隧道仰拱“关门”塌方施工处理措施

2022-04-02张家龙肖平

科学技术创新 2022年7期

张家龙肖平

（中交一公局海威工程建设有限公司，北京 101119）

1 工程概况

桃园隧道位于云南境内，铁路双线隧道，设计12‰的单面上坡，全隧皆位于半径R=3504.53m 的右偏曲线上。隧道进口里程D2K20+179,出口里程D2K21+180，全长1001m，隧道最大埋深106m，掘进方向由大里程向小里程单端掘进。（1）地层岩性：桃园隧道属构造剥蚀底中山地貌，地形起伏较大。隧区内多被第四系土层覆盖，斜坡地带地表多为松树林或灌木丛，植被较发育，地标高程1800～1988m, 相对高差50～180m；自然坡度15～35°不等，局部形成陡坡。（2）地质构造：设计资料显示：桃园隧道D2K20+324～D2K20+370 段穿越砂岩夹泥岩：紫红，红褐、黄灰、浅灰、灰白色，砂岩为中细粒结构，泥钙质胶结；泥岩为泥质、粉沙质结构，块状结构，岩质软，该段隧道埋深约53m。在施工过程中，受地质灾害影响，D2K20+350～+332 段发生了仰拱“关门”塌方，见图1。

图1 塌体纵断面示意图

2 总体施工步骤

（1）对塌落坡体进行临时加固。其中包括洞渣反压回填、砂袋码砌封闭塌方体坡面、反压平台上上设置伞状支撑、塌方体坡面施作水平小导管注浆；在D2K20+355 处反压平台上施作封堵墙兼管棚施工导向墙。（2）D2K20+352～D2K20+370 段拱墙径向注浆。（3）待封堵墙以外径向注浆完成后，拆除临时支撑。施作管棚并注浆，再向塌体注浆。（4）塌方体开挖与支护；（5）对塌方体拱圈外3～5m 以及上台阶进行注浆；（6）探空腔，视情况泵送混凝土或砂浆填充空腔；同步骤（4）、（5）、（6）循环，D2K20+352～D2K20+370、D2K20+352～D2K20+324 段二次衬砌按变更设计图施作。

3 施工流程图

见图2。

图2 塌体处理流程图

4 施工处理措施

4.1 临时加固

4.1.1 洞渣反压回填形成上台阶作业平台，回填高度仰拱填充面以上约4.0m，回填长度约15m。

4.1.2 砂袋码砌封闭塌方体坡面，码砌厚度不小于2.0m。

4.1.3 D2K20+352～D2K20+370 段根据监控量测情况设置伞状临时支护，临时支护采用φ300mm 钢管（壁厚15mm）或者20b 型钢，支撑基础设置钢垫板（长40m，宽40mm，厚16mm），支撑与初支间采用焊接或者设置木契垫块，保证支撑于初支连接紧密。

4.1.4 水平方向加固，在塌体坡面施作6m 长φ42 小导管进行水平注浆加固，间距1.0m×1.0m，注1:1（水灰比）水泥浆液，注浆压力为0.3-0.5Mpa，施工时根据实际情况调整注浆压力及浆液配合比以优化施工。以保证坍方体坡面稳定。

4.1.5 D2K20+355 施作C20 砼封堵墙兼作管棚导向墙，墙厚2.0m，封堵墙与周边围岩采用φ22 砂浆锚杆连接，环向间距1.0m，嵌入基岩不小于1.5m，嵌入封堵墙1.0m；封堵墙基础采用φ75 钢花管并注浆，钢花管环向间距1.0m，嵌入回填体不小于3.5m，嵌入封堵墙1.0m，封堵墙与坍方体破面空间抛填砂袋。

4.2 D2K20+352～D2K20+370 段径向注浆加固

4.2.1 注浆钢花管的制作：按设计制作长5.0m，φ42mm，壁厚3.5mm 的热轧无缝钢管，管壁上每隔15～20cm 梅花型钻眼，眼孔直径为6～8mm。

4.2.2 测孔定位：D2K20+350-D2K20+370 拱墙，间距1.0m×0.8m（环×纵）测量定位孔位后使用红色喷漆标记孔位中心。坍方体坡面1.0m×1.0m 测量定位孔位后使用红色喷漆标记孔位中心。

