软弱围岩隧道涌水、坍塌处理施工技术研究.docx

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Summary：随着高速公路的快速发展，隧道施工成了高速公路施工的重要组成部分，尤其是云贵川地区，高速公路隧道施工占比较高。云南地区属于典型的滇中红层地质，隧道围岩复杂多变，裂隙水较发育，多数属于软弱围岩。在隧道施工过程中涌水、坍塌现象频发，施工安全风险较高，也制约项目整体施工进度；如果对软弱围岩隧道涌水、坍塌处理不当，极易造成隧道发生二次坍塌风险，引起大的安全事故，造成不可估量的经济损失。本文通过对玉楚高速公路隧道右幅涌水、坍塌情况和处治过程总结分析，得出了软弱围岩涌水和坍塌处治措施，为后续类似隧道工程施工起到了指导作用和经验借鉴。
Keys：隧道  软弱围岩  塌方  处治处理
一、工程概况
双柏隧道为玉楚高速公路全线控制性工程，设计为分离式隧道，隧道左幅全长3615m，右线全长3575m，为特长隧道，隧道施工按进、出口分左右幅共设置4
个作业面对向掘进施工。隧道洞内地质条件复杂，主要以泥岩、砂岩互层为主，岩体较破碎，裂隙水较为发育，属软弱围岩，隧道穿越多处断层和破碎带不良地质，围岩全部为Ⅳ、Ⅴ级围岩；隧道区地表水丰富，通过对隧道区水文地质条件调查，裂隙水主要来源于大气降水补给和地表水下渗，隧道开挖过程中易产生涌水现象。
隧道出口右幅掌子面施工至YK138+670位置，隧道支护参数为SF5a，采用三台阶预留核心土环形开挖工法。开挖过程中上台阶左侧拱脚突然出现大量涌水，瞬时涌水量约每小时2000方左右，现场紧急将人员和设备全部撤离，随后掌子面和上台阶坍塌，。由于隧道出口为下坡洞，%，约半小时后出水淹没至二衬台车高度的三分之二位置处。涌水稳定后，通过对隧道涌水量测量计算，其涌水量为8099m3/d。涌水后，现场安全风险非常大，急需对涌水和坍塌掌子面进行处理。
  坍塌后掌子面         积水水位线
出水原因分析：根据现场勘察，地表周边无明水，排除地表漏水原因。分析出水主要为岩体裂隙水或掌子面前方存在水囊，裂隙水（水囊）由地表水通过砂岩长期渗漏补给。本次属于短时间内大量涌水，非一般裂隙出水，分析掌子面前方存在大面积软弱破碎层，裂隙极其发育，存水量丰富。
二、施工工艺流程图
三、施工工艺及技术控制要点
1、涌水引排与坍塌面处理
（1）洞内积水抽排
快速抽排水是隧道涌水塌方处理的关键，根据积水量和涌水量计算，洞内积水约1万方，日涌水量为8099方，计划2-3天将积水全部抽排完毕，现场设置15台15KW污水泵同时进行抽排。由于一次性抽排扬程较大，洞内设置积水箱，分段抽排。抽排至仰拱位置，确保掌子面无积水。需要注意的是反坡排水隧道应急设施必须齐全，保证出现突发涌水能够及时采取措施。
（2）掌子面及中台阶位置排水
为了避免涌水散排浸泡两侧拱脚，，在坍塌面位置横向挖设1条排水沟与两侧纵向排水沟联通，确保中台阶不积水。
（3）坍塌面处理
为保证坍塌面稳定，在垮塌面满面铺设钢筋网片，然后采用10cm厚喷射混凝土进行封闭，封闭至拱顶位置。坍塌面封闭后，在坍塌堆积体底部1米范围内横向布设2排排水孔，排水孔采用Φ76钢花管，排水孔长度5米，，上下2排梅花形布置，将垮塌体内积水有效引排。
2、现有初支加固处理
为了保证垮塌体后方施工人员的安全，在垮塌处理之前首先对垮塌后方初支进行加固处理，首先在掌子面后方12米范围内初支面增加护拱，护拱采用22工字钢，间距60cm布设，拱脚采用钢板支垫密实，采用20圆钢将护拱纵向连接成整体。采用喷射混凝土封闭后，护拱拱顶及边墙位置采用φ42×4mm、L=。钢花管按60cm*80cm（纵×环）梅花型布置，采用1:1水泥净浆，～1mpa，终压控制在2Mpa。
3、止浆墙施作
在掌子面处施作止浆墙，、，采用C25混凝土浇筑，从中台阶封闭至拱顶位置。止浆墙顶部部位设置2排Φ42mm环向钢花管嵌入岩体并进行注浆处理，钢花管长度2米、、，嵌入初支岩
体1m。确保止浆墙和初支面连接成整体，避免帷幕注浆过程中因注浆压力过大，造成止浆墙向外推移。
止浆墙前后绑扎两层Φ22mm钢筋，钢筋网间距为80cm×80cm，之后立模浇筑砼。同时在浇筑止浆墙时预留泄水孔，止浆墙要伸入钻机工作平台（中台阶）1-。
施作止浆墙
