浅谈隧道掌子面塌方处理方法刘文达

浅谈隧道掌子面塌方处理方法刘文达

刘文达

中铁六局集团北京铁路建设有限公司北京市海淀区100036

摘要：隧道工程在高速公路、铁路施工中起了至关重要的地位，道路施工中增加隧道工程可以节约占地面积，减少施工里程。在当今社会交通运输和社会经济高速发展过程中隧道工程的建设日益增多，地处山区的高速公路、铁路隧道工程随处可见，隧道施工增加相继带来施工风险增多。由于地质条件勘探有误，施工方法不当，不可预见性因素较多，隧道掌子面塌方是工程过程中较常见的事故；本文浅谈隧道掌子面塌方后及时封闭处理的方法。

关键词：隧道掌子面塌方封闭

1、工程概况

重阳4号隧道为单洞双线隧道，位于河南省南阳市西峡县重阳镇境内，场区以低山丘陵为主，地形陡峭，沟谷深切，山坡自然坡度一般35～45°，植被发育，多为乔木及灌木。隧道穿过白云质云母石英片岩夹少量大理岩地层，隧道最大埋深126m。隧道长度521.93m，进口里程DK839+969.57，出口里程DK840+491.5。设计Ⅲ级围岩375延长米，Ⅳ级围岩45延长米，Ⅴ级围岩101.93延长米。隧道内设单面下坡，变坡点位于洞外，洞内坡度：-11.6‰。

1.1地质情况

隧道DK840+385～+400段埋深约50m，围岩为云母石英片岩，岩质较硬，片理陡倾，节理发育，结构面多平直，岩体较破碎～破碎，弱风化，地下水不发育。围岩级别由Ⅲ级变为Ⅳ级，采用Ⅳb+复合式衬砌。其中DK840＋395掌子面左侧发育小型褶曲，岩体破碎，局部较破碎，地下水不发育。

1.2设计情况

DK840+385～+400段采用Ⅳb+复合式衬砌：格栅钢架采用H150，间距1m，仰拱隔榀封闭成环。拱脚采用Φ42*3.5mm锁脚钢管，L-4m；墙角采用Φ22锁脚锚杆，L-3.5m。超前小导管采用Φ42小导管，每环38根，长4.5米，间距40cm，搭接长度不小于1m。

1.3掌子面塌方经过

2018年1月13日6时，掌子面（里程DK840+395.6）进行爆破施工，8：30出碴完毕排险后掌子面准备立架，台架就位后发现掌子面拱顶左侧位置有掉块现象，班组长立即将工人撤出，8：40掌子面发生塌方砸毁开挖台架（无人员伤亡）。塌方部位为掌子面前方拱顶及左拱腰，塌腔长度约2m，高度约3m，宽度约4m，塌方量约100m3。

2、掌子面塌方原因分析

掌子面左侧发育小型褶曲，片理产状陡倾，片理及节理发育，形成镶嵌结构，围岩岩体破碎，结构面切割所成岩块之间无结合，开挖扰动后容易产生掉块，引发坍塌，开挖后未进行初喷封闭，不利于围岩稳定。

3、塌方处理方案

用洞碴对塌方段后方进行回填，改成三台阶施工。上台阶设置止浆墙并对塌体部分适度注浆进行固结，在封闭掌子面后方10m范围进行拱部180°范围5m径向注浆，对空腔部分采用C20混凝土回填密实。DK840+394向出口方向施工采用三台阶法，逐榀开挖支护。

3.1洞渣回填

DK840+385～+400段施工工法为两台阶法，掌子面塌方后，DK840+394～384段回填洞碴形成三台阶。

3.2径向注浆

DK840+394～+384段10m范围上台阶采用5m径向注浆加固，注浆范围为拱部180°，5m径向注浆施工顺序为：钻孔→安装注浆管→注浆→注浆验收。

3.2.1钻孔

先放样小导管的孔位并用红油漆标出，注浆孔按浆液扩散半径1.5m设计，梅花型布置，每环7孔，孔底环向间距2.0m，注浆孔纵向间距2.0m，利用三台阶法施工台架人工手持风钻钻孔，钻孔的方向垂直于初支断面，孔深5m。钻至设计孔深后，用高压风将碎渣吹出。