4.2.3 搭设平台及钻孔：利用既有施工台架，作为钻孔及注浆平台。利用施工平台及台架按设计要求进行钻孔。

4.2.4 小导管安装：将小导管按设计要求插入孔中，外露20cm 以便注浆。小导管安装时根据实际工况安装止浆塞或堵塞孔洞口周围，防止浆液外流。

4.2.5 注浆：注浆前先喷射混凝土形成封闭层，形成止浆盘。注浆顺序由下至上进行。注浆压力0.3～0.5MPa，水灰比：1:1。

4.3 D2K20+360～D2K20+370 段二衬施工

D2K20+360～D2K20+370 段径向注浆完成后，立即对D2K20+360～D2K20+370 段进行断面净空量测，根据量测情况施作二衬，二衬采用Ⅴa 型复合式衬砌。

4.4 D2K20+352 ～D2K20+324 段塌方体处理方案

塌方处理总体施工步骤：封堵墙施工→超前注浆施工→注浆效果检测→超前管棚施工→塌方体开挖→二次衬砌施工。

4.4.1 封堵墙施工。在隧道D2K20+355 处上台阶设置封堵墙，封堵墙采用C20 混凝土浇筑成形，厚度为2m，设置高度为仰拱填充面以上约4m，封堵墙基底采用Φ75 的钢花管，长4.5m，环向间距1.0m，嵌入封堵墙1.0m，嵌入堆积体3.5m，然后注浆进行地基渣体加固处理。封堵墙拱部采用Φ22 砂浆锚杆，长2.5m，环向间距1.0m，嵌入封堵墙1.0m，嵌入基岩1.5m。止浆墙与坍方体坡面空间抛填砂袋。封堵墙拆除后，D2K20+353～D2K20+355 段原初支内侧利用I22b工字钢拱架、喷射混凝土作为临时支撑，拱架间距为50cm。

4.4.2 塌方体拱顶注浆施工。A 孔间距:2.5m; B 孔间距:1.82m;C 孔间距:跟据现场情况进行调整; D 孔间距:1.46m,见图3-4。

图3 布孔示意图

4.4.2.1 钻机操作平台及止浆墙。在DK20+355-353 段施做止浆墙，止浆墙采用C30 混凝土浇筑，厚2m，周边采用2 排环向间距1.5m，排距1.0 m，长2m 的Φ25mm 砂浆锚杆，嵌入围岩1m。止浆墙后方预留10m 长的作业平台。将止浆墙后方10m 范围内整平压实，之后浇筑30cm 厚C20 砼做为钻机施做平台，便于钻机移动定位，提高工效。

4.4.2.2 注浆加固范围。注浆加固段落为D2K20+355-325段，纵向注浆加固长度30m。超前注浆加固范围为拱部开挖轮廓线外5m，扩散半径为3m。共设2 个终孔断面，总共设计25 个孔。

图4 布孔纵向示意图

4.4.2.3 注浆施工顺序。1 先进行D 序孔施工，浆液类型为水泥水玻璃双液浆，采取钻杆后退式注浆施工工艺。注浆结束标准采取量控。按照45%孔隙率计算注浆量，每钻孔延米注浆量约3m3。先施工D 序孔是为了首先形成一层浆液封堵层，避免注浆施工过程中浆液扩散下渗到后失踪人员处。2 进行大角度钻孔，若探测到空腔，直接灌注砼。之后进行B序孔尾端注浆施工，B 序孔尾端3～5m 采取后退式注浆压注水泥水玻璃双液浆，剩余区段采取前进式注浆方式压注普通水泥单液浆。尾端3～5m 注水泥水玻璃双液浆是为了将塌体前方封堵，控制浆液流向，提高注浆质量。 3 进行A 序孔注浆施工、之后再进行C 序孔施工。

4.4.3 超前管棚施工。采用φ89 管棚进行超前支护，管棚采用璧厚5mm、φ89mm 的热轧无缝钢管。管棚长度为30m，一次性施作，施作里程为D2K20+355～D2K20+325，沿拱部初支内边线20cm 布设，拱顶120°范围内环向间距为30cm，120°～144°范围内环向间距为30cm～50cm,管棚共52 根。超前管棚施工采用无工作间钻孔工艺。

