大管棚注浆法在软岩隧道塌方处理中的应用.doc

大管棚注浆法在软岩隧道塌方处理中的应用 乔雪垠 （河南建筑职业技术学院 河南省建筑工程学校，河南 郑州 450007） 摘要：本文以国道112线铁营隧道塌方处理为例，介绍了大管棚注浆结合小导管注浆对塌方段岩体进行预加固并顺利通过软岩隧道塌方段的施工方法，并对塌方处理过程隧道变形与受力的数据曲线进行了简要分析。 关键词：软岩隧道；塌方；大管棚；注浆 中图分类号：U455.49文献标识码：AThe Use of the Pipe and Canopy Grouting Method in the Handling of Softrock Tunnel CollapseQiao Xueyin(Henan Technical College of construction, Henan Architectural Engineering School, Zhengzhou 450007, China)Abstract: Based on the collapse treatment for the TieYing tunnel of the national road 112, this paper mainly introduces the pipe and canopy grouting method combined with ductule grouting method to strengthen the rock mass in the collapse and finally smoothly get through the softrock collapse section, and also briefly analyzes the deformation of the tunnel and the stress data curve in the process of collapse handling.Key words：softrock tunnel; collapse; pipe and canopy; grouting引言 铁营隧道位于国道112线河北承德段，全长1105m，隧道最大埋深120.3m。该工程由中铁十一局承建。隧道初期支护内轮廓为直墙半圆拱，在初期支护和二次衬砌之间设柔性防水层。隧道掘进分上下两台阶，第二台阶的高度在2.602.65m之间。2004年10月22日下午17：40，距离隧道洞口55m处的K22270断面拱顶处的初次衬砌突然掉落，上部破碎岩体随后大块掉落，并且一直持续不停，塌落体很快便将整个洞口封死，5名工人来不及撤离而被困洞中。事故发生后为营救洞内工人，现场采用装载机和挖掘机进行清渣。10月23日16：00，洞内工人获救。第三日即10月24日早晨8：00，隧道再次发生冒顶，洞顶上方山体下陷，形成长轴24m、短轴21m、深46m的椭圆形塌坑，之后经小导洞法探明隧道塌方段为K22265K22295，共计30m长。 1 工程地质概况及塌方原因分析 1.1 工程地质概况 铁营隧道塌方段洞内主要岩体为斑状混合岩，钻孔取样作物理力学试验所得数据为：容重2.65g/cm3，饱和单轴抗压强度24.8MPa，抗拉强度2.1MPa，静弹性模量2600MPa，建议容许应力2.5MPa。但在上台阶掘进过程中发现K22270位置掌子面岩体出现明显的不均质现象：左侧与拱顶部岩体风化严重，而右侧风化较轻。于是对原设计支护进行加强，采用42超前小导管超前支护，H13格栅钢架的间距由原设计的1.0m / 榀改为0.8m / 榀，径向锚杆采用22螺纹钢，C20喷射混凝土。截至塌方发生之日，铁营隧道共掘进150m长。隧道塌方情况如图1所示（事故发生后以小导洞探明）。 图1 隧道塌方模型图 1.2 塌方原因分析 1.2.1 软弱结构面影响 在K22270、K22273处发现的黄色光滑和黑色橡皮质软弱夹层，是造成本次塌方的重要结构面。 1.2.2 强风化岩体影响 隧道穿越的岩体结构面不发育，但隧道断面上部分岩体受强风化作用而强度降低。塌方段岩体呈现明显的不均质性：左侧及拱顶岩体风化严重，自稳性差；右侧岩体风化较轻,自稳性远优于左侧及拱顶岩体。尽管隧道开挖前的勘察资料不全面，但设计与施工均对风化岩体的软岩特性给予了足够重视，设计与施工均提高了临时支护强度，但最终仍出现了严重的塌方事故，因此，此次事故属于不可避免的地质灾害。2 塌方处理方法 2.1 洞内塌方体处理 2.1.1 小导洞开挖 为掌握塌方段起止准确位置、了解塌落体物理力学性质以及为塌方体开挖做准备，塌方处理方案的第一步是在塌方体中开挖一条断面为1/4圆，半径为2.5m的小导洞。