隧道富水粉细砂塌方处治的施工技术范文

摘要:以某I级铁路双线隧道为例，该隧道穿越上第三系富水粉细砂地层，因为粉细砂层成岩效果不理想，若遇水，就会变成流塑状，并且其自稳性会被严重弱化，隧道施工的难度相对较大，并且有可能会出现塌方事故，导致塌方工作处理非常繁琐，作业人员的人身安全难以得到有力的保障，为处理富水粉细砂层隧道塌方后砂层松散、流动性相对较强、塌方区域难以治理等相关问题，保证安全迅速经过塌方区段，结合项目特点，针对如何使用真空降水加双层大管棚、小管棚以及双侧壁工艺，有效解决富水粉细砂层隧道塌方展开了详尽的研究与分析，可为类似项目提供参考。

关键词:富水粉细砂层;双层大管棚;双侧壁法

1工程概况

某隧道3#斜井土区域正洞围岩大致是第三系富水粉细砂层，归属于VI级围岩。正洞中的出水量相对较大，每天的排水总量为900～1100m3;砂层紧密、纯净，部分掺杂有形状各异的卵石与钙质胶结块。依照场地就粉细砂的现场样本进行检验，检测得到含泥量为5%～10%，孔隙比为22%～26%，孔隙比为0．36～0．4，其密度大致为2．63g/cm3，渗漏指数为10－3～10－4cm/s，水平以及纵向的渗透指数之间的差距相对较小，还没有成岩，一有扰动就会立即变成较为松散的粉状架构，在富水时呈现为流态，可以说是没有任何自稳性能，容易出现溜塌的情况，进一步使隧道最初的支护出现形变、沉降，导致塌方情况发生。

2塌方原因分析及塌方影响范围的确定

依照对场地的塌方过程的观测以及对其各个区域进展状况的整体研究，该次塌方主要是与围岩自身的特点、结构组成有一定的关联。隧道使用双导洞超前法展开作业。DK5+485～+519区段隧道顶部、墙面的挖掘支护已经全部施工完毕，没有发现有任何渗水的情况。在筹备作业的DK5+488～+491区段仰拱处，挖掘右侧拱脚时发现有涌水涌砂的情况，最后造成塌方，塌方形成后隧道顶部大量出水［1］。依照塌方区段作业显示的地质状况能确立隧道右面墙脚外部2～3m留存有一个积水穴，顶部轮廓线3～5m处有10m左右宽的地下水暗流经过该区段。

3塌方段施工

3．1整体方案确定

依照场地的作业状况，组织施工队以及专家展开商讨，最终确立了依照“先稳固、再解决、衬砌跟进、稳步实行”的作业要求，并使用“双层大管棚加小导管超前灌浆”当作是超前支护，考虑到有效切合原双导洞超前的作业形式，借助“双侧壁”分三台阶挖掘该区段塌方断面及施工断面(见图2)。1)在对塌方结构码砂袋反压工作完成后，锚喷封闭滑塌面层并进行对应的注浆稳固工作。2)针对DK5+480～+486区段顶部展开径向注浆稳固作业，在DK5+486．5区段大角度施作第1环大管棚，借助注浆回填的形式，对塌方造成的拱部空洞，针对该区域松散的塌体展开对应的稳定措施，其中第1环管棚可以发挥其锚固、稳定的功效。3)针对DK5+486．5～+489塌方区段，所选用的是双侧壁的形式，分台阶进行挖掘并同时进行灌浆稳固作业。4)在DK5+489区域进行第2环大管棚的装配，让大管棚一次性穿过塌方区域，充分发挥其超前支护以及其预加固的效用。5)借助超前管棚，使用双侧壁的形式按照顺序挖掘更换DK5+489～+500区段变形较为严重的区域。6)按照对应的次序针对DK5+500～+515区段的侵限变形处展开对应的更换工作。7)同步展开回填作业及其对应的二次支护稳定作业。8)展开仰拱二次衬砌作业，完成有关的隧道施工工作。9)挖掘环节当中各个区域使用“真空轻型井点降水+集水坑集排水”的形式展开对应的排水工作。

