溶塌角砾岩浅埋地段施工技术

袁 斌

（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津 301700）

贵州地区喀斯特地形地质条件复杂多变，存在突水、突泥、塌方、大面积溶洞等地质风险。长石板隧洞位于贵州毕节大方县，该地区属于西南地区独有的喀斯特溶塌性角砾岩，施工过程中掌子面失稳、掉块、塌方、涌泥、软岩大变形等现象较易发生。

1 工程背景

长石板隧洞总长15.412 km，断面为圆形，无压流。隧洞4#支洞下游桩号8+140～8+220段为果木洼地浅埋洞段，地表处为小河沟及水田，埋深40～43 m，揭示地层岩性为三叠系下统永宁镇组第四段，隧洞底板向上0.5～1 m为黑色全风化泥质白云岩，呈黏土状，具有隔水性质，其上部、下部为溶塌角砾岩，成分为黏土夹块、孤石，无产状及裂隙，透水性强。溶塌角砾岩由于地下水作用，强度急剧下降，使洞顶及掌子面围岩具有蠕变～流变性质，稳定性较差。隧洞开挖过程中，存在泥状流动现象、钢支撑变形情况，桩号8+140位置处含水量大，掌子面顶部围岩呈泥夹石状挤出。

掌子面滑塌如图1所示。

图1 掌子面滑塌

2 总体处置方案

（1）在隧洞地表沿中线两侧20 m修筑土围堰，安装水泵，每天定时抽水，将洞顶水排干，保证隧洞上方无水。（2）在滑塌的溜散体表面喷C20混凝土10 cm，再对溜散体进行固结灌浆，保证掌子面处于稳定状态，为后续止浆墙施工提供稳定的开挖面。（3）在K8+130桩号设置C20混凝土止浆墙，墙厚3 m。达到设计强度后，应实施超前周边固结灌浆。注浆加固范围为开挖轮廓线外5 m，长度为30 m，第一个循环作为试验段，作为后续施工参考依据。（4）完成超前固结灌浆后，再落实Ф108大管棚超前支护方案（花管注浆），长度30 m，环向间距40 cm，共计27孔。（5）注浆效果检查符合要求后，破除止浆墙，按台阶法开挖掌子面。

3 施工方法

3.1 施工顺序

溜散体预处理→止浆墙施工→超前固结灌浆→大管棚施工→止浆墙拆除→隧洞开挖支护施工。

3.2 溜散体处理

（1）根据掌子面泥浆挤出情况，采用块石进行反压回填，保证溜散体稳定。（2）溜散体稳定后对表面喷C20混凝土进行封闭覆盖。（3）溜散体应采用Φ42 mm×4 mm×4.5 m的无缝钢管、1.5 m×1.5 m梅花形固结进行灌浆处理，对既有开挖洞径内松散体进行注浆加固。（4）溜散体加固注浆应采用1∶1水泥单液浆，注浆压力为0.3 MPa。

3.3 止浆墙施工

（1）为了防止溜散体再次挤出，止浆墙分节段施工，节段施工间应设置连接钢筋，保证结构稳定。（2）止浆墙与初支面的连接部分，预埋两道止水带，防止缝隙出水、漏浆。（3）进行止浆墙施工时，在初支面的连接部预埋Ф25锚杆，长度3 m，入岩2.5 m，每排14根，共计2排，加固防止止浆墙在较大注浆压力下被挤出。

3.4 超前固结灌浆

（1）注浆设计参数。

长石板隧洞果木洼地具有特有的溶塌性角砾岩层，应采用后退式注浆，共计4个循环，每循环30 m，搭接5 m，浆液扩散半径2 m，注浆范围为开挖线外5 m，注浆压力控制在2～4 MPa，共计35孔。

（2）注浆材料。

注浆材料采用水泥单浆液，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。

（3）注浆顺序。

注浆顺序按“由外到内、间隔跳孔”的方式进行，以达到控域注浆，挤密加固的目的。

二是加强先进技术引进，促进科技成果推广应用。依托水利部“948”计划、科技推广计划和国家农业科技成果转化资金计划，引进“复频超声波除藻技术”等60余项先进技术和设备，推广转化高效节水灌溉技术等百余项先进实用科技成果。编辑发布《水利科技成果公报》和《水利先进实用技术重点推广指导目录》。

