張學(xué)文

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司蘭渝鐵路工程指揮部， 甘肅 蘭州 730070)

0 引言

隧道施工中出現(xiàn)的圍巖變形、滑塌現(xiàn)象是經(jīng)常要解決的主要問(wèn)題之一，特別是對(duì)于富水軟弱圍巖隧道，出現(xiàn)變形乃至塌方的現(xiàn)象較多。許多專家學(xué)者就如何有效控制軟弱圍巖變形、滑塌以及快速施工技術(shù)方面做了大量的研究總結(jié)，提出了許多合理化、建設(shè)性的技術(shù)指導(dǎo)和施工建議，文獻(xiàn)[1-2]就軟弱圍巖隧道變形控制技術(shù)進(jìn)行了全面詳細(xì)的研究總結(jié)； 文獻(xiàn)[3-4]對(duì)高地應(yīng)力軟弱圍巖隧道的變形控制也做了詳細(xì)的總結(jié)和論述。但是由于隧道地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，軟弱圍巖隧道施工因受諸多未知因素的影響致使發(fā)生變形甚至塌方事故的概率非常高，對(duì)于隧道施工者來(lái)說(shuō)隧道塌方處治也是必須要面對(duì)和解決的重點(diǎn)難題之一。由于塌方處治受地質(zhì)、原施工方案等條件的限制，如何安全、快速完成塌方處治是施工技術(shù)的難點(diǎn)也是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[5-7]對(duì)各自不同的軟弱圍巖隧道塌方處治技術(shù)、方法以及塌方處治效果做了詳細(xì)的研究和總結(jié)，但是針對(duì)富水粉細(xì)砂層地質(zhì)，相關(guān)的研究并不多。本文就如何借助傳統(tǒng)的工藝工法，通過(guò)合理配置、優(yōu)化、創(chuàng)新來(lái)處治塌方，以桃樹坪隧道3#斜井正洞塌方處治的成功案例為背景，對(duì)富水粉細(xì)砂層圍巖隧道的塌方處治方案、施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)論述。

1 隧道基本情況

蘭渝鐵路桃樹坪隧道工程被譽(yù)為“國(guó)內(nèi)罕見，世界難題”，是蘭渝線在建項(xiàng)目中最復(fù)雜、施工難度最大的隧道之一。隧道進(jìn)口位于蘭州東站出站端，出口位于榆中縣方家泉村，起訖里程為DK3+430～DK6+655，全長(zhǎng)3 225 m，設(shè)計(jì)為雙線隧道。隧道地勢(shì)上進(jìn)口低，出口高，地形起伏大，最小埋深僅6 m，地表溝谷發(fā)育，下切較深。由于隧道圍巖差，施工難度太大，增設(shè)了0#—4#共5個(gè)斜井輔助施工，先后有5家單位參與了施工會(huì)戰(zhàn)。

桃樹坪隧道3#斜井工區(qū)正洞圍巖主要為上第三系富水粉細(xì)砂層，為Ⅵ級(jí)圍巖。正洞出水量大，日排水量約為900～1 100 m3； 砂層致密、潔凈，局部夾有不規(guī)則的卵石及鈣質(zhì)膠結(jié)層、塊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)粉細(xì)砂的取樣試驗(yàn)，測(cè)得含泥量為5%～10%，孔隙率為22%～26%，孔隙比為0.36～0.4，密度為2.63 g/cm3，滲透系數(shù)為10-3～10-4cm/s，水平和垂直滲透系數(shù)相差很小，未成巖，無(wú)膠結(jié)，稍有擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)，在富水時(shí)呈流塑狀，基本無(wú)自穩(wěn)能力，極易發(fā)生溜塌，進(jìn)而造成隧道初期支護(hù)變形、沉降以及塌方事故。

2 隧道塌方經(jīng)過(guò)

2014年5月20日上午8時(shí)50分左右，桃樹坪隧道3#斜井正洞重慶方向采用雙導(dǎo)洞法進(jìn)行DK5+488～+491段仰拱分塊開挖施工，在進(jìn)行4部底邊墻向下接腿時(shí)， DK5+488邊墻腳出現(xiàn)涌水、涌砂，并隨之出現(xiàn)鋼架外鼓和環(huán)向開裂、初期支護(hù)噴射混凝土表面開裂掉塊、鋼架受力發(fā)出異響等現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)立即暫停施工，并將人員全部撤離至安全地帶，10時(shí)20分發(fā)生塌方(見圖1)，沒(méi)有造成人員傷亡。

