浅谈隧道掌子面溜坍处置施工技术措施

浅谈隧道掌子面溜坍处置施工技术措施

颜玉平

中铁一局集团第五工程有限公司陕西宝鸡721000

摘要：通过对隧道掌子面溜塌处置施工，总结出隧道在施工过程中若出现溜塌时应遵循“安全第一、合理部署、快速处理”的总体原则，在开挖过程中实行“短进尺、勤量测、快封闭”施工控制技术措施，对掌子面施工起到指导性作用。

关键词：

溜塌；反压回填；泵送管；监控量测

1.工程概况

某高原隧道属于构造削蚀高山地貌，相对高差在500～700m之间，地面坡角5～35°。

洞口地表上覆第四系全新坡洪积粗角砾土，下伏燕山期二长花岗岩、正长花岗岩，岩体内原生节理发育，隧道最大埋深约500m。

本区为青藏高原地质构造最为复杂的地段之一，主构造方向大多呈北西向，并且南北向、东西向和北东向的构造亦很发育。受青藏高原构造挤压控制，最大主应力及物质流方向以N60°W，伴生近东西向（平行于线路走向）剪张性正断层，北西向与北东向共轭逆冲断层。东西南北交错的线性断裂构造组成了区内的构造格架。区内断层与褶皱共同构成测区北西向成块、成线的构造地貌。

2.溜塌特点

结合溜坍特点，采用先进的施工技术，科学组织、合理部署、突出重点、兼顾一般，组织均衡、快速处理；充分考虑的施工特点、重点和难点，合理地安排施工顺序，进行资源优化；管理目标明确，指标量化、措施具体、针对性强，做到各阶段、工序、工种间的有机衔接。

执行“安全第一、预防为主、综合治理”的方针和国家、铁路总公司、行业等安全规章制度，抓住安全工作的重点、难点、关键环节，根据掌子面溜坍施工特点，实行责任、目标逐级分解，使安全工作变被动防预为主动控制，全面实现安全管理目标。

3．设计情况

本循环开挖进尺为3m，掌子面原设计围岩为花岗岩，弱风化，节理裂隙较发育，实际开挖揭示围岩为花岗岩，强风化，掌子面不能自稳，掉块严重，掌子面无地下水发育，埋深约530m。

本段采用Ⅲa型复合式衬砌，二次衬砌采用C30素混凝土，初期支护采用8cm后C30高性能喷混凝土，拱部设置钢筋网片，规格为HPB300φ6，网格间距25×25cm，锚杆为L=2.5m低预应力涨壳式中空注浆锚杆，间距1.5×1.5m。

根据变更纪要，该段拱墙设置I14型钢钢架，纵向间距1.5m/榀，边墙增设φ6钢筋网，网格间距25×25cm。

4．现场施工情况

开挖揭示当前掌子面围岩为花岗岩，弱风化，主要呈灰白色，块状构造，围岩较完整～较破碎，岩盘较稳定，节理裂隙较发育，拱顶存在掉块风险。掌子面呈点滴状出水。围岩受节理切割拱顶岩体较破碎，存在掉块、坍塌风险较高，开挖临空后易发生掉块和溜坍。

出渣结束后，掌子面拱顶及左拱腰位置发生溜塌，溜塌后形成的塌腔沿隧道纵向长度约3m，自拱顶向右拱腰沿伸约4m，向拱顶延伸约3m，溜塌方量为36m³。

掌子面掉块照片

5.处置措施

（1）掌子面暂停施工，对掌子面进行反压回填形成形成微台阶工作平台。

（2）反压回填完成后，对开挖轮廓线外空腔进行泵送混凝土回填；对掌子面进行注浆固结。

（3）掌子面超前支护采用Φ89中管棚间插φ42小导管注浆加固，中管棚及小导管每环25根，环向间距0.4m；中管棚纵向间距5.6m，单根长9m，小导管纵向间距2.4m，单根长4m。拱墙设置I18型钢钢架，纵向间距0.8m/榀；边墙增设φ6钢筋网，网格间距25cm×25cm。

6.施工步序

（1）反压回填

对掌子面进行反压回填，反压回填过程中安排专人在现场指挥，进行一边对掌子面反压回填一边修整工作平台，最终行成微台阶工作平台。

掌子面反压回填照片

工作平台示意图

（2）预埋泵送管、泵送混凝土

工作平台修筑完成后，自初支面向空腔范围上方预埋2根混凝土泵送管，泵送管采用φ125mm钢管，打设泵送管孔时随时注意打设的速度，当出现突进情况时，表明上方穿过初支面进入空腔体。安装泵送管长度根据塌腔范围高度确定。一根泵送管与塌腔体上方围岩预留50cm，另外一根泵送管与塌腔体上方围岩预留5～10cm，泵送管仰角为50～60°。

