隧道裂隙水觀測及塌方處理

秦 才 福

(山西歐拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

隧道裂隙水觀測及塌方處理

秦 才 福

(山西歐拉建筑工程有限公司，山西 太原 030012)

結合某隧道的工程地質條件，觀測了隧道開挖掌子面裂隙水的涌水情況，探討了該隧道塌方治理的基本原則與方案，并闡述了大管棚及超前小導管注漿施工技術，旨在確保隧道工程的安全性。

隧道，涌水觀測，塌方處理，管棚，超前小導管

1 工程概況

2 涌水觀測

在施工過程中,我們采用了三角堰觀測,三角堰埋設在洞口邊溝匯水處,其出水形式為三角堰堰口漫流。

流量計算公式為：

其中，Q的單位L/s;h的單位cm；C由表1求出。

表1 C的取值表

在每天的觀測中只需要測出三角堰頂板到水位線的高度即可，在施工中有很強的操作性。通過觀測可以較好的反映出隧道開挖掌子面裂隙水的情況，可以對地質情況進行超前預報，指導施工。

3 塌方處理

當隧道掌子面發生大的垮塌，根據掌子面圍巖和坍塌的虛渣來看，此段巖性為灰色薄～中厚層巴東組三段泥灰巖(T2b3),最厚15 cm，隧道斷面巖層褶皺發育，造成巖層層面彎曲，節理裂隙發育，炭質泥巖含量高促使層面光滑。大規模褶皺的作用導致眾多彎曲擠壓破碎帶，巖體破碎，嚴重影響了巖體的整體穩定。拱部大量的裂隙涌水沖蝕致使掌子面的塌落。肉眼能見拱頂坍空區高度約4.5 m，環向長度15 m。齊頭涌水達到170 L/s，塌方堆砟涌至將開挖臺架埋置一半。

3.1 治理的基本原則

治理的基本原則概括起來可以歸納為七點：1)管超前;2)預注漿;3)多循環;4)短開挖;5)強支護;6)勤量測;7)早封閉。

3.2 塌方治理方案

支護采用φ108大管棚+φ42超前小導管+錨桿+鋼筋網+20b工字鋼+噴混凝土進行初期支護；開挖采用上下短臺階法進行施工；襯砌采用鋼筋混凝土。

3.3 大管棚施工方案及其要點

1)φ108大管棚施工。

a.管棚長度的選擇。根據觀測該塌方段長度約為15 m，考慮2 m導向管長度，3 m的穩固嵌巖深度，φ108大管棚設計鉆進長度為20 m。

b.擴挖。由于要滿足鉆機凈空要求和2 m的導向管長度，根據現場實際將已初支好的部分圍巖在安全的前提下后退2 m,對斷面進行擴挖以滿足鉆機的凈空要求，同時利用前面的2 m工字鋼架來進行安設導向管。

c.管棚施工。按要求在掌子面上用紅油漆定好孔位。從拱頂向兩側開鉆，采用跟管施工,每次將注漿管打入的長度為2 m,注漿管之間采用絲扣連接;鉆機的旋轉，沖擊速度及供水量應與巖性相適應，以減少鉆孔事故，提高鉆孔質量。

d.安裝鋼筋籠。管棚打入后即安裝鋼筋籠,保證管棚在縱向上有足夠的剛度。

2)大管棚注漿。

a.制漿：水玻璃的原液是51Be′。按要求應稀釋成30Be′使用。稀釋的方法是邊加水邊攪拌邊測量，至30Be′為好。水泥漿的配制按料重先輕后重的順序投料，據要求的W/C先在攪拌桶內添加好清水，在開動攪拌機的情況下，緩緩加入要求中的水泥量，再添加外加劑。攪勻后(一般為5 min)，經5 mm×5 mm孔的網篩過濾后，即可放漿供注漿用，施工現場需配置1個～2個貯漿桶，方能實現連續制漿和注漿。

b.注漿順序：先注無水孔后注有水孔。根據降水漏斗的原理，一般是從拱頂向下注，如遇竄漿或跑漿，則間隔一孔或幾孔灌注。

c.注漿壓力的控制：注漿終壓控制在0.5 MPa～1.0 MPa。

d.注漿泵量的控制：注漿泵的大小由注漿泵的排量調節控制按鈕和排量記錄儀加以監控。根據巖層的破碎程度和鉆孔出水量及泵的能力，確定注入速度在60 L/min～100 L/min之間,范圍選擇：當鉆孔出水量Q水≥50 L/min時，注入速度取80 L/min～100 L/min，當Q水=0 L/min～50 L/min時，注入速度取60 L/min～80 L/min。注漿過程中總注漿量的確定需要綜合考慮加固層厚度、排管參數、擴散半徑等因素?？梢酝ㄟ^公式Q=S×H×A×B×K計算取得總注漿量數值。