圖1 隧道塌方照片

3 塌方原因分析及塌方影響范圍的確定

3.1 塌方原因分析

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塌方過(guò)程的觀察和各部位進(jìn)展情況的綜合分析，本次塌方主要跟圍巖本身的特性及結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)。隧道采用雙導(dǎo)洞超前法施工[8]，DK5+485～+519段隧道拱、墻的開挖支護(hù)已全部完成，并沒(méi)有滲水出現(xiàn)。在準(zhǔn)備施工DK5+488～+491段仰拱，開挖右拱腳時(shí)突發(fā)涌水涌砂引起塌方，塌方之后隧道拱頂大面積出水，而且出水量較大。根據(jù)塌方段施工揭示的地質(zhì)情況可確定隧道右邊墻腳外側(cè)2～3 m存有積水穴，拱部輪廓線3～5 m存在10 m左右寬度的地下水暗流通道跨過(guò)隧道。塌方起因分析斷面示意圖見圖2。

圖2 塌方起因分析斷面示意圖(單位： cm)

前期雙導(dǎo)洞超前降水時(shí)，真空降水井管超前斜向下30°～45°外插布置，3、4部降水管恰好沒(méi)能伸入到積水穴范圍。隧道施工嚴(yán)格采用分塊、短進(jìn)尺、快封閉的原則進(jìn)行，開挖后及時(shí)完成了初期支護(hù)背后施工擾動(dòng)層的回填注漿加固，注漿加固層厚度基本為輪廓線外0.5～1.0 m，所以在前期隧道拱墻沒(méi)有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。仰拱施工開挖右邊墻腳時(shí)，先擾動(dòng)破壞了積水穴發(fā)生涌水涌砂，引起初期支護(hù)背后砂體流動(dòng)、滑塌，進(jìn)而擾動(dòng)破壞了拱頂圍巖的穩(wěn)定，使得地下暗流水浸入，拱部受擾動(dòng)的松散砂層遇水惡化呈流塑狀迅速外流，造成圍巖大面積的流動(dòng)、失穩(wěn)滑塌，導(dǎo)致塌方事故的發(fā)生。后期塌方段施工時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道拱部縱向15 m長(zhǎng)度范圍一直大面積出水，且出水量相當(dāng)大，因此確定拱頂存在地下暗流。

3.2 塌方影響范圍的確定

由于塌方主要原因是DK5+488～+491段右拱腳突然涌水涌砂、拱腳開裂失穩(wěn)，根據(jù)中部核心土預(yù)留位置初步推斷完全塌方段為DK5+487～+495， DK5+495～+519段受影響發(fā)生沉降變形。

根據(jù)后期塌方處理情況來(lái)看，基本跟預(yù)估相符，實(shí)際塌方范圍為DK5+487～+495(長(zhǎng)8 m)，此段初期支護(hù)完全破壞。受影響變形侵限范圍為DK5+495～DK5+515(長(zhǎng)20 m)，主要分2部分： 1)DK5+495～+500段破壞嚴(yán)重，拱、墻初期支護(hù)鋼架環(huán)向沉降變形開裂嚴(yán)重，鋼架收斂侵入凈空約1.2～0.5 m，需要全斷面換拱處理； 2)DK5+500～+515段拱頂沉降嚴(yán)重，變形沉降達(dá)0.5～0.2 m(施工預(yù)留變形量為35 cm)，其中DK5+500～+505段需要拱部及右邊墻換拱， DK5+505～+515段需要拱部換拱處理。隧道塌方位置及管棚設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 塌方位置分析及管棚設(shè)計(jì)縱向示意圖

4 塌方處理

4.1 塌方初期應(yīng)急處理措施

塌方發(fā)生后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采取了以下應(yīng)急處理措施：

1)立即設(shè)置警戒線，并安排專人24 h值班，嚴(yán)禁閑雜人等靠近，防止次生災(zāi)害發(fā)生；

2)坍塌初步穩(wěn)定后，從塌體坡腳堆碼砂袋施作反壓平臺(tái)穩(wěn)定掌子面，防止進(jìn)一步滑塌。反壓平臺(tái)高度為5 m，長(zhǎng)度至少為10.0 m，全隧寬度堆碼(見圖4)；

3)對(duì)上部塌體網(wǎng)噴C25混凝土進(jìn)行封閉處理；

4)對(duì)塌方口至二次襯砌端頭區(qū)段監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)進(jìn)行加密，加大量測(cè)頻次，持續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握圍巖動(dòng)態(tài)，指導(dǎo)施工作業(yè)[9]，防止次生災(zāi)害發(fā)生，確保施工作業(yè)安全。