3．2双层大管棚施工

大管棚作业技术是在软弱围岩的隧道作业以及其塌方区段处理当中最为常见的一种较为传统的作业手段，大管棚超前注浆预加固管理围岩沉降性能相对较强，并且其对应的效益较为显著［2］。1)施工准备。针对塌方区域展开码砂袋反压工作之后，就可以进行锚喷封闭滑塌面层并进行对应的注浆稳固作业，与此同时，针对DK5+480～+486区段最初支护背后展开相关的补注浆稳固工作;在DK5+485～486．5区段上断层复原双侧壁支护系统，侧壁以及其临时仰拱使用I20b的工字钢，每间隔0．5m配置1榀和正洞钢架连接为一体，开展好对应的施工筹备工作。2)管棚施工工艺。依照粉细砂地面轻微的扰动就会松散成粉状的特征，因为塌体中央有少部分的卵石，因此，成孔作业的难度相对较大，选取跟管钻入技术施作管棚，把套管及其钻杆一同下钻到其中，成孔作业完成之后再将其取出，顶入到管棚当中，最终拔出外套管体。3)管棚钻孔施工。管棚制备:使用外直径为108mm的且其厚度为6mm的热轧无缝管材，依照相关的设计要求以及长度针对钢管展开对应的分节分割作业，端口区域配置有对应的套丝，丝扣的整体长度控制在15cm左右，所有的材料都加工成为正丝;管节整体的长度为2～4m;连接套管材料在对应的厂商处定制并加工完成，其对应的长度控制在30cm左右。4)管棚注浆。第1环大管棚注水泥和水玻璃双液浆，最大限度地稳固了顶层松散并封堵住了顶层的渗漏。注浆依照由低至高顺序循环进行，整个环节当中要求多次循环注浆，注浆的整个压力控制在0．5～1MPa。

3．3塌方、变形段开挖施工

借助双侧壁分三台阶的方式展开作业，选择小管棚结合大管棚强化超前支护的施工方案。

3．3．1施工步骤

1)借助上一循环架立钢架，进行小管棚超前支护的制作，并且进行1步土体的挖掘施工;在第一时间进行初期支护与临时支护的施工，并且进行钢架锁脚锚管的施作。在1步作业2～3m之后，就可以着手进行2步的挖掘作业，并且进行长钢架的连接施工。2)如上所述，进行3步与4步土体的挖掘施工，并且进行初期与临时支护的施工。3)同样借助上一循环架立钢架进行小管棚的施工，并且按照规定完成超前支护;进行5步土体的挖掘施工，并且在规定时间内完成初期支护的作业。4)5步作业2～3m之后，可以进行6步土体的施工，并且要注意进行临时仰拱的施工，上断面应该保持为完整的成环状态。5)如上所述，进行6、7、8、9步土体的施工。6)根据左、右、中的次序分块进行5步仰拱初期支护的施工，并且采取接长的方式，使侧壁钢架能不断延长，之后还能妥善地落到仰拱初期支护的钢架，进行仰拱混凝土的浇筑，并且将仰拱每循环的实际进尺控制在2m。7)仰拱浇筑施工结束后，把侧壁与临时仰拱均拆掉，一次拆除长度应该控制在6m以下。

3．3．2施工降排水

真空降水应该借助7．5kW的V6型真空泵与Φ32PPR降水井管工具。前者在实际工作时，各个井管附近产生负压，进而抽出粉细砂围岩内的水分，并且在降水作业时，真空负压允许范围是＜－0．06MPa。

3．3．3回填注浆

径向回填注浆在支护系统强化的过程中非常重要，因为塌方段有非常严重的出水问题，因此，注浆应该选择水泥－水玻璃双液浆，并且将水泥浆水灰比控制在1∶1，水玻璃玻美度控制在30°～40°Be，水泥－水玻璃体积比控制在1∶0．3～1∶1。此外，应该注意进行多次循环补浆作业，从而使其密实性得到有效保障，注浆压力为0．2～0．5MPa。借助径向注浆的方式，能使初期支护与围岩密切固结，如此混凝土受力壳的完整性就能得到很好的保障，从而使隧道支护强度得到极大提升，同时也使围岩稳定性达到要求。

3．3．4仰拱及二次衬砌施工

仰拱建设非常重要，借助短进尺，分步、分块的挖掘支护，尽量避免出现二次浇筑问题。仰拱挖掘的次序是左、右、中，并且在左、右区域中，开挖循环的实际进尺控制在0．5～1m，首先进行左、右块的挖掘，将侧壁钢架接长，并和仰拱钢架螺栓密切相连，进而构成一个完整的环;左、右侧的挖掘施工深度达到2m后就能进行中部的挖掘施工，如此仰拱初期支护就全部结束;之后进行仰拱钢筋的绑扎作业。

4结束语

综上所述，软弱围岩隧道建设初期常常会出现支护变形与坍塌的问题，并且在针对塌方进行维护与补救时，极为复杂，次生灾害产生的几率非常高，这就会导致出现严重的恶性循环问题。尤其是对于富水粉细砂围岩隧道而言，出现坍塌问题之后，其中处于松散状态的砂体就不断出现流塌与自稳性弱化的现象，而塌方漏斗也会不断扩增，进而导致地表出现非常严重的塌陷问题。鉴于此，本文联系具体的围岩情况，运用与以往方式存在很大差异的现代化施工方式，不断优化、完善施工技术，运用高效的手段，解决富水粉细砂围岩隧道的病害，最终显示效果非常理想，具备较大的推广价值。

参考文献:

［1］陈良兵．大跨度软弱围岩隧道塌方处治施工技术［J］．铁道建筑技术，2016，33(7):29－32．

［2］杨家松．大断面软岩隧道变形控制技术研究［J］．隧道建设，2015，35(4):359－363．

作者:陈文超 单位:中铁十六局集团城市建设发展有限公司