿材料配比如表3所示。

表3 漿液配比參數(shù)表

序號(hào)名稱配比參數(shù)水灰比體積比水玻璃濃度1普通水泥—水玻璃雙液漿W∶C=(0.8～1)∶1C∶S=1∶130Be'～35Be'2普通水泥單液漿W∶C=(0.6～1)∶1

5)效果檢查及評(píng)定。

a.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況，注漿結(jié)束后，可采取分析法即結(jié)合注漿過(guò)程中P—Q—t曲線分析及反算注漿后地層的漿液填充率來(lái)判斷評(píng)價(jià)注漿效果。b.根據(jù)注漿量分析漿液對(duì)地層裂隙的填充率，當(dāng)漿液填充率達(dá)到80%以上，便可判定滿足開(kāi)挖要求。c.選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)，鉆孔出水量較大的區(qū)域，或者鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)塌孔、卡鉆導(dǎo)致無(wú)法前進(jìn)的區(qū)域，進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔若不塌孔，不涌泥，涌水量小于0.2 L/(m·min)，便可評(píng)定效果滿足開(kāi)挖要求。

4.2 管棚支護(hù)

注漿結(jié)束后須施作大管棚，范圍為隧道拱部120°內(nèi)，沿隧道開(kāi)挖輪廓線布置。

采用無(wú)管棚工作間施工工法，縱向長(zhǎng)25 m，開(kāi)挖輪廓線向內(nèi)30 cm環(huán)向布置，開(kāi)孔環(huán)向間距40 cm，外插角10°，共布設(shè)37根管棚，管棚孔可兼作上斷面補(bǔ)充注漿孔進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)加固。管棚布置見(jiàn)圖4。

超前管棚采用外徑89 mm，壁厚5 mm的熱軋無(wú)縫鋼管加工，每節(jié)長(zhǎng)9 m，共3節(jié)，全長(zhǎng)25 m。每節(jié)鉆設(shè)直徑6 mm的眼作為溢漿孔，鉆4排，梅花形對(duì)稱布設(shè)，每排孔間距50 cm，每孔管棚末端2.5 m內(nèi)不鉆溢漿孔，并前端加工成錐形尖端。兩節(jié)管棚采用直徑76 mm，壁厚4 mm熱軋無(wú)縫鋼管內(nèi)插管棚后焊接連接。管棚安設(shè)完成后進(jìn)行全孔一次性注漿。注漿材料以普通水泥單液漿為主，注漿終壓：3 MPa～4 MPa。

表4 塌方段監(jiān)控量測(cè)結(jié)果匯總

5 監(jiān)控量測(cè)情況

注漿加固處理完成后進(jìn)行拱架拆換，侵限拱架拆換前及拆換后監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。

根據(jù)以上監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，塌方段落均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

隧道發(fā)生坍塌時(shí)，需要對(duì)原因進(jìn)行分析，針對(duì)性的對(duì)坍塌影響范圍及時(shí)處理，封閉襯砌、仰拱，對(duì)擾動(dòng)及塌方體進(jìn)行超前注漿加固后，并采取超前管棚支護(hù)處理措施，能夠恢復(fù)隧道的正常結(jié)構(gòu)及施工條件。通過(guò)此工程案例驗(yàn)證了隧道斷層破碎帶塌方情況下處理方法及超前注漿加固處理的施工技術(shù)要點(diǎn)以及注漿施工過(guò)程的相關(guān)參數(shù)的合理性，提高了處理過(guò)程中的施工安全性，本工程所經(jīng)過(guò)驗(yàn)證積累的注漿參數(shù)、作業(yè)工藝及標(biāo)準(zhǔn)為以后國(guó)內(nèi)類似工程案例提供了有利的參考依據(jù)。

[1] 張民慶，黃洪健.齊岳山隧道高壓裂隙水注漿堵水技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2010(5)：11-12.

[2] 張民慶,彭 峰.地下工程注漿技術(shù)[M].北京：北京地質(zhì)出版社，2008.

On application of collapse treatment construction technique for F7 fault fracture zone along railway tunnel

TIAN Zhen-yu

(GanqingCo.,LtdofLanzhou-XinjiangRailway,Lanzhou730000,China)

Combining with the example of some railway tunnel project, the paper introduces the treatment methods for the tunnel fault fracture zone and the construction technique for the advanced grouting consolidation treatment, mainly illustrates related parameter of the grouting construction process, sums up the grouting construction technical points under the collapse at the fracture zones, and improves the construction safety technique in the treatment process, so as to provide some reference for similar engineering cases at home.

tunnel, fault, fracture zone, grouting

1009-6825(2014)34-0181-03

2014-09-20

田振宇(1978- )，男，工程師

U458.3

A