圖4 反壓砂袋施工照

4.2 塌方段施工

4.2.1 整體方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，組織專家進(jìn)行會(huì)勘論證，確定了按 “先加固、再處理、襯砌緊跟、穩(wěn)步推進(jìn)”的施工原則，以“雙層大管棚+小導(dǎo)管超前注漿”作為超前支護(hù)[10]，考慮有效結(jié)合原雙導(dǎo)洞超前的施工工法，采用“雙側(cè)壁”分三臺(tái)階開挖塌方段(見圖5)。

圖5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工橫斷面圖(單位： cm)

Fig. 5 Horizontal cross-section of double-side drift method construction(unit: cm)

整體方案措施： 1)對(duì)塌體碼砂袋反壓完畢后，錨噴封閉滑塌面并注漿加固； 2)對(duì)DK5+480～+486段拱部進(jìn)行徑向注漿加固，在DK5+486.5處大角度施工第1環(huán)大管棚，通過(guò)注漿回填塌方造成的拱部空洞并對(duì)拱部松散塌體進(jìn)行穩(wěn)固，第1環(huán)管棚起到錨、棚、固的作用； 3)對(duì)DK5+486.5～+489塌方段采用雙側(cè)壁工法分臺(tái)階開挖并徑向注漿加固； 4)在DK5+489處施作第2環(huán)大管棚，使大管棚一次性跨過(guò)塌方體，充分起到超前棚護(hù)及預(yù)加固作用； 5)利用超前管棚，采用雙側(cè)壁法順序開挖拆換DK5+489～+500塌方段及嚴(yán)重變形段； 6)順序?qū)K5+500～+515侵限變形段進(jìn)行拆換處理； 7)及時(shí)同步進(jìn)行回填注漿和二次支護(hù)加固； 8)進(jìn)行仰拱二次襯砌施工，完成隧道施工； 9)開挖過(guò)程各部采用“真空輕型井點(diǎn)降水+集水坑集排水”法進(jìn)行降排水[11]。

4.2.2 雙層大管棚施工

大管棚施工工藝是在軟弱圍巖的隧道施工及塌方段處治中最常使用的傳統(tǒng)施工方法，大管棚超前注漿預(yù)加固控制圍巖沉降能力較強(qiáng)，且效果明顯[12-13]。

根據(jù)坍塌體情況分析設(shè)計(jì)施作2環(huán)φ108大管棚，考慮頂部塌體主要為粉細(xì)砂夾雜有砂卵石，雖然松散但沒(méi)有明顯空腔，因此在DK5+486.5處施作第1環(huán)大管棚，管棚長(zhǎng)20 m，外插角為20°～30°，注雙液漿，管棚大角度外插，通過(guò)注漿對(duì)頂部塌體進(jìn)行有效的固結(jié)，同時(shí)能起到錨固和超前棚護(hù)的雙重作用； 第2環(huán)管棚在DK5+489處施作，管棚長(zhǎng)30 m，外插角為5°～10°，注水泥砂漿，管棚一次性跨過(guò)塌方段進(jìn)行超前棚護(hù)，保障了后續(xù)開挖、換拱的安全順利進(jìn)行。2環(huán)大管棚均在拱部180°布置，間距30 cm，內(nèi)設(shè)鋼筋籠(見圖3)。

4.2.2.1 施工準(zhǔn)備

對(duì)塌體進(jìn)行碼砂袋反壓完畢后錨噴封閉滑塌面并注漿加固，同時(shí)對(duì)DK5+480～+486段初期支護(hù)背后進(jìn)行補(bǔ)注漿加固；在DK5+485～486.5段上斷面恢復(fù)雙側(cè)壁支護(hù)體系，側(cè)壁與臨時(shí)仰拱采用I20b鋼架， 每0.5 m布置1榀，與正洞鋼架逐榀連接到位；側(cè)壁墻腳設(shè)置縱向槽鋼托梁加強(qiáng)連接；在5部搭設(shè)施工操作平臺(tái)，施作管棚導(dǎo)向定位鋼架，按設(shè)計(jì)要求布設(shè)φ130 mm導(dǎo)向鋼管，做好管棚施工準(zhǔn)備工作(見圖6)。

圖6 大管棚施工照

4.2.2.2 管棚施工工藝

根據(jù)粉細(xì)砂地層經(jīng)擾動(dòng)即成松散粉狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，由于塌體中間有部分卵礫石，成孔困難，選用跟管鉆進(jìn)工藝施工管棚，將套管及鉆桿同時(shí)鉆入，成孔后取出內(nèi)鉆桿，頂進(jìn)管棚，拔出外套管。管棚跟管鉆進(jìn)工藝流程見圖7。

