浅议双排小导管注浆法处理隧道塌方
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摘要:本文介绍了处理浅埋隧道塌方，采用小导管注浆法，包括注浆种类，布孔原则，施工机械和注浆效果以及小导管法施工步骤。
关键词:高压注浆小导管法处理塌方
中图分类号：C35文献标识码： A
抢风岭隧道单洞长2700米，隧址位于北岳恒山构造剥蚀中山区。进口段设计为V极围岩，地质情况复杂，冲沟发育，在进口处属于黄土覆盖浅埋偏压段。隧内围岩十分恶劣，裂隙极度发育，地下水较为丰富，围岩为砂粘土夹碎石，土体稳定性较差，施工难度较大。
一、塌方情况和经过
2009年8月28日抢风岭隧道右洞在施工至K173+116处时，在无明显征兆的情况下突然塌方。现场发现靠掌子面拱顶左侧1.5m处出现股状流土，沿刚支护好的拱架向隧道内流出，土体松散呈粉状，随后粉土加快流动速度,呈倾倒性向下涌出。隧道地表处出现约直径约４.8m的通顶圆形坍塌坑，洞内拱架坍塌长度16m，受其影响，在K173+112处初期支护也已出现裂纹，塌体完全堵住洞身。损坏型钢拱架10榀，该段初期支护全部破坏。塌方段洞体处于堆积土为主的山体下。（见附图1、2）
附图1 洞 顶 塌 孔
附图2洞 内 塌 体
二、塌方区治理方法
结合塌体的长度及塌落的土方量，项目组织相关人员商讨，确定有以下两种方案可供选择：
1、大管棚注浆通过法；
2、小导管注浆通过法；
下表对这两种方案做进一步的分析比较
两种方案的比较
施工工艺 材料 机械 施工周期 经济因素 是否满足工程要求
大管棚 法 φ108钢管，长度8m，壁厚6mm 大型钻孔机，高压注浆机及各项配套机械 工序较为复杂，施工周期长 钢材及机械费用高 是，稳定性较好
小导管 法 φ42钢管，长度8m，壁厚4mm 小型钻孔机，普通注浆机及各项配套机械 工序相对简单，施工周期短 钢材及机械费用低 是，稳定性相对稍低
通过上表可以看出，两种方法在理论上均满足现场施工要求，考虑到现场需要穿过的塌体长度不大，双排小导管足以满足其安全稳定性要求，再结合到工期及经济因素，显然小导管通过法更为合理、适用。
三、方案的实施
由于洞顶覆盖土较厚（达23.5－24m），为了保证在后续施工，先将塌方地表洞口四周7m范围内表土放坡清除，并在塌方洞体需处理范围四周开挖一条临时截水沟，沟面采用M7.5水泥砂浆面，防止外坡面雨水沿坑体直接流入隧道内，必要时可采用钢管搭建临时遮雨棚。
在洞顶塌孔得到有效控制后对K173+110处初期支护进行加固处理。处理办法： 在原初支混凝土面上按照原有型钢间距增加一排护拱，（待塌方段处理过后，可拆除）并径向打入Φ42，长5.1m注浆小导管，布设间距为梅花形45x45cm。对拱脚地基采用三排Φ42×4小导管注水泥水玻璃注浆加固，布置方式为第一排外插角250，第二、三排按梅花型布设，排距50cm，垂直打入地基长度为5m；并在拱脚及钢拱架环向连接处1.5m范围增加三排Φ42×4小导管注浆加固，环向间距50cm，长度4m。（现场工艺见附图3、4）：
附图3临时拱架支护
附图4径向小导管注浆
待临时拱架及径向小导管注浆结束后，加强对周边位移的监控工作，随时掌握塌方体的变形情况。
在临时拱架及塌方段稳定后对隧道内的塌方土体表面进行喷浆固定处理，要求将全部外露土体全部用混凝土覆盖，以防止在小导管钻进施工时土体再次滑落，待其稳定后就可以进行穿过塌方体的小导管注浆施工了。
四、注浆小导管力学机理分析
塌落的土体脚距安全稳定的掌子面距离约4m左右，结合实际的围岩情况及安全通过系数，拟定通过塌体的小导管长度为8m，这样就保证了有一定长度的小导管与稳定岩体结合密实，起到共同受力的作用。小导管的布设间距，按照最大抗力值的1.5倍计算考虑，计算过程如下：