3.2.2安装注浆管

钻孔完成后检查孔位符合要求后，安装注浆管，注浆管采用Φ42mm*3.5mm无缝钢花管，长度5m。在前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距15cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾部预留不小于100cm的止浆段。

3.2.3注浆

（1）注浆材料采用普通水泥浆，水灰比为1：1，注浆压力按1～1.5MPa。

（2）严格按照设计配合比配制浆液。配浆时，需要对搅拌捅进行刻度划分标识，以便现场配比。浆液搅拌均匀，先加水后加水泥拌和，搅拌时间为3～5分钟，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。

（3）注浆顺序：沿隧道轴线由低到高、由下往上、先注边墙，后注隧道拱部。

（4）单孔注浆终止标准：单孔注浆量达到单孔设计注浆量的1.0～1.2倍或单孔注浆压力达到设计注浆压力并稳定10min后结束注浆。

3.3止浆墙施工

3.3.1基底清理

对DK840+393～+392塌方体及喷射混凝土采用挖掘机配合人工进行清理，清理完成后，对止浆墙位置进行夯实整平。

3.3.2模板安装

根据现场实测上台阶平台标高，墙高共4.5m（隧道中线位置），分次浇筑完成。采用钢模板，与初支弧面相接位置采用竹胶板进行封堵，Φ22钢筋配合Φ42小导管支撑加固。

3.3.3混凝土浇筑

混凝土采用C20混凝土，快速浇筑、连续不断、分层浇筑捣固。接近洞顶位置，采用喷射混凝土进行拱顶封堵。

3.4塌方体注浆

在止浆墙上及后方打设注浆小导管，对止浆墙前方塌方体进行注浆加固。

3.4.1钻孔

放样小导管的孔位用红油漆标出，止浆墙上间距按照1.5m，梅花型布置，垂直止浆墙打设。止浆墙上一个循环打穿初支，环向间距40cm，外插角10°～15°，利用三台阶法施工台架人工手持风钻钻孔，孔深5m。

3.4.2安装注浆管

钻孔完成后检查孔位符合要求后，安装注浆管，注浆管采用Φ42mm*3.5mm无缝钢花管，长度5m。管口焊接止浆阀，钢管安装完成后用锚固剂对缝隙进行封堵，防止注浆过程中漏浆。

3.4.3注浆

（1）注浆材料采用普通水泥浆，水灰比为1：1，注浆压力按1～1.5MPa。

（2）注浆顺序：先注止浆墙，由低到高、由下往上，先注边墙，再注拱顶。

（3）注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆、并做好记录以便分析注浆效果。

3.5混凝土回填

塌方体注浆加固完成后，对松散体注浆效果密实情况检测合格后对空腔部分泵送C20混凝土回填。回填完成后，采用钻孔法对回填效果进行检查，若判断未达到效果，应进行重新打孔补注水泥浆。

4、后续暗洞开挖支护

根据《蒙华铁路重阳4号隧道DK840+396.6掌子面塌方处理会议纪要》，DK840+398后超前支护采用Φ50mm×5mm小导管，施作范围扩大至拱部180°，每环共48根，单根长5m。后续正常施工DK840+394向出口方向施工采用三台阶法，逐榀开挖支护，支护型式采用Ⅴc型复合衬砌。

5、结束语

隧道施工不可控因素较多，掌子面开挖过程按规定的开挖方法和安全步距开挖，严格贯彻“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则施工。如遇到掌子面塌方，应立即调查分析塌方原因，选择正确处理方法，加强监控量测管理，选用合理施工工艺提质增效。

参考文献：

[1]翟富强.混凝土机械手湿喷技术在长大隧道中的应用[J].隧道建设，2010（S1）：346-349.