4.2.2.3 管棚制作及鉆孔施工

1)管棚制作。采用外徑φ108 mm、壁厚6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，按設(shè)計(jì)管節(jié)長(zhǎng)度對(duì)鋼管進(jìn)行分節(jié)切割，端頭套絲，絲扣長(zhǎng)15 cm，全部加工為正絲；管節(jié)長(zhǎng)度規(guī)格為4 m和2 m； 連接套管在工廠定制加工，長(zhǎng)度為30 cm。

2)管棚施工步驟如下。

①施工導(dǎo)向架。按照測(cè)量放樣點(diǎn)設(shè)導(dǎo)向鋼管，自左向右順序?qū)?yīng)各孔編號(hào)； 搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)，確保平臺(tái)穩(wěn)固，防止施鉆時(shí)鉆機(jī)產(chǎn)生擺動(dòng)、位移影響鉆孔質(zhì)量和人身安全。

圖7 管棚跟管鉆進(jìn)施工工藝流程圖

② 鉆機(jī)就位。選用YG-80跟管鉆機(jī)(全液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭式鉆機(jī))，鉆機(jī)要與導(dǎo)向管方向平行，精確核定鉆機(jī)位置，確保鉆機(jī)鉆桿軸線與孔口管軸線相吻合。

③ 跟管鉆孔。鉆孔由高孔位向低孔位順序進(jìn)行，開鉆時(shí)低速低壓，鉆進(jìn)中隨時(shí)測(cè)量鉆機(jī)、鉆桿的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超標(biāo)及時(shí)糾正調(diào)整。每鉆進(jìn)0.3～0.5 m用高壓風(fēng)吹孔排粉清理一次，并清洗鉆桿，以保持孔內(nèi)清潔，跟管鉆進(jìn)達(dá)設(shè)計(jì)深度后清孔退鉆。

注意事項(xiàng)： 吹孔時(shí)中心鉆具的上提距離需嚴(yán)加控制，禁止在鉆進(jìn)過(guò)程中向上起拔中心鉆具或來(lái)回倒桿。在鉆頭接觸到礫石層后，先回轉(zhuǎn)，待正常后，再開風(fēng)沖動(dòng)鉆進(jìn)。

④ 管棚頂進(jìn)。在套管內(nèi)逐節(jié)推進(jìn)φ108管棚，為滿足相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1 m且與同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%的相關(guān)要求，分單序孔和雙序孔配置管節(jié)，單序孔全部為4 m管節(jié)；雙序孔內(nèi)第1段、最后一段用2 m管節(jié)，其余段均采用4 m管節(jié)。

⑤ 管棚安設(shè)完成后，逐節(jié)拔出套管，管棚內(nèi)安設(shè)鋼筋籠。

⑥ 插管封孔。鋼管內(nèi)插入注漿管和排氣管，排氣管應(yīng)深入孔底； 孔口安裝止?jié){閥與溢漿孔，對(duì)預(yù)留管口進(jìn)行保護(hù)后，對(duì)孔口空隙采用砂漿封堵密實(shí)，準(zhǔn)備注漿施工。

4.2.2.4 管棚注漿

第1環(huán)大管棚注水泥-水玻璃雙液漿，最大限度地固結(jié)頂部松散塌體及封堵滲水； 第2環(huán)大管棚注水泥砂漿。注漿按由低到高、由下往上的順序交錯(cuò)進(jìn)行，過(guò)程中必須多次循環(huán)補(bǔ)注，注漿壓力保持在0.5～1 MPa，孔口溢漿孔開始冒漿后停止注漿。漿液嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比現(xiàn)場(chǎng)均勻拌制，隨拌隨用。

4.2.3 塌方、變形段開挖施工

采用雙側(cè)壁分三臺(tái)階開挖施工，遵循“重降水、強(qiáng)支護(hù)、快挖、快支、快封閉”的施工原則，用小管棚配合大管棚加強(qiáng)超前支護(hù)，循環(huán)進(jìn)尺0.5 m，小管棚隨鋼架每榀設(shè)置，并注漿加固，充分利用9部大核心土結(jié)合臨時(shí)支護(hù)體系保證支護(hù)強(qiáng)度與施工安全。

4.2.3.1 施工步序(見圖5、圖8)

1)利用上一循環(huán)架立鋼架施作小管棚超前支護(hù)，開挖1部土體；及時(shí)施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，打設(shè)鋼架鎖腳錨管。1部施工2～3 m后，開挖2部，接長(zhǎng)鋼架，施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。