注浆小导管在静态荷载下的最大抗力验算
=
式中――因主动荷载作用而产生的拱脚转角，根据规范查得值为0. 15倍的跨度，本隧道跨度为12.5m，则转角位1.875°
y――拱脚中心距最大抗力截面的垂直距离，为6.75m
MP――主动荷载作用力，MP=v*ρ，V=L*S，长度L，安全系数按照1.5考虑，所以长度L取6，S=0.5*3.14*6.75^2
Mh――注浆导管的抗力，查阅型钢混凝土组合结构技术规程的为每根60KN，
根据上述公式，若要满足土体荷载压力，在受力接触面最少需要30根注浆小导管，取安全系数为1.5，则需要45根。在受力面均匀按照两排分布，则导管间距需为50cm。
小导管的布设，采取双排交错布置，每排每根间距50cm。下面一排需高出二衬界限15cm，以防止将来土体下沉会侵入二衬。具体布置见下图：
具体施工流程见下表：
孔口的布置对压浆效果、工期、以及材料的影响很大，小导管打设仰角20～30，钢管每50cm按梅花形钻8mm的小孔。在钢管中压水泥－水玻璃浆（其水灰比为1：1），水泥浆：水玻璃体积比为1：0.5；水玻璃模数为2.4～2.8，浓度为30～45波美度。注浆压力保证初压0.5~1.0MPa，终压2.0MPa。理论注浆量为：
注浆量：Ｑ＝πr2Lnαβ
式中Ｑ-注浆量（ｍ３）
ｒ－扩散半径根据周围岩土吸水性而定，一般按照2.5ｍ考虑；
Ｌ－注浆段长度，8ｍ；
ｎ－地层空隙率，为22％以上
α－浆液填充系数，取0.9～0.95
β－浆液损耗系数，取1.15
注浆顺序沿隧道中线，每节小导管先压拱部最低一排孔，然后再压拱顶部分。有水地段，每节都应先两头后中间，从少水向多水处压浆。
注浆参数应在施工中不断调整，以尽量保证钢管之间浆液充填饱满，形成稳定壳体。注浆结束标准以定量定压相结合进行控制。注浆施工过程中，以定压为第一控制原则。在该段最大设计压力下，当注入率不大于1L/min时，继续灌注5min即可结束，注浆结束后，用10号水泥砂浆填充钢管形成钢管砼。
在打入小导管及注浆施工时，要将施工时产生的废弃水收集到隧道中线附近，切不可任其排放到拱脚等受力点。待打入的注浆小导管与周围岩体形成整体受力结构后，就可以对塌落的土体进行清理了。清理过程中应严格控制隧道内清除塌方土体的开挖进度，严禁因开挖速度过快造成塌方洞体再次坍塌及扩大。
清理塌体的同时用新的拱架替换原损毁的拱架，期间要坚决执行“短进尺，勤量测”的原则！
待新换的拱架稳定后，就可以对临时拱架进行逐榀拆除。当隧道初期支护超过塌方段20M后，再进行塌方洞体的回填，回填时要分层夯实，必要时在拱架与回填土之间加设一层复合防水板的防水层。塌孔口回填标高要高出地面标高并封口。
五、结束语
本文浅易的探讨了在处理长度较短的隧道塌方时的一种施工工艺，实际工作中若碰到此类问题，我们要结合塌方长度、方量以及所处位置、周围岩体情况等条件选择合理有效的施工方法。其施工宗旨就是：更快速、更安全、更经济。 由于工程地质条件的多变性和不确定性，使我们在隧道施工中不能准确的掌握并鉴别施工的各类风险，不可能做出预期判断。所以就要求我们在施工时加强监控量测工作，并密切的关注洞体的一些地质特征，做到“隧变我变，岩边我变”，降低各类施工风险发生的概率。
参考文献
《公路桥隧施工及验收标准规范汇编》人民交通出版社
《混凝土全过程质量管理手册》人民交通出版社
《公路隧道施工技术规范》中华人民共和国交通部、人民交通出版社
《基础工程》人民交通出版社
《岩土工程》人民交通出版社
《隧道工程》才，人民交通出版社
《型钢混凝土组合结构技术规范》中华人民共和国行业标准