梁文輝，何 飛

（1.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012；2.中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院，重慶 400041）

1 工程背景

1.1 隧道基本情況

佛嶺隧道位于五臺(tái)縣陳家莊鄉(xiāng)至盂縣梁家寨間牛道嶺處，設(shè)計(jì)為左右線分離式。起訖樁號(hào)為ZK12+570—ZK21+373（K12+555—K21+360），左右洞全長(zhǎng)8803（8805）m，左右洞體最大埋深758.203（761.616）m。

1.2 塌方基本情況

2014年3月15日施工至ZK18+228處掌子面發(fā)生大面積塌方，圍巖極為松散破碎，塌方堆積體夾雜大量石屑石粉，同時(shí)大量裂隙水從塌方體內(nèi)流出。經(jīng)多次噴射混凝土均無(wú)法封閉穩(wěn)定拱頂及掌子面，掌子面后方拱架持續(xù)變形，超前支護(hù)壓彎破壞。直至2014年3月17日，塌方基本穩(wěn)定，塌方產(chǎn)生的塌體堆積在掌子面前方10 m范圍內(nèi)。已施工段拱架變形，拱頂沉降，初支混凝土多處開(kāi)裂，相鄰隧道無(wú)法正常施工，經(jīng)量測(cè)拱架局部變形量達(dá)到3～5 cm，并有變形量持續(xù)發(fā)展的情況。

1.3 地層地質(zhì)情況描述及塌方原因分析

隧道塌方段圍巖為太古界龍華河群輝理組黑云斜長(zhǎng)片麻巖組成，局部夾混合花崗片麻巖，埋深734.884 m。經(jīng)多方調(diào)查，專家分析，造成初支變形和圍巖坍塌的主要原因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造形成的擠壓破碎帶，致使圍巖節(jié)理發(fā)育，巖層破碎，且在地下水侵蝕作用下圍巖軟化，自穩(wěn)能力降低。通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，顯示前方28 m范圍內(nèi)巖層情況與塌方段一致。

圖1 塌方情況

2 塌方處治理論與方案

2.1 塌方處治理論

根據(jù)塌方段現(xiàn)場(chǎng)情況，掌子面圍巖無(wú)法形成自然拱，在施工擾動(dòng)及地下水作用下無(wú)法穩(wěn)定[1]。塌方段處治措施主要是防止塌方的繼續(xù)擴(kuò)大，加強(qiáng)區(qū)段支護(hù)，回填塌腔，提高松散體的整體強(qiáng)度，采用“穩(wěn)住塌方區(qū)、固結(jié)塌體、超前加固”分階段處理坍塌區(qū)[2]。

圍巖非塌方段適用于新奧法，采用彈塑性理論；塌方段適用于礦山法，采用松散體理論，松弛荷載。塌方段松散破碎，拱頂所受荷載為松弛荷載，施工應(yīng)采用礦山法進(jìn)行施工，同時(shí)所采用的礦山法是以新奧法原理為基礎(chǔ)的，處治塌方段的要點(diǎn)是“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋”[3]。注漿形式主要是劈裂注漿，劈裂注漿是利用灌注漿體的壓力，有控制地將地層劈開(kāi)，注入漿材，并使之互相連接形成連續(xù)的漿體帷幕，通過(guò)注漿壓力的劈裂擠壓作用，達(dá)到加固的目的[4]。

隧道施工中最為廣泛采用的超前支護(hù)方法主要有超前注漿大管棚和超前注漿小導(dǎo)管。長(zhǎng)管棚的支護(hù)效應(yīng)主要是發(fā)揮大管棚鋼管的剛度，而超前注漿小導(dǎo)管的支護(hù)效應(yīng)主要是發(fā)揮注漿漿液對(duì)圍巖性能的改良，同時(shí)，小導(dǎo)管與加固圈形成保護(hù)環(huán)，在該保護(hù)環(huán)的支撐下，可有效防止破碎圍巖坍落，保證掘進(jìn)和支護(hù)的安全[5]。

2.2 塌方段處治方案

根據(jù)現(xiàn)有的施工方法和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定以下施工方案：

a）對(duì)ZK18+228后方初支開(kāi)裂變形段采用3.5 m φ42小導(dǎo)管徑向注水泥漿加固，并根據(jù)變形發(fā)展情況設(shè)置附拱。

b）在下島渣體內(nèi)梅花型布設(shè)鋼導(dǎo)管，通過(guò)下島排水，降低上島水壓力，前方可見(jiàn)空腔內(nèi)插入鋼管泵送C25細(xì)粒式混凝土固結(jié)松散巖石。預(yù)埋混凝土輸送鋼管及排水管，靠近掌子面拱架拱腳每側(cè)采用4根φ42小導(dǎo)管鎖腳。

c）采用18～20 m長(zhǎng)φ89管棚鉆桿，斜向上20°及5°施作雙層管棚，管棚內(nèi)注水泥漿密實(shí)，環(huán)向間距40 cm，沿拱頂120°范圍布設(shè)。

