大管棚劈裂注浆整治隧道滑塌的应用研究

2018-02-26郭正伟

山西建筑 2018年3期

郭正伟

(中铁建南方建设投资有限公司,广东深圳 518131)

1 概述

本隧道为净高7.1 m，净宽11.1 m的双洞公路隧道。北洞口段覆盖层厚仅5 m～13 m，其地质为亚黏土、中细砂和砂砾土互层的坡积土，结构松散，自稳能力差，且位于滑坡和断层地段。进洞采用双层超前锚杆支护，配合上半断面双眼镜法(双侧壁导坑中间环形掏槽)施工。正洞按设计施工到48 m处，发生通天大塌方，从39 m至48 m处被塌方封死。山体失稳滑塌，拱圈挤裂并下沉，洞口又被滑塌体封死，施工被迫停工。

2 整治方案比选

根据洞内塌方和洞外山体滑塌情况，组织有关专家分析原因，拟定了三个整治方案：

方案一：洞口段隧道周边山体采取竖向注浆加固后，采用超前锚杆开挖抽换整治。

方案二：洞口增加直径1.5 m～1.8 m的钢筋混凝土抗滑桩5根后，采用超前小管棚注浆，开挖抽换整治。

方案三：洞口范围增加直径150 mm钢管注浆抗滑桩后(4×9根)，采用超前大管棚(直径125 mm)劈裂注浆加固，开挖抽换整治。

经过充分分析论证后认为：方案一标本兼治，但处理费用昂贵；方案二施工不安全，时间长，且小管棚注浆费用高；方案三进度快，管棚长度可达20 m～60 m，稳固可靠，减少超前支护施作次数，刚度较高，受力均匀，支护可靠且费用低。可见，方案三比方案一、方案二有明显优势，决定应用超前大管棚劈裂注浆支护技术进行整治。

3 超前大管棚劈裂注浆支护技术

大管棚超前支护处治滑塌的参数因地质、塌方原因、要求处治效果、机械选用、施工工艺水平而异，没有成熟经验可供借鉴。本工程重点围绕大管棚受力特征，施钻机具，施工工艺、洞口地质情况、处治要求进行试验和选定管棚的长度、管棚直径及材质、管棚施作间距、管棚搭接长度等技术参数。

3.1 管棚荷载及受力特征

管棚上的荷载因地质状况、埋深、长度、施工工艺等因素而异，其荷载分布大小比较复杂，据国外资料介绍，管棚土压力的实测值为理论计算值的25%～33%。根据管棚中设置的应力测点，测得管棚荷载为理论计算值的36%～47%，在开挖施工中，拱顶部位管棚最大应力在初期支护未封闭段的中间部位。开挖面前方2 m～3 m处的应力最小。

3.2 管棚长度

左右隧道需处治长度约51 m，设计管棚总长51 m，选用可钻60 m的钻机。但考虑到围岩松散、易坍塌、卡钻或堵管以及管棚受力特征、外插角施作控制等因素，决定分3次循环，每循环管棚长21 m，采用9 m+6 m+6 m丝扣接管2次，管棚搭接长度2.5 m，选用直径125 mm、壁厚4.5 mm～5.0 mm的Ⅰ级钢焊接管。

3.3 管棚间距

管棚间距因管棚承受的荷载、施工精度、塌体孔隙率、注浆扩散半径而异；最终确定钢管间距为50 cm，沿隧道拱腰上内轮廓线外130 cm环形设置。

3.4 管棚施作与注浆

大管棚施工一般有套管插入式和直接打入式两种施钻工艺，套管插入式是先用钻机将钢管打到预定深度后退出螺旋钻杆，将管棚钢管插入套管中(兼注浆管)，然后拔出套管，再向管棚内注浆。直接打入式用钻机采用套管螺旋钻杆，直接将管棚钢管钻到预定位置后，退出螺旋钻杆，然后注浆。直接打入省去了插套管和拔套管的工序，进度快，故选定直接打入施钻工艺。第一次注浆是利用大管棚，管壁钻花孔，间距0.4 m～0.8 m，管头封堵，低压注水泥砂浆；第二次劈裂注浆则采用直径20 mm花管高压低速双液注浆。注浆参数见表1。

表1 注浆参数表

4 劈裂注浆工艺及质量控制

隧道洞内塌体1 100 m3，洞口滑塌体5 400 m3，经试验塌体空隙率达0.15～0.35。如全部采用水泥、水玻璃填充注浆，费用昂贵。经过比选，采用劈裂注浆，大大节省了整治费用。

双液注浆，采用电动双液注浆机(KBY-70型)注浆，在水泥砂浆注浆结束40 min～50 min后开始，双液浆水灰比为1∶1～0.9∶1，水泥浆与水玻璃体积比为1∶1，水泥为425号或525号，水玻璃浓度35°Be′，模数2.65，注浆终压1.2 MPa～1.5 MPa。采取高压低流速注浆，达到终压即应停止注浆。