摘要：田林至西林（滇桂界高速公路）央達隧道右洞進口端洞身段在開挖過程中頻繁出現(xiàn)掌子面坍塌及突泥涌水現(xiàn)象且地面發(fā)生塌陷，文章通過對比洞內(nèi)注漿結(jié)合地表注漿加固方案與洞內(nèi)帷幕注漿加固方案，綜合分析兩種方案的實施性、經(jīng)濟性、工期、設(shè)備資源，最終選取洞內(nèi)注漿結(jié)合地表注漿處治方案。工程實踐表明：注漿效果滿足隧道開挖要求，達到了加固地層的目的，開挖安全性獲得了較大提升，按時完成了隧道貫通，相關(guān)處治措施可為同類隧道穿越不良地質(zhì)段提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道；不良地質(zhì)；注漿加固；方案對比

中文分類號：U457+.2A581925

0引言

隧道施工過程中往往會穿越不良地質(zhì)段，易引起地質(zhì)災害，嚴重危害隧道內(nèi)施工人員安全。在我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上［1-4］，李紹聰?shù)龋?］結(jié)合數(shù)值模擬手段對3種不同隧道加固方案從多角度進行對比分析；原振軍［6］以某淺埋大斷面隧道工程穿越不良地質(zhì)段為例，采取了相應的注漿加固處理技術(shù)，有效提高了隧道工程圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全；李建合等［7］基于鋼管柱注漿地表方法，成功處治隧道溶洞軟弱夾層段，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益；陳慶志等［8］以廣西岑溪至水汶高速公路山心隧道為依托工程，采用水力學計算及有限元分析兩種方法，參照超前地質(zhì)預測結(jié)果，提出了掌子面全斷面進行帷幕注漿的加固方法，可有效保證隧道開挖掘進施工。

本文以現(xiàn)場隧道施工案例，通過對兩種處治方案進行對比研究，從施工工藝、人員設(shè)備及經(jīng)濟性分析等多個角度進行對比，選取洞內(nèi)帷幕注漿結(jié)合地表注漿加固方案作為施工方案，最終安全成功地度過隧道不良地質(zhì)段，可為后續(xù)工程提供借鑒。

1工程概況

擬建田林至西林（滇桂界）高速公路ZK142+037/YK142+035央達隧道位于廣西西林縣央達村，設(shè)計為分離式隧道，進出口均為端墻式，設(shè)計長度為325 m/290 m，最大埋深約70 m。央達隧道位于剝蝕低丘地段，地形起伏差異較明顯，受區(qū)域地質(zhì)作用影響，巖層產(chǎn)狀、節(jié)理和裂隙變化較大，以風化裂隙占據(jù)較多，巖體較破碎，隧道揭露有裂隙帶，且灰?guī)r區(qū)發(fā)育巖溶。

2隧道涌水突泥情況介紹

央達隧道掌子面開挖至樁號ZK141+965和YK141+970時，圍巖為強風化灰?guī)r夾頁巖并有泥沙質(zhì)填充，巖體自穩(wěn)能力極差，經(jīng)現(xiàn)場核實后，參建單位決定加強襯砌形式，保證初期支護施工安全。央達隧道掌子面開挖至YK141+960時，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示拱頂沉降較大，現(xiàn)場暫停掌子面作業(yè)，并對已支護段采用I20a工字鋼施作臨時護拱（型鋼拱架間距為1 m，22 mm鋼筋間距為1 m連接，噴射混凝土穩(wěn)固支撐）。掌子面開挖至YK141+970時，沉降繼續(xù)變大，護拱開始變形，立即停止掌子面施工并對護拱進行掛網(wǎng)補噴增厚并持續(xù)觀測。

掌子面塌方至上一模二襯端頭，對掌子面回填石渣、清除部分淤泥時，發(fā)生大量突泥涌水現(xiàn)象，導致現(xiàn)場陷入停滯狀態(tài)。對完成注漿固結(jié)的掌子面開挖初支過程中，掌子面受擾動再次出現(xiàn)擠壓涌泥現(xiàn)象。此段洞內(nèi)坍塌范圍樁號為YK55+246.5～YK55+291，共44.5 m，塌方體積約4 000 m3，地表塌坑約240 m3，預估此段坍塌范圍上方有約3 800 m3的空腔。

3原因分析

（1）央達隧道進口端洞身段圍巖主要為強風化灰?guī)r夾頁巖，巖質(zhì)較軟-較硬，巖體破碎，主要呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育多由黏土質(zhì)及方解石石脈充填，基巖裂隙水稍發(fā)育，巖體完整性及穩(wěn)定性差。