d）采用3.5 mφ42小導(dǎo)管環(huán)向布置，間距35 cm，斜向上30°，對(duì)前上方松散巖體注雙液漿固結(jié)。

e）為確保施工安全，待注漿固結(jié)后施作小范圍探孔，視松渣固結(jié)程度采用臺(tái)階法向前支設(shè)鋼拱架，采用I20工字鋼，每榀間距不超過(guò)50 cm，并加大拱架預(yù)留變形量，對(duì)塌方堆積體不宜大范圍清理，始終保證掌子面前方有塌方渣體進(jìn)行反壓保護(hù)。

f）待塌方段施工完成后，采用激光斷面儀測(cè)量拱架侵限情況，對(duì)侵限段落局部切割更換。對(duì)已施工復(fù)工段落，應(yīng)盡量減少或避免拆除附拱，減小二次塌方風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 塌方段超前支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3 注漿實(shí)施方案

鑒于注漿是治理塌方的關(guān)鍵，現(xiàn)將注漿具體實(shí)施方案進(jìn)行表述。

3.1 注漿方案機(jī)理

本次超前支護(hù)，大管棚所注漿液為水泥砂漿，主要增加長(zhǎng)管棚鋼管的剛度。超前小導(dǎo)管注漿主要采用水泥水玻璃漿液，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果適時(shí)加入磷化液作為緩凝劑，增加水泥水玻璃漿液的可注性。在采用磷化液作為緩凝劑時(shí)，應(yīng)注意加料順序、攪拌和放置時(shí)間。加料順序?yàn)椋核?、緩凝劑、水泥，攪拌時(shí)間應(yīng)不小于5 min，放置時(shí)間不宜超過(guò)30 min。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得水泥水玻璃性能：

a）當(dāng)水泥漿濃度較大時(shí)，隨著水玻璃濃度的增大，抗壓強(qiáng)度增高；當(dāng)水泥漿液濃度較小時(shí)，隨著水玻璃濃度的增加，抗壓強(qiáng)度降低。

b）濃水泥漿液需要濃水玻璃；稀水泥漿液需要稀水玻璃。

3.2 注漿施工方案

小導(dǎo)管超前注漿采用自進(jìn)式注漿管，一次成孔輪注法。注漿形式為孔口純壓式注漿，通過(guò)注漿機(jī)在劈裂壓力作用下，將漿液從孔口壓出，從前往后滲透反壓，最終將漿液滲透至管體四周，達(dá)到加固塌方體的作用。為避免注漿時(shí)其他導(dǎo)管串漿，對(duì)端頭注漿孔用塑料薄膜或透明膠帶纏繞保護(hù)。

注漿主要參數(shù)：

a）注漿有效范圍為開(kāi)挖輪廓線外1.5 m（注漿有效范圍）；

b）注漿段長(zhǎng)度2 m（循環(huán)長(zhǎng)度）；

c）注漿方式，全孔一次壓注（劈裂注漿）；d）注漿壓力2 MPa（劈裂壓力）；

e）漿液流量 12 L/min；

f）止?jié){巖盤30 cm（噴射混凝土封閉30 cm）；

g）所配制漿液配比為：水泥200 kg；水玻璃（硅酸鈉）225 kg；GHP（磷化液）2.6 kg；GOX（磷酸）2.6 kg；XPM（速溶劑）2.4 kg；水 750 kg；

h）布孔沿開(kāi)挖輪廓線單排輻射布孔，孔底呈雙層重疊；

i）正常情況下，注漿壓力控制于2～2.5 MPa，當(dāng)注漿量小于1 L/min時(shí)停止注漿，換至下一孔。

圖3 注漿工藝流程圖

4 塌方處治效果及結(jié)語(yǔ)

a）采用上述方法注漿加固后，掌子面后方變形未塌方段變形得到有效控制，對(duì)侵限段落進(jìn)行局部換拱，及時(shí)施作二襯。

b）塌方段注漿處治后，經(jīng)鉆孔檢驗(yàn)，拱頂一定范圍內(nèi)，圍巖穩(wěn)定性良好，爆破開(kāi)挖揭露巖面完整，初支完成后變形量小，滿足施工安全要求。

c）采用以新奧法原理為基礎(chǔ)的礦山法進(jìn)行施工，應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況充分結(jié)合，找到最合理的施工方法。任何科學(xué)技術(shù)一經(jīng)發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造出來(lái)，就有它的邊界和時(shí)限[6]。任何工法技術(shù)不是萬(wàn)能的，應(yīng)充分考慮空間和時(shí)效性。

d）大管棚鋼管的剛度與小導(dǎo)管注漿對(duì)圍巖性能的改良相結(jié)合，有效地防止破碎圍巖的坍落，保證掘進(jìn)和支護(hù)的安全。

e）注漿過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)注漿效果調(diào)整漿液配比，適時(shí)加入速凝劑與緩凝劑，達(dá)到最好的注漿效果，減少漿液浪費(fèi)。