2)重復(fù)上一步驟，開挖3部、4部土體，施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。

3)利用上一循環(huán)架立鋼架施作小管棚，進(jìn)行超前支護(hù)； 開挖5部土體，及時(shí)施作初期支護(hù)。

4)5部施工2～3 m后，削挖6部土體，安設(shè)臨時(shí)仰拱，上斷面封閉成環(huán)。

5)6部施工2～3 m后，開挖7部土體，接長(zhǎng)鋼架，施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，封閉成環(huán)； 7部施工2～3 m后，開挖8部土體，接長(zhǎng)鋼架，施作初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)，封閉成環(huán)。

6)拖后1～2 m及時(shí)進(jìn)行二次支護(hù)和回填注漿。

7)8部施工3～5 m且二次支護(hù)和回填注漿完成后，可開挖9部土體(大核心土)，9部開挖隨仰拱同循環(huán)推進(jìn)，每循環(huán)超前仰拱1～2 m即可，開挖后及時(shí)安設(shè)臨時(shí)仰拱，使之封閉成環(huán)。

8)按照左、右、中順序分塊施作5部仰拱初期支護(hù)，接長(zhǎng)側(cè)壁鋼架，落底至仰拱初期支護(hù)鋼架上，澆筑仰拱及填充混凝土，仰拱每循環(huán)進(jìn)尺2 m。

9)仰拱澆筑完成后可拆除側(cè)壁及臨時(shí)仰拱，一次拆除長(zhǎng)度不大于6 m，利用襯砌模板臺(tái)車一次性完成6部二次襯砌的灌筑。二次襯砌每板6 m。

(a) (b)

注意事項(xiàng)： 各部按出水情況采用真空輕型井點(diǎn)降水后再開挖施工； 6、9部土體保留對(duì)增強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)作用明顯，嚴(yán)禁超挖；施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)分析掌握圍巖收斂變化情況。

4.2.3.2 支護(hù)參數(shù)

1)塌方開挖預(yù)留變形量為35 cm。

2)初期支護(hù)。全環(huán)設(shè)I25a鋼架，間距為0.5 m； 每處接頭部位設(shè)置4根φ42錨管，長(zhǎng)4.0 m；全環(huán)設(shè)置φ22連接筋，“Z”字型連接，環(huán)向間距為1.0 m；布設(shè)雙層20 cm×20 cm規(guī)格的φ8鋼筋網(wǎng)片； 全環(huán)噴射33 cm厚的C30混凝土。鋼架每榀設(shè)置φ42超前小導(dǎo)管，外插角為5°～10°，拱部環(huán)向間距為10 cm ，邊墻間距為20 cm，長(zhǎng)度為2.6 m。

3)臨時(shí)支護(hù)。側(cè)壁及臨時(shí)仰拱均采用I20b鋼架，間距為0.5 m； 每處接頭部位設(shè)置4根長(zhǎng)4.0 m的φ42鎖腳錨管。均設(shè)置φ22連接筋，“Z”字型連接，環(huán)向間距為1.0 m。布設(shè)單層20 cm×20 cm規(guī)格的φ8鋼筋網(wǎng)片； 全環(huán)噴射28 cm厚的C30混凝土。側(cè)壁鋼架每榀設(shè)置φ42超前小導(dǎo)管，外插角為5°～10°，環(huán)向間距為20 cm ，長(zhǎng)度為2.0 m。

4)徑向注漿。對(duì)初期支護(hù)背后進(jìn)行回填注漿施工，拱墻設(shè)置φ42注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)度為4.0 m，環(huán)縱間距為1.5 m×1.5 m。

5)二次支護(hù)。拱墻設(shè)I20a鋼架，間距為0.5 m，拱墻掛設(shè)20 cm×20 cm規(guī)格的φ8鋼筋網(wǎng)片，拱墻設(shè)置φ22連接筋，環(huán)向間距為1.0 m； 每榀設(shè)置16根φ42錨管，長(zhǎng)4.0 m；拱墻噴射25 cm厚的C25混凝土。

4.2.3.3 施工降排水

各部的施工過(guò)程均采用“真空輕型井點(diǎn)降水+集水坑集排水”的方法進(jìn)行降排水。

真空降水采用7.5 kW的V6型真空泵，連接φ32PPR降水井管。V6型真空泵的運(yùn)行使各個(gè)井管周圍形成負(fù)壓，將粉細(xì)砂圍巖中的水抽排出來(lái)，降水施工時(shí)真空負(fù)壓需控制在-0.06 MPa以下，抽出的水匯集到集水坑，再用大功率水泵集中抽排到洞外。