（2）隧道突水量因多日持續(xù)大雨驟增，對塌陷區(qū)土體浸泡沖刷，造成塌陷區(qū)土體失穩(wěn)再次擠壓造成二次涌出。

（3）該段落超前地質(zhì)預報結(jié)論根據(jù)破碎狀況分布圖和阻抗系數(shù)分析，顯示該區(qū)段巖體反射信號較強，局部強烈，存在巖溶及溶蝕水發(fā)育現(xiàn)象，多處溶蝕裂隙發(fā)育有泥質(zhì)夾層，溶蝕裂隙水較發(fā)育。掌子面前方左側(cè)存在巖土交界面，發(fā)育不整合面，有軟弱破碎夾層，層間結(jié)合差，施工過程中易出現(xiàn)巖體失穩(wěn)坍塌及淋雨狀出水現(xiàn)象。

4注漿加固方案對比

根據(jù)現(xiàn)場情況及工程問題特性，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，經(jīng)參建單位多次現(xiàn)場踏勘及專家會共同商定后，初步擬定以下兩種注漿方案作處治比選，確保隧道開挖安全通過。

4.1方案一：洞內(nèi)帷幕注漿+地表注漿加固方案

4.1.1方案概述

洞內(nèi)修建止?jié){墻，洞內(nèi)施工1個循環(huán)，加固長度為27 m，加固圈為8 m，終止里程在仰拱端頭。地表同步施工，隧道33 m段落內(nèi)施作地表剛性袖閥管注漿，與洞內(nèi)帷幕注漿段搭接2 m。

4.1.2止?jié){墻及鉆機操作平臺

鉆機操作平臺使用C25混凝土材料，厚度為20 cm。施工止?jié){墻時，現(xiàn)澆C30混凝土，高度為7.5 m，錨固鋼筋環(huán)向的間距是1.5 m，單根長度為2.0 m，隧道襯砌及止?jié){墻各插入1.0 m。如圖1所示。

4.1.3帷幕注漿方案

縱向加固范圍為27 m，徑向加固開挖面與隧道開挖輪廓線外8 m，底部加固至仰拱填充面。注漿孔漿液擴散半徑為2 m，最終孔間距＜3.1 m。共設(shè)置注漿孔58個，其中終孔段設(shè)1個長度27 m的注漿孔，補充段設(shè)1個長度16 m的注漿孔?，F(xiàn)場注漿過程中，出現(xiàn)較大涌水或其他情況時，應及時采用周邊孔充填設(shè)計，作為補充注漿和效果評定。注漿材料為雙液漿（水玻璃+水泥）及摻入HPC外加劑的普通水泥漿液，終注壓力范圍為4～6 MPa。如圖2～5所示。

4.1.4地表注漿方案

（1）地表注漿加固范圍為33 m。隧道加固范圍為拱頂上8 m至仰拱底部，與洞內(nèi)帷幕注漿段搭接2 m處加固至仰拱填充面，兩側(cè)加固至隧道兩側(cè)最寬處向外6 m。該段范圍隧道平均設(shè)計埋深40 m，地表鉆孔的深度約50.9 m，注漿等邊三角形2 m×2 m間距設(shè)置。使用剛性袖閥管作為注漿材料，后退式注漿工藝操作。如圖6～9所示。

（2）鉆孔：根據(jù)地層特性，鉆孔套管跟進鉆孔工藝，孔徑為150 mm。采用干鉆法，嚴禁采用水鉆工藝。

（3）剛性袖閥管：外徑為76 m、壁厚3.5 mm，其加工示意圖如下頁圖10所示。

（4）注漿材料同上，終注壓力范圍為4～6 MPa。

4.2方案二：洞內(nèi)帷幕注漿+管棚加固方案

4.2.1方案概述

采用洞內(nèi)帷幕注漿+大管棚綜合處理方案。計劃施工3個循環(huán)，大管棚在第2、第3循環(huán)帷幕注漿中施作。第1循環(huán)加固長度為27 m，開挖22 m；第2循環(huán)注漿加固長度為25 m，開挖長度20 m；第3循環(huán)注漿加固長度暫定為20 m，根據(jù)探孔情況調(diào)整加固長度。

4.2.2止?jié){墻及鉆機操作平臺

第1循環(huán)止?jié){墻采用C30混凝土現(xiàn)澆，高7.5 m、厚2 m，鉆機操作平臺頂面距拱頂6.0 m。第2、第3循環(huán)止?jié){墻厚度為2.0 m，高度為6.5 m，鉆機操作平臺頂面距拱頂6.0 m，其他措施同方案一。