由于原隧道右侧壁直墙保存完好而未受塌方影响，且右侧岩体自稳性较好，小导洞的开挖位置就选在紧靠原隧道右侧壁的塌落体中。如图2所示。 小导洞开挖之前应在塌方体外侧表面施作30cm厚的C20混凝土止浆墙；小导洞贯通之后在塌方体内侧施作同样的止浆墙，以备大管棚注浆使用。 图2 小导洞位置示意图 小导洞支护参数如下： 通过小导洞开挖得到了如下关于塌方体的重要结论： 隧道的塌方里程为K22265K22295，共30m长，基本处于隧道左侧和中部严重风化的岩体内，塌方区域的隧道右侧岩体为微风化未风化的岩体，且塌方体内存在巨大空洞的可能性很小,但小空洞仍存在，尤其是在塌方体底部，由于毁坏的格栅钢架的存在而形成小空洞。因此塌方体为小空洞与岩石散体的混合体。 2.1.2 塌方体开挖 基于对铁营隧道塌方体的如上认识和小导洞成功实施的经验，特别是塌方体隧道左侧岩体严重风化的实际情况，塌方处理采取的支护方案为：大管棚及超前小导管注浆，辅以工字钢拱架及喷射混凝土。 a）塌方段岩体预加固处理 为保证施工安全与施工质量，在塌方体开挖之前对塌方体附近一定范围内隧道进行预加固处理：塌方体内外侧各10m范围内（K22255K22265，K22295K22305）利用锚杆注浆加固；塌方体内外两侧各15m范围内（K22250K22265，K22295K22310）利用锚杆注浆工字钢架加固。 b）大管棚注浆超前支护 利用108长10m、5m的两种管棚沿隧道纵向每6m打一环，环向间距0.7m，外插角沿隧道纵坡方向1530，注入水泥水玻璃浆液，管棚沿隧道拱部和直墙范围布置，如图3、图4。水泥水玻璃浆液配比为水泥：水玻璃：水10.61，浆液凝固时间为30s。 图3 管棚纵向布置图 图4 管棚环向布置图 c）塌方体开挖与支护 注浆完成后进行塌方体的开挖。塌方体开挖采用预留核心土、先拱后墙方式。开挖过程中为减小对周围塌方体的扰动，采用半人工开挖，具体过程为：首先从拱顶向下开挖出大约0.5m1m的空间，再向拱脚处开挖，并预留出核心土。掌子面继续向前开挖约2m后便可开挖上一循环预留的核心土，之后在掌子面拱顶架设I16钢拱架并锁脚。 d）超前小导管注浆辅助支护 超前小导管的主要作用是对管棚注浆效果不好的掌子面局部或整体起加强作用。本次施工小导管长度3.5m，排距1.5m，间距0.7m。注浆压力在1.5MPa3MPa之间。 2.2 洞外地表处理 封闭地表塌陷坑。首先将塌陷坑地面夯实，再铺设两层PVC防水板，然后施作200mm厚的C20混凝土；塌陷坑四周用200mm厚的C20混凝土进行封闭。沿山坡低侧开沟防水，确保坑内不积水。 2.3 施工过程中的实时监控量测 此次塌方处理过程中的实时监控量测分三项内容：隧道拱顶沉降量测、隧道围岩收敛变形量测以及隧道支护结构受力情况监测。 a）隧道拱顶沉降量测：共设置4个测点，均位于隧道拱顶，对应桩号分别为K22269.5，K22278，K22287，K22297（塌方区外）。 b）隧道围岩收敛变形量测：在隧道某一断面的岩壁上安设多个测点，然后使用多点位移计定期测量各测点的相对位移，利用位移变化量及变化速度来判定隧道是否处于稳定状态。本次监测过程采用的多点位移计精度为0.01mm。 c）隧道支护结构受力测量：在隧道围岩与支护结构之间预埋压力盒，并利用钢弦测力计测量压力盒受力。3 处治效果 3.1 隧道围岩变形分析 图5 K22278拱顶沉降曲线 图6 K22260.5收敛测站AD变化速率曲线 图7 K22284.5压力测站压力变化曲线 a）K22278拱顶沉降曲线 曲线分析：该曲线数据显示的最大沉降值为15mm；最大隆起值为7mm。拱顶最终沉降量为56mm。该曲线呈递减趋势，表明隧道拱顶呈稳步沉降趋势。隧道拱顶最终沉降值56mm，远小于设计中的预留变形值150mm。 b）K22260.5收敛曲线 曲线分析：该曲线反映的变形量在0值上下波动，但波动幅度逐渐减小，而且最后两次测量的结果均为正值且与0极为接近。这说明AD的距离也将趋于恒定值。而A、D两测点分别位于隧道掌子面的拱顶和左侧，AD变化恰恰代表了隧道围岩自稳性最薄弱的位置。AD距离不变说明隧道整体上已经趋于稳定。可以预见，经过较短的时间后，隧道将处于稳定状态。 3.2 隧道支护结构受力分析 曲线分析：曲线前半部分波动较大，说明压力盒受力不够平稳；后半部分曲线趋于平缓，说明压力盒受力渐趋平稳，也说明支护结构已与上部岩体密贴。压力数值保持在18kN以下，这个数值在压力盒与支护结构可承受的范围之内。 4 结论 此次塌方处理对隧道拱顶沉降控制良好，围岩变形具有很好的收敛性，支护结构受力趋于稳定。因此可以认为，