每臺(tái)V6型真空泵連接2節(jié)φ80集水主管，每節(jié)主管長(zhǎng)4.0 m，布置8～12個(gè)帶閘閥的φ32節(jié)管，通過(guò)φ32鋼絲軟管跟井管連接，每臺(tái)真空泵可連接16～24孔管井。井管采用φ32PPR管加工，井管長(zhǎng)度為4～5 m，管頭為50～80 cm長(zhǎng)的鉆孔外包裹100目雙層濾網(wǎng)，采用高壓風(fēng)或高壓水直接沖孔插管施工。塌方段拱部出水量大，降水井管在初期支護(hù)鋼架設(shè)立完成但未噴混凝土之前在拱部超前布設(shè)，等初期支護(hù)噴射混凝土完成后再連接主管進(jìn)行超前降水，確保下一環(huán)的開挖順利進(jìn)行。

每個(gè)部位的管井及V6型真空泵數(shù)量需根據(jù)各部位出水情況來(lái)設(shè)置。

4.2.3.4 回填注漿

徑向回填注漿是增強(qiáng)支護(hù)體系的關(guān)鍵工序，由于塌方段出水嚴(yán)重，注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿的水灰比為1∶1，水玻璃玻美度為30～40 °Bé，水泥-水玻璃體積比為1∶0.3～1∶1。注漿過(guò)程中必須多次循環(huán)補(bǔ)注，確?；靥蠲軐?shí)，注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa為宜。通過(guò)徑向注漿可將初期支護(hù)和圍巖固結(jié)到一起，使超前導(dǎo)管、徑向注漿管、初期支護(hù)鋼架與初期支護(hù)背后的松散砂體固結(jié)成一個(gè)完整的混凝土受力殼，增強(qiáng)了隧道的支護(hù)強(qiáng)度和周邊圍巖的整體穩(wěn)定性。

4.2.3.5 仰拱及二次襯砌施工

仰拱施工為關(guān)鍵工序，采用短進(jìn)尺，分部、分塊開挖支護(hù)，一次性澆筑完成。仰拱開挖按左、右、中的順序分塊進(jìn)行，左、右塊開挖循環(huán)進(jìn)尺為0.5～1 m，先開挖左右塊接長(zhǎng)側(cè)壁鋼架，與仰拱鋼架螺栓連接分塊封閉成環(huán)；待左、右側(cè)掘進(jìn)完成2 m后即可開挖一循環(huán)中部，完成整體仰拱初期支護(hù)；然后綁扎仰拱鋼筋，完成仰拱及填充的混凝土澆筑。仰拱施工必須保留側(cè)壁及臨時(shí)支護(hù)，根據(jù)量測(cè)，待初期支護(hù)變形穩(wěn)定后，按二次襯砌循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度拆除側(cè)壁及臨時(shí)支護(hù)，隨后進(jìn)行二次襯砌施工。

嚴(yán)格控制仰拱、二次襯砌的循環(huán)進(jìn)尺與步距[14-15]。仰拱循環(huán)進(jìn)尺為2 m，二次襯砌循環(huán)進(jìn)尺為6 m。仰拱滯后9部(大核心土)1～2 m，二次襯砌緊跟仰拱施作，采用6 m襯砌臺(tái)車拱墻一次性整體灌注。

為縮短仰拱與二次襯砌間的步距，利用襯砌臺(tái)車加工伸縮長(zhǎng)度3 m的操作平臺(tái)，借助平臺(tái)進(jìn)行拆除臨時(shí)支護(hù)、掛設(shè)土工布防水板及鋼筋綁扎等施工作業(yè)。

5 塌方處治效果

5.1 塌方處治施工要點(diǎn)

1)雙層大管棚對(duì)塌方處治起到很重要的作用，特別是第1環(huán)管棚。由于粉細(xì)砂地層的特殊性，坍塌后的砂體變松散，但是沒(méi)有明顯的空腔，所以大管棚采用20°～30°外插，通過(guò)注漿可對(duì)頂部松散塌體進(jìn)行有效固結(jié)和錨固。管棚不僅起到超前棚護(hù)的作用，而且對(duì)固結(jié)后的坍塌體起到很好的錨固作用，一定程度上解決了粉細(xì)砂塌體難自穩(wěn)、持續(xù)流塌的問(wèn)題。第2環(huán)管棚采用小外插角一次性跨過(guò)塌方段進(jìn)行超前棚護(hù)，確保后續(xù)開挖、換拱施工安全順利完成。

2)雖然采用雙側(cè)壁法開挖塌體，但并沒(méi)有完全按照標(biāo)準(zhǔn)的雙側(cè)壁工法施工。合理融入臺(tái)階法、保留大核心土法，先上斷面封閉成環(huán)開挖推進(jìn)，后跟進(jìn)下半斷面，這樣既能快速探明塌方的范圍情況，提高了施工效率，又能有效地保障施工安全。開挖過(guò)程通過(guò)充分保留6部、9部大核心土，使核心土體跟側(cè)壁、臨時(shí)支撐有效地結(jié)合在一起共同受力，有效地控制了圍巖的收斂變形，保證了施工安全性。