泵送管安装完毕后，塌腔体采用送C20混凝土进行回填，泵送混凝土过程中，对塌腔体上方围岩预留50cm的泵送管进行泵送混凝土，当塌腔体上方围岩预留5～10cm的泵送管有混凝土流出时停止泵送混凝土。

泵送管、排气管预埋示意图

（3）超前管棚+超前小导管支护施工

参数：管棚采用φ89mm无缝钢管，长度9m，设于隧道拱部120°范围内，壁厚6mm，中心间距0.3m，外插角3～5°，纵向间距5.6m/环；管棚环向空隙间打设4.5m长φ42超前小导管，环向间距0.3m，纵向循环长度2.4m/环，外插角3～4°，注浆采用1:0.8水泥净浆,注浆压力0.5～2.0Mpa。

作业：管棚钻孔打设采用ZY110B中铁装备管棚钻机钻进，使用φ115mm钻头，成孔φ118mm,打设时由薄弱区低位处向高位处隔孔跳打并及时注浆，并严格登记注浆压力、起止时间、注浆量，注浆机采用双液注浆机，可直观数显压力及流量等信息；管棚打设注浆完毕后进行超前小导管打设，采用多功能拱架安装机配合人工完成注浆。

中管棚构造示意图

小导管棚构造示意图

（4）溜塌段开挖、支护施工

溜塌段及掌子面后方20m围岩级别由Ⅲ级调整为Ⅳ2级，初期支护采用I18型钢钢架，纵向间距0.8m/榀；采用φ6钢筋网片，网格间距25cm×25cm；开挖工法由全断面法调整为微台阶法开挖，利用洞碴对掌子面进行反压回填，最终修整为微台阶工法的台阶高度和长度。

（5）施工注意事项

1)微台阶法开挖，对局部位置进行爆破，爆破时需控制一次同时起爆的炸药量，减少爆破震动对围岩的影响。

2)开挖时严格控制钻孔深度，掌子面可预留一定坡度，避免掌子面倒悬。

3)爆破后及时初喷围岩。初喷前可采用湿喷台车对围表面进行吹风除尘，确保初喷效果。

4)初期支护应及早封闭成环。

5)微台阶法施工时，上下台阶应同时钻孔起爆，并同时平行进行支护作业。

6)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、严注浆”的原则。

7)每循环爆破开挖后，采用地质素描等方法评价掌子面稳定性，若不稳定，应采取掌子面缝补、掌子面加固等措施确保掌子面稳定。

8)初期支护设有钢架，仰拱开挖前必须完成锁脚锚杆(管)。

9)各施工工序间应注意互相保护，严格按照作业程序操作，避免施工机械对已完成的支护形成破环，以确保安全。

7.监控量测

（1）溜塌处理段围岩确定为Ⅳ级，开挖采用微台阶法开挖，监控量测点间距10m。

（2）监控量测过程中做好原始数据及分析记录，量测数据记录表包括测点名称、里程、埋设及初测时间、观测时间、当日及累计变形数值、变形速率以及作业、复核等内容。

（3）监控量测在每次开挖后尽早进行，初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读取。

（4）洞内拱顶下沉测点和净空变化测点布置在同一断面上，监控量测断面布置如下图所示：

监控量测断面布置图

（5）拱顶下沉量测和水平净空相对变化量测采用相同的频率，按下表选取较高的量测频率：

按距开挖面距离确定的监控量测频率表

8.安全生产技术保证措施

（1）施工前首先对作业面进行检查，清除松动的岩石和喷射混凝土块。

（2）对洞内拱顶布置的测点定期观测，发现洞内位移值等于或大于允许位移值，以及洞内出现裂缝时，立即通知作业人员撤离现场，待制订处理措施后再施工。

（3）喷射机械定机、定人、定岗，认真执行安全操作规程，坚持交接班检查制度，作好记录。

（4）喷射混凝土作业人员必须佩戴防尘口罩、防护眼镜等防护用具，并避免直接接触液体速凝剂，不慎接触后应立即用清水冲洗。

结语

综上所述，隧道掌子面溜坍处置施工技术措施的研究和实践，对于我国隧道施工技术的发展和应用具有重要的参考价值。希望今后的研究能够在实践的基础上，不断总结经验，进一步完善和优化隧道掌子面溜坍处置技术，为我国隧道工程的安全、高效施工提供更有力的支持。

参考文献

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