（4）施工工艺。

①确定钻进外插角后，采用Ф160 mm钻头低速钻进至1.2 m，再安设孔口管。②孔口管采用Ф150 mm，6 mm无缝钢管进行加工，管长1.2 m。为了保证孔口管安装牢固，在外壁缠绕70～90 cm的麻丝，并将钻机和人工锤击配合使用的方法，安设设计深度，使用锚固剂填塞孔口处的缝隙，以保证孔口管安设牢固不漏浆。③孔口管安设完毕后，开始进行钻孔施工，钻孔采用重探XY-2钻机，钻孔采用套管跟进的方式进行护孔作业，套管与钻孔同时钻进，在钻设过程中根据钻孔进度顶进套管。④采用金刚石合金钻头，通过孔口管将止浆墙钻穿，因8+133～140段既有变形钢支撑间距较多，钢拱架应采用重探XY-2钻机按照取芯钻孔模式（高转速）进行磨穿，待钻穿钢支撑后退出钻杆，彻底清理钢渣等碎块，接长钻杆和套管继续钻设至设计深度。⑤钻孔经检查符合设计要求后，开始安装注浆管，注浆管安装完成后固定孔口位置，开始后续注浆施工，注浆采用纯压式注浆，观察预埋的出水管，以预留水泥浆液为准，关闭阀门。

（5）注浆结束标准。

单孔注浆结束标准。注浆以浆液注入率、注入压力双重指标进行控制，注浆压力达到设计压力后，待注入速率小于1 L/min时，稳压10 min后，方可结束该孔注浆。全段注浆结束，所有注浆孔均达到单孔注浆结束标准即为注浆结束标准。

（6）效果检查。

注浆效果影响了后续开挖施工方案，对注浆过程中出现的薄弱部位应进行钻孔检查。

3.5 大管棚施工方案

长石板隧洞果木洼地为富水溶塌性角砾岩层，围岩富水泥化严重，常规大管棚施工方案无法进行施工，根据地质情况，采用偏心钻具扩孔地质钢套管跟进长管棚施工。

（1）管棚参数设计。

根据果木洼地围岩情况，采用Ф108×6 mm无缝钢管搭建管棚，环向间距40 cm，拱顶180°，总计27孔，管棚长度为30 m，外插角3°～5°，钢套管分节长度为2～4 m。采用连接套管内车丝扣方式连接管棚，止浆墙内3 m管棚为实管，其他段为花管，出浆孔直径为15 mm，呈梅花形布置，间距为15 cm×15 cm。

（2）管棚施工工艺。

①测量放线，在止浆墙上放出每个孔的位置。②根据钻机需求，搭设工作支架平台，按照设定的角度，采用钻机钻孔，刚套管同步跟进，在安装Ф108大管棚，拔出刚套管。③为了保证管棚周边围岩在灌浆后形成一个整体，管棚应一次性全部钻设安装完毕，灌浆采用间隔跳孔的方法进行灌浆。

（3）灌浆方法。

采用纯压式灌浆方法进行灌浆，大管棚为隧顶超前支护，以管棚为骨架，结合注浆形成胶结体形成天幕结构。

①根据具体情况，将灌浆孔口压力控制在0.5～1 MPa为宜。②采用1∶1和0.5∶1两级水灰比，过程中根据浆液变换要求，及时进行调整；注浆应分层分次进行，钻机钻不同孔位需要搭设不同高度的支架，应先对下层孔位进行间隔注浆，由低向高完成拱顶处注浆；注浆前应将管棚与止浆墙空隙使用水泥砂浆封堵，避免漏浆。③大管棚末端焊接止浆阀，注浆压力设定为0.5～1 MPa，压力达到1 MPa以上后保持10 min，结束注浆。根据经验注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应继续注浆，直至符合注浆结束标准，确保管棚周围岩体与缝隙均为浆液充填。

3.6 止浆墙拆除

为了防止爆破方式扰动前方已固结的围岩，应采用静态爆破和机械凿除相结合的方式进行。先使用钻机在上半断面沿预留线，按照间距20 cm进行取芯，中部止浆墙采用打孔安设膨胀剂的方式分层破除，局部未裂开的部位采用挖机带炮锤进行凿除。上半断面止浆墙破除后，开始进行上台阶开挖支护，根据围岩情况掘进5～10 m时，开始进行止浆墙下半断面破除。

4 施工效果分析

（1）钻孔取芯。

超前固结灌浆和大管棚施工结束后，利用地质钻机钻取芯样，进行检查。结果表明芯样成型度高、浆脉清晰、分布均匀、浆液填充效果好，初步判断灌浆效果良好。

（2）开挖揭露法。

破除止浆墙后，掌子面前方滑塌空腔均已被浆液填充密实，掌子面的浆液扩散效果较好，掌子面无渗水，整体稳定，未出现掉块、坍塌现象。开挖效果表明，超前灌浆结合大管棚围岩加固技术在拱顶范围形成了胶结体，提高了围岩强度，对前方松散围岩具有较好的固结作用。

5 结语

长石板隧洞穿越果木洼地溶塌角砾岩地段，采用超前固结灌浆和超前大管棚施工技术，利用跟管法解决了钻孔过程中塌孔问题，选择合理的注浆材料和压力，保证灌浆效果，超前大管棚施工减少了拱顶上部围岩压力。掌子面围岩在灌浆加固后，可有效控制沉降和收敛情况，增加了围岩稳定性，保证了后续施工安全。