3)采用雙側(cè)壁法處治塌方，處治完成后可直接過(guò)渡到雙導(dǎo)洞超前法施工正常段，減少了工法轉(zhuǎn)換對(duì)施工的影響，保證了施工安全，提高了施工進(jìn)度和效率，節(jié)約了施工成本。

4)塌方后拱部發(fā)生大量出水，結(jié)合前期的施工降水經(jīng)驗(yàn)，對(duì)拱部充分采用真空輕型井點(diǎn)降水并取得成效，保障了塌體的順利開挖。而且各部支護(hù)完成后及時(shí)注漿回填、多循環(huán)補(bǔ)注，很好地加強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)固和支護(hù)的效果，有效地控制了圍巖的收斂變形。

5.2 塌方處治施工效果

桃樹坪隧道施工過(guò)程中各工區(qū)都出現(xiàn)過(guò)不同程度的變形、坍塌情況，相對(duì)來(lái)說(shuō)本次塌方處治的進(jìn)度、效果是最好的。桃樹坪隧道3#斜井正洞采用優(yōu)化改進(jìn)后的“真空降水+雙層大管棚+小管棚+雙側(cè)壁”方案處治塌方， 共30 m的塌方變形段耗時(shí)6個(gè)半月安全順利完成處治，雖然表面看進(jìn)度并不快，但相比桃樹坪隧道5家參建單位月平均8～12 m的施工進(jìn)尺來(lái)分析是相當(dāng)成功的。

施工實(shí)踐證明，優(yōu)化改進(jìn)后的“真空降水+雙層大管棚+小管棚+雙側(cè)壁”法對(duì)處治富水粉細(xì)砂層圍巖塌方是比較成功的，針對(duì)坍塌后的富水粉細(xì)砂層地質(zhì)的特殊性，很好地穩(wěn)固了坍塌松散體，有效地控制了圍巖的再次變形，提高了施工效率，保障了隧道施工安全及工程質(zhì)量。

6 結(jié)論與討論

軟弱圍巖隧道施工發(fā)生初期支護(hù)變形、坍塌的幾率相當(dāng)大，塌方處治難度極大，處理不當(dāng)極易引發(fā)次生災(zāi)害，形成惡性循環(huán)。特別對(duì)于富水粉細(xì)砂圍巖(Ⅵ圍巖)隧道，發(fā)生坍塌后松散的砂體將會(huì)持續(xù)流塌、無(wú)法自穩(wěn)，塌方漏斗持續(xù)擴(kuò)大，會(huì)引起整個(gè)地表的大型塌陷事故，所以塌方處治難度極大。采用優(yōu)化改進(jìn)后的 “真空降水+雙層大管棚+小管棚+雙側(cè)壁”法處治富水砂層圍巖塌方是一種相當(dāng)有效的處理方法，整個(gè)施工方案是在傳統(tǒng)施工工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際圍巖狀況打破常規(guī)，進(jìn)行了大膽、合理的優(yōu)化改進(jìn)，如大角度大管棚、拱頂超前真空降水、臺(tái)階法施工雙側(cè)壁、充分保留核心土(9部)、分部快速封閉成環(huán)、及時(shí)回填注漿等，這一系列措施對(duì)處理富水粉細(xì)砂圍巖隧道塌方非常實(shí)用，很好地解決了富水粉細(xì)砂塌體的排水、穩(wěn)固以及塌方處治過(guò)程中圍巖二次變形、開挖困難等問(wèn)題，實(shí)施效果明顯。既保障了施工安全質(zhì)量，又充分利用了傳統(tǒng)工藝在施工中操作熟練度高、易組織、成本低等優(yōu)點(diǎn)，提高了塌方處治效率和施工進(jìn)度。桃樹坪隧道3#斜井正洞塌方處治的成功可為同類型隧道施工提供技術(shù)參考和借鑒，下一步的研究可針對(duì)支護(hù)參數(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高施工效率，減少支護(hù)成本。

[1] 楊家松.大斷面軟巖隧道變形控制技術(shù)研究[J]. 隧道建設(shè), 2015, 35(4): 359.

YANG Jiasong. Study of deformation control technology for large cross-section tunnel in soft rock[J]. Tunnel Construction, 2015, 35(4): 359.

[2] 關(guān)寶樹.軟弱圍巖隧道變形及其控制技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2011, 31(1): 1.

GUAN Baoshu. Deformation of tunnels with soft surrounding rocks and its control[J]. Tunnel Construction, 2011, 31(1): 1.