4、钻机平台施作
为了满足钻机施工作业要求，在止浆墙后方施工不小于9m长的作业平台，作业平台范围内需整平压实，之后喷射15cm厚C20砼硬化做为钻机施做平台，便于钻机移动定位,。
5、注浆孔布置
掌子面前方25米范围内进行周边帷幕注浆，注浆固结长度为25m，注浆加固为拱部环向150°范围，初支开挖轮廓线外5m，浆液扩散范围为2m，单循环布设注浆孔30个，孔位按两排进行布设；第一排为A、C管束孔，其中C序孔为补注浆孔，孔位从拱顶以下50cm进行布设，孔位间距位60cm,孔位均按照11个
布设；第二排为B管束孔，孔位间距位143cm,两排管束孔排间距为40cm,管序注浆压力4-6MPa。
开孔布置图
25m终孔断面图               15m补充断面图
注浆材料以普通硅酸盐水泥-水玻璃双液浆为主，水泥单液浆为辅。水泥单液浆质量比W:C=(-1):1,双液浆体积比C:S=1:1，双液浆凝固时间按25-35秒控制。
6、钻孔注浆施工
采用前进式分段注浆、钻杆后退式注浆结合水平袖阀管束注浆工法，首先间隔施作A束孔对垮塌体掌子面前方围岩进行预注浆加固处理，保证后续管束注浆孔在钻孔过程中一次成孔。
（1）注浆前期采用前进式注浆，标定孔位确定钻进外插角后，采用Φ130mm钻头在止浆墙上开孔，，安设孔口管，孔口管采用Φ108mm，δ=6mm无缝钢管，，孔口管外壁缠绕麻丝以防漏浆，采用钻机冲击安设到要求深度，并用水泥基锚固剂锚固，保证孔口管牢固不漏浆；然后进行钻孔施工。先用Φ90mm钻头通过孔口管进行钻孔，钻进5-8m后退出钻杆，安装堵头板和球阀通过孔口管进行注浆，注浆加固前5-8m松散堆积体。
（2）钻孔、注浆中期，若钻孔过程中出现塌孔、卡钻现象导致无法钻进至设计孔深时，退出钻杆，更换Φ57mm注浆钻杆，Φ63mm注浆钻头钻进至塌孔处采用后退式分段注浆，分段长度2m，按次方法直至钻孔到设计上深度为止。注浆钻头与注浆钻杆通过连接管连接，连接管中安装球形珠和弹簧形成阻隔装置。
（3）待预加固孔全部钻孔、注浆施工完成后，采取水平袖阀管束施工工艺对前方岩体进行注浆加固，首先采用Φ130mm或Φ90mm钻头钻进至设计孔深，退出钻杆，然后采用钻机顶进3段袖阀管，袖阀管分别为短管、中管、长管3根，袖阀管采用φ32mm、壁厚3mm无缝钢管，袖阀管单根长度为9m。袖阀管前端5-7m为注浆段，注浆段溢浆孔直径为8mm，溢浆孔“梅花型”布置间距为75cm，袖阀管底部15cm需缩尖，分节下放，满焊连接，袖阀管下方后对孔口先用锚固剂进行封堵，保证注浆过程中空口不漏浆，注浆先注短管，对孔口和止浆墙前方岩体进行加固处理，短管注浆结束后，然后对中管和长管同时进行单、双液混注的方式进行加固处理。
7、注浆结束
（1）单孔注浆结束标准
单孔结束标准：以注浆压力控制为主，对于注浆量较大的孔可采用单、双液混注的方式或者通过多注双液浆，尽量控制浆液扩散范围；单孔单段注浆结束达到注浆结束压力4-6MPa。
（3）全段结束标准
按总注浆孔的5%设计检查孔，检查孔采用孔内成像仪进行观察，成孔良好，不塌孔，孔壁光滑，出水量不大于2L/m/min即满足要求。
管束注浆
8、超前管棚施作
注浆结束后，开始施作超前大管棚，YK138+660～YK138+675段超前支护调整为φ89×6mm超前导管L=9m，拱顶环向120°布设，中至中环向间距35cm，共40根，每6m一循环，后续段落超前支护根据现场情况调整。
管棚施工
9、打设泄水孔
注浆结束后，在拱顶及两侧拱腰分别打设排水口，确保掌子面前方裂隙水能排出，避免注浆封堵裂隙水在掌子面前方浸泡围岩。
10、止浆墙破除
泄水孔打设完成后及时清理施工现场，开始破除止浆墙，准备开挖进尺。
11、洞身开挖
注浆固结处理完成后，掌子面采用逐榀推进。管棚中间配合Φ42超前小导管及径向钢花管加强支护。超前小导管（L=4m、α=10～15°、环向间距35cm）及径向钢花管（L=、α=45°，间距50×70(纵×环)），超前小导管与径向钢花管梅花形布置。同时，开挖过程中重点对左侧拱腰至边墙位置径向注浆加固（坍塌面方向）；塌方段围岩注浆加固后支护参数调整为SF5t加强支护参数，初支I22b工钢，50cm间距，系统锚杆按SF5a参数布置，二衬为60cm钢筋混凝土，环向主筋间距15cm。
四、其它注意事项