4.2.3帷幕注漿方案

（1）第1循環(huán)同方案一。

（2）第2循環(huán)縱向注漿加固長度為25 m，開挖長度為20 m，搭接5 m，第3循環(huán)縱向注漿加固長度暫定為20 m，根據(jù)探孔情況確定加固的深度。注漿加固范圍：徑向加固拱墻開挖面和隧道開挖輪廓線外8 m，底部伸至仰拱底。注漿孔漿液擴散半徑為2.0 m，終孔間距＜3.2 m。共設(shè)置82個注漿孔。施工時根據(jù)實際注漿情況對薄弱位置進行補充。

（3）注漿材料及終止壓力同剛性袖閥管。如圖11～13所示。

4.2.4管棚方案

管棚在第2、第3循環(huán)帷幕注漿施作。帷幕注漿完成后在隧道拱頂120°范圍內(nèi)施加管棚支護，環(huán)向間距為33 cm，外插角為5°，每一循環(huán)加固的長度即為管棚設(shè)置長度，一個循環(huán)共41根。管棚材料為89 mm、壁厚5 mm，單節(jié)長度3 m，管棚焊接材料使用40 cm長、76 mm、壁厚4.5 mm的鋼管兩頭焊接，管棚前段呈錐形，管壁之間每50 cm設(shè)置兩處溢漿孔（10 mm）。管棚注漿材料和配比同帷幕注漿要求，注漿壓力＜3 MPa范圍內(nèi)，如圖14所示。管棚施工完成后視施工情況確定是否打設(shè)泄水孔。

4.3注漿工藝及評定標準

4.3.1帷幕注漿工藝

如圖15～16所示，結(jié)合前進式分段注漿及鉆桿后退式分段注漿施工工法，通過對剛性袖閥管加工，可先鉆孔達到終孔深度，隨后孔內(nèi)插入2～3根25 mm的水平袖閥管，可有效保證分層注漿的效果。注漿之前可對隧道掌子面前方巖層進行取樣判定，數(shù)量控制在3～5個注漿孔。

4.3.2地表注漿工藝

采用地表定向大口徑深孔注漿工藝（DDD工法），地表注漿工序如圖17所示。

4.3.3注漿材料

注漿材料為雙液漿（水玻璃+水泥）及摻入HPC外加劑的普通水泥漿液，普通水泥使用標號P.O42.5硅酸鹽水泥。

4.3.4注漿結(jié)束標準

（1）單孔注漿結(jié)束標準：注漿壓力表上數(shù)據(jù)達到設(shè)計值時，并保持該數(shù)據(jù)一定時間，即可驗收，確保順利完成注漿。

（2）全斷面結(jié)束標準：現(xiàn)場布設(shè)的注漿孔均能夠滿足設(shè)計終孔條件，過程中無漏漿現(xiàn)象發(fā)生；記錄注漿數(shù)據(jù)，對注漿效果較差孔重新布設(shè)檢查孔，觀察后續(xù)情況，個數(shù)控制在總注漿孔的5%范圍內(nèi)。

4.3.5注漿效果檢查

注漿效果評定是決策路基施工方案的依據(jù)［9-10］。

（1）分析法：注漿采用P-Q-t曲線和漿液填充率分析，漿液填充率在80%以上視為注漿合格。

（2）鉆孔檢查法：取總注漿孔數(shù)量的3%作為檢查孔，遵循均勻布置原則；鉆檢查孔時沒有空腔現(xiàn)象即為合格，注漿孔可以兼作檢查孔。

（3）孔內(nèi)成像：洞內(nèi)帷幕注漿檢查孔可采用孔內(nèi)成像的儀器研究注漿分布和成孔情況。

（4）取芯觀察。

5注漿方案實施性對比

通過對央達隧道塌方段兩種注漿加固處治方案介紹，從工藝成熟性、人員設(shè)備、施工組織、經(jīng)濟效益及工期多個方面進行比較，見下頁表1。

經(jīng)方案實施性、經(jīng)濟性、工期、設(shè)備資源對比，方案一費用較方案二略高，但工期較方案二明顯縮短，同時洞內(nèi)開挖人員窩工較少，隱性費用較低，因此采用更符合現(xiàn)場需要的方案一。

6結(jié)語

隧道施工過程中，往往會穿越各種復雜地質(zhì)，對現(xiàn)場施工技術(shù)要求嚴格。本文以田林至西林（滇桂界高速公路）央達隧道為依托，討論了該隧道塌方段兩種處治方案的工序及多個因素對比，并重點探討了注漿施工的工藝及評定問題。央達隧道處治措施方案一的成功處治經(jīng)驗可為同類工程的施工提供技術(shù)資料和經(jīng)驗借鑒。

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作者簡介：吳紹忠（1978—），工程師，主要從事隧道與橋梁專業(yè)工作。