[3] 趙福善. 蘭渝鐵路兩水隧道高地應(yīng)力軟巖大變形控制技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2014, 34(6): 546.

ZHAO Fushan. Technologies to control serious deformation of soft rocks with high ground stress: Case study of Liangshui Tunnel on Lanzhou-Chongqing Railway[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(6): 546.

[4] 李國(guó)良, 朱永全.烏鞘嶺隧道高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形控制技術(shù)[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2008(3): 54.

LI Guoliang, ZHU Yongquan. Control technology for large deformation of highland stressed weak rock in Wushaoling Tunnel[J].Journal of Railway Engineering Society, 2008(3): 54.

[5] 覃顯光.鐵路軟弱圍巖隧道施工塌方處治技術(shù)[J]. 華東科技(學(xué)術(shù)版), 2012(11): 418.

QIN Xianguang. Countermeasures for collapse of soft-weak rock railway tunnel[J]. East-China Science & Technology (Academic Edition), 2012 (11): 418.

[6] 陳良兵.大跨度軟弱圍巖隧道塌方處治施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑技術(shù), 2016(7): 29.

CHEN Liangbing. Construction technology of large section soft surrounding rock tunnel collapse treatment[J]. Railway Construction Technology, 2016(7): 29.

[7] 賴金星, 邱軍領(lǐng), 牛方園, 等.淺埋偏壓黃土隧道塌方處治及效果分析[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2017, 54(2): 194.

LAI Jinxing, QIU Junling, NIU Fangyuan, et al. The effects of treatment of collapses in shallow-buried loess tunnels with unsymmetrical loading[J]. Modern Tunnelling Technology, 2017, 54(2): 194.

[8] 張學(xué)文.桃樹坪隧道穿越富水粉細(xì)砂地層雙導(dǎo)洞超前法施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2016, 36(5): 577.

ZHANG Xuewen. Advanced double-drift construction technologies for Taoshuping Tunnel crossing water-rich fine silty sand strata[J]. Tunnel Construction, 2016, 36(5): 577.

[9] 馬士偉, 韓學(xué)詮, 廖凱, 等. 大斷面軟弱圍巖隧道防塌方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2014(9): 88.

MA Shiwei, HAN Xuequan, LIAO Kai, et al. Warning standards study of real-time monitoring for anti-collapse in large cross-section tunnel of soft and weak surrounding rock[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2014(9): 88.

[10] 祁衛(wèi)華. 第三系富水砂巖鐵路隧道施工技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2015, 52(1): 177.

QI Weihua . Construction of a railway tunnel in water-rich tertiary sandstone[J]. Modern Tunnelling Technology, 2015, 52(1): 177.

[11] 張學(xué)文. 富水飽和砂土隧道施工降水技術(shù)探討[J]. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力, 2012(4): 92.

ZHANG Xuewen. Discussion on technology of precipitation of tunnel construction of sandstone of saturation and water-rich [J]. Sci-tech Innovation and Productivity, 2012(4)： 92.

[12] 賴金星, 汪珂, 郭春霞, 等. 軟弱圍巖隧道管棚水平旋噴組合預(yù)加固變形規(guī)律[J]. 隧道建設(shè), 2015, 35(5): 404.

LAI Jinxing, WANG Ke, GUO Chunxia, et al. Deformation law of composite structure of pipe roof and horizontal jet-grouting pile reinforcement in tunneling in weak strata[J]. Tunnel Construction, 2015, 35(5): 404.

[13] 孫明彪. 富水糜棱巖大斷面隧道Ⅵ級(jí)圍巖變形控制技術(shù)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2014, 51(2): 152.

SUN Mingbiao. Deformation control for a large section tunnel in water-rich mylonite with grade Ⅵ surrounding rock[J]. Modern Tunnelling Technology, 2014, 51(2): 152.

[14] 史繼堯, 王玥. 仰拱步距和臺(tái)階長(zhǎng)度對(duì)軟巖大斷面隧道穩(wěn)定性影響分析[J]. 隧道建設(shè), 2017, 37(4): 428.

SHI Jiyao, WANG Yue. Analysis of influence of invert arch step distance and bench length on stability of large cross-section soft rock tunnels[J]. Tunnel Construction, 2017, 37(4): 428.

[15] 徐松. 牡綏鐵路興源隧道軟巖大變形控制技術(shù)[J]. 隧道建設(shè), 2016, 36(8): 997.

XU Song. Large deformation control technologies for soft rock of Xingyuan Tunnel on Mudanjiang-Suifenhe Railway[J]. Tunnel Construction, 2016, 36(8): 997.