周邊S=(120°/360°)×π(7.552-5.552)=27.437 m2。注漿段長度H=20 m,有效灌漿系數A=0.8，漿液消耗系數B=1.2，地層空隙率K=0.3，每延米注漿量Q=7.9 m3。

e.漿液配合比的調控措施：凝膠時間能直接影響到漿液的配合比效果，調控基本原則是先稀后濃，逐級轉換，水泥漿液和水玻璃漿液的體積比C∶S控制范圍為1∶1～1∶0.6，常規體積比C∶S=1∶1。如發現跑漿及在封孔作業時，需采取間歇注漿，以減少凝膠時間，體積比C∶S=1∶0.6。特殊情況為阻止跑漿及提高孔口閥門的周轉速度可以采用體積比C∶S=1∶0.3，但應保證孔內有充足的進漿量且不會發生堵管。

f.凝膠時間調控措施:注漿泵流量的調控可以實現對凝膠時間的調控，具體操作過程中應根據現場實測事先制“配比操作表”操作，通過調節注漿泵流量控制系數，實現對凝膠時間的調控。實際操作過程中只需要控制注漿泵上的按鈕即可。相對于采用調節漿液濃度調控凝膠時間，具有快速、簡便、有效等多重優點。當特殊情況凝膠時間需在2 min以上時，可通過摻加緩凝劑來實現控制。注漿過程中在轉換漿液濃度和調整配合比時進行測試，需取樣實配，以保證凝膠時間的準確性。常規拌制漿液的過程中也需要進行經常性測試。為避免異常事故的出現，可在泄漿口對經過混合器混合后的CS漿液進行凝膠時間測定。通過相互對比，檢測漿液配合比是否準確，注漿泵運作是否正常，吸漿是否通暢，混合器能否進行均勻的混合。通過對比還能監控注漿的實施情況。

g.注漿終止標準：注漿終止標準一般設定為注漿壓力達到設計壓力標準或者接近設計壓力標準。如果注漿壓力達到設計標準或者接近設計壓力標準的80%時，將會出現較大規模的跑漿現象，可以通過間歇式注漿來結束注漿。

3.4 超前小導管注漿與開挖

1)大管棚施作完畢后開始開挖作業。

開挖作業采取上下臺階法，臺階長度設定不超過5 m，為短臺階。開挖進尺不大于1.5 m。施工現場塌方高度、深度、體積等情況不明確，因此無法準確計算開挖后的洞室變形情況及結構承載力。為防止初期支護變形過大侵入二次襯砌，保證二次襯砌厚度，根據工程類比預留20 cm的開挖下沉量。

2)初期支護。

初期支護采用φ42超前小導管注漿，Ⅰ20工字鋼拱架、鋼筋網、C20噴射混凝土共同構成聯合支護體系。鋼筋網片直徑為6.5，20 cm×20 cm；Ⅰ20工字鋼拱架間距設定為50 cm～80 cm,鋼拱架拱間連接鋼筋采用Φ22螺紋鋼，間距為1 m；C20噴射混凝土厚度為25 cm，為避免開挖作業以后掌子面圍巖暴露時間過長，確保支護體系能夠及早封閉，開挖完成后應盡早噴混凝土作業進行封閉，并及時施作仰拱確保整個支護結構能夠盡早成環。開挖作業與小導管注漿依次施作，每施作一環小導管后開挖支護三榀鋼拱架(1.5 m)，開挖作業一個循環后立即進行錨、網、噴等初期支護作業。

3)超前小導管施工。

a.鉆孔仰角15°，管棚間距35 cm，管棚長度4.5 m，采用φ42(厚4 mm)無縫鋼管，共計41根小導管。b.采用φ50鉆頭鉆進5 m→取出鉆桿→封孔注漿。如有卡鉆現象可改變鉆頭直徑的方法，分段鉆進。c.小導管注漿參數如表2所示。

表2 注漿參數表

4)整個工程的技術難點。

超前小導管注漿加固圈形成的固結殼可以有效的保證掌子面拱頂的穩固可靠，起到支撐松散塌方體，防止碎硝坍砟體從小導管縫隙間脫落引發新塌方的作用。塌方體內整體呈松散硝碎狀，并夾雜有軟質泥灰巖塊，松散無穩定性，成孔性差，施鉆困難，下管難度大，容易卡鉆，超前小導管的安裝成功與否和注漿施作效果，是整個塌方處理工程的技術難點。

4 結語

注漿與開挖關系的配合與協調，是涉及到鞏固注漿效果，減少工序銜接，縮短工期的一個重要因素，根據特定的注漿方案要求，在特別差的地段，要求每一茬炮的進尺嚴格控制在0.8 m～1.2 m范圍內。開挖工程在注漿完畢多久開始施作，目前尚無一個統一的定論，目前常規做法是在漿液結石體達到足夠的強度后方能進行開挖作業，這就需要保證足夠的養護時間。然而根據漿液早期強度高的特點，以及施工工序的安排，一般注漿完畢后，即可進行開挖準備。

Tunnel fissure water observation and collapse treatment

Qin Caifu

(ShanxiOulaBuildingEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

Combining with the tunnel engineering geology conditions, the paper observes the tunnel excavation working face fissure water-gushing conditions, explores basic tunnel collapse processing principles and schemes, and illustrates large pipe shed and advanced small pipe grouting construction technologies, with a view to guarantee the tunnel engineering safety.

tunnel, water gushing observation, collapse treatment, pipe shed, advanced small pipe

1009-6825(2017)02-0187-03

2016-11-06

秦才福(1975- ),男,工程師

U457.2

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