4.4.3.1 管棚制作。管棚采用ф89mm 壁厚5mm 热轧无缝钢化管制作而成，钢管每节长3m 左右，钢管连接端采用内接丝和外接丝相结合。

4.4.3.2 钻孔。钻孔角度按照7～9°角钻进。施钻时，顶紧封堵墙，提高施钻精度。

4.4.3.3 顶管。1 将第一根钢管顶入钻好的孔内，再逐根连接。2 接长管件应满足管棚受力要求，相邻管的接头应前后错开，避免接头在同一截面受力。3 顶管时，当第一节钢管推进孔外剩余30～40cm 时，人工装上第二节钢管，钻机低速前进对准第一节钢管端部，严格控制角度，人工进行钢管联接，使两节钢管在联接套处联成一体。钻机再以冲击压力和推进压力低速顶进钢管。4 施工中的钢管在安装前必须逐孔逐根进行编号，按编号顺序接管推进、不得混接。管棚顶到位后，安装止浆阀，以防浆液冒出。5 顶管施工完毕后对每根管进行清孔处理，防止杂物堵塞在管内造成后续管棚注浆工作无法开展。6管棚末端嵌入基岩不得小于3m。7 管棚注浆。a.管棚注浆前，安装按设计制作的钢筋笼。b.注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，方可以施工。c.注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象。8 注浆采用压力式或间歇式注单液浆，并采取分段注浆方式保证注浆能充分填充至围岩内。注浆顺序：从下向上注浆。9 注浆压力达到1Mpa，并持压10～15min，停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内。

4.4.3.4 塌体开挖与支护施工方法。封堵墙利用人工配合机械破除后，D2K20+324～D2K20+352 段采用三台阶临时仰拱法施工。该段采用人工开挖或者机械开挖方式。

4.5 侵限拱架的置换及二衬施工

4.5.1 侵限拱架的置换

4.5.1.1 侵限拱架的置换及锚喷支护，在对侵限区域进行注浆加固后才可进行初期支护侵限钢架的置换。原有初期支护破除禁止爆破，采用人工手持风镐进行破除，减少对围岩的扰动及已有钢架的破坏。可采用机械设备配合凿除剩余的喷射混凝土，拆除钢架连接钢筋及钢筋网。

严格按照施工图纸，每拆除60cm 即安设一榀I22b 工字钢，钢支撑架间采用Φ22 钢筋连接及Φ8 钢筋网搭接连接，连接筋环向间距为100cm。在拆除已被破坏的钢架后要迅速安装加工好的钢支撑,及时喷锚支护，减少围岩在空气中的暴露时间。工字钢的置换必须严格按照设计图纸施工规范安装，确保接头处的法兰盘连接牢固，钢支撑垫板必须落到坚硬的基底围岩上，工序变化之处的钢架应设锁脚锚管，并且按照设计要求进行注浆，以确保钢架基础稳定。

4.5.1.2 换拱施工过程注意事项。 1 换拱段及塌方段施工时预留20cm 变形量，防止发生拱架下沉再次侵入初二次衬砌限界。2 对塌方顶部的空腔应通过斜向钻孔等手段探明是否有空腔，有明显空腔时应采用压注混凝土或砂浆进行回填。3 主体结构初期支护钢架应根据工法的设置情况对其分节进行适当调整。且必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。上部施工应加设临时仰拱，防止更换后的初支继续变形和下沉。4 施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测。成立以测量队队长为首的监控量测小组，对置换之后的拱架定时进行拱顶下沉和收敛位移的监控，先期监控频率每日监控2 次，待变形基本控制住后可改为每天1次，将控量测结果及时反馈工程部及项目领导。根据换拱进度及时量测、计算、分析，现场技术员及测量负责人将结果上报到工程部。工程部及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据，杜绝现场的盲目施工。5 换拱段，必须及时跟进二次衬砌施作时间，杜绝初期支护的再次变形，及早施作二次衬砌，早日封闭成环，使二次衬砌和初期支护共同参与受力防止再次的变形。

4.5.2 二次衬砌

D2K20+324～D2K20+352、D2K20+352～D2K20+360 段衬砌按照按变更图纸以及衬砌施工工法进行施工。