通过隧道软弱围岩塌方体的施工技术

1、通过隧道软弱围岩塌方体的施工技术1 工程概况南昆铁路某隧道全长 2469m,地处云贵高原中部中低山区 , 地形起伏大 , 相对高差 300m,隧道最大埋深 260m.原设计资料指出 , 隧道地质为粉砂岩夹页岩 , 除进口 36m和出口 33m为类围岩外 , 中间 2400m均为凹类围岩 , 弱含水 , 无侵蚀性。该隧道于 1992年4月开工后 , 发现实际的地质和地下水赋存条件与原设计出入很大。 施工过程中涌水塌方不断, 虽经多次加大衬砌厚度 , 仍发生大规模衬砌开裂变形。特别是进口在D1K752+870处, 于1994年元月 7日,7000m3/d 的突发涌水夹带泥石流状的塌方体涌入洞内,

2、导致长 11m拱圈压垮 , 临时支护崩溃 ,6 榀钢拱架压断扭曲 , 混凝土拱下沉 53cm,右侧拱脚内移43cm。在抢修塌方地段的施工中又多次发生塌方, 施工严重受阻 ,经过 7个月奋战毫无进展 , 因而该隧道一度成了影响南昆线西段铺架的关键工程。为尽快改变这一被动局面, 铁道部领导和专家几十人到现场勘察 , 研究对策 , 最终确定采用大管棚双液深孔预注浆固结岩体 , 结合小管棚补强的微台阶大断面开挖、 全断面衬砌的施工技术 , 终于通过塌方体。2 地质情况由于实际地质与设计资料出入很大 , 西南交大对该隧道进行了地质复查。复查结果认为 : 该隧道位于小江活动断裂带附近 , 通过古老地层 ,

3、 顺走于沧浪铺组砂岩和筇竹寺组碳质页岩地层。塌方体附近有两大构造断层交会 , 受多次构造运动影响 , 岩体破碎 , 以碳质页岩和构造带断层泥为主 , 遇水软化后 , 围岩自承能力极差。 D1K752+870处实际地质情况如图 1所示。图1隧道断面地质3 塌方原因分析该隧道在施工过程中多次出现重复塌方 , 主要原因有如下几个方面 : 一是受构造断裂带的影响 , 经过多次构造运动 , 围岩极其破碎 , 自承能力很差 , 加之地下水的长期作用 , 使岩体软化呈软塑状 , 锚杆加固基本上起不了作用 , 施工难度大。二是原先的台阶法先拱后墙施工 , 拱部围岩受开挖的多次扰动 , 进一步扩大了松散区 ,

4、再者 , 边墙施工引起拱脚下沉 , 诱发开裂 , 降低了混凝土拱的强度。三是原先一味增加衬砌厚度 , 扩大开挖断面 , 松散区远大于微台阶法。 四是由于地下水存在 , 开挖后掌子面呈面状或点状滴水、渗水或涌水 , 在动水作用下 , 断层破碎岩体颗粒呈泥浆涌出 , 造成围岩孔洞 , 诱发地应力重新分布 , 继而随涌随塌 , 塌方范围不断扩大。4 大管棚、小管棚相互配合 , 利用深孔超前预注浆进行堵水并加固围岩对软弱富水围岩 , 在开挖前进行超前预注浆堵水、加固岩体 ,改善围岩性质 , 是防止产生较大变形、坍塌 , 保证施工安全和质量的有效措施。 预加固技术有两种 , 一是采用超前小管棚、 小导管

5、注浆、系统锚喷等措施加固岩体。二是超前大管棚深孔高压预注浆措施。前者的优点是施工简单、 灵活方便 , 但加固范围小 , 抵抗地下水渗透能力弱。 后者可以大大提高加固范围 , 且能形成承受很大荷载的整体结构 , 抵抗地下渗水的能力也很强 , 但施作困难 , 灵活性小。在该隧道施工过程中 , 两种方法单独使用均不能很好地解决围岩预加固问题 , 通过塌方体时更是如此。 经过反复对比 , 最终选择把两种方法结合起来互相取长补短 , 达到了顺利通过塌方体的目的。4.1 大管棚深孔超前高压预注浆4.1.1 钻孔和注浆机械原采用水平地质钻机钻孔 , 其优点是成孔效果好 , 可以打深25m以上的水平钻孔 ,

6、缺点是成孔速度慢 , 钻孔外插角受限 , 达不到扩大加固范围的目的 , 且钻机移动困难 , 需在掌子面前扩挖工作室 , 易造成岩体失稳。后改用 NH174双臂液压钻孔台车钻孔 , 不仅移位方便 , 外插角大 , 而且易于控制 , 可提高工效 5-10 倍。注浆泵采用 ZTGZ-60/210型, 排浆量为 16-60L/min, 最大压力可达到 MPa。4.1.2 注浆参数根据隧道特点 , 地下水对岩体自稳能力的影响尤为突出 , 注浆固结岩体封闭地下水 , 可以大大提高围岩的自稳能力。同时 , 软塑状塌体虽然极其破碎 , 但并非松散结构 , 经注浆加固后 , 岩体抗渗性能可以大大提高 , 因此加

7、固范围定为开挖半径的 2.4 倍,可在开挖轮廓以外形成 5m以上的有效加固厚度。注浆孔深 15m, 每次开挖 10m,留下 5m作为下一循环的止浆盘。注浆孔分内外两环交错布置 , 孔口间距 0.75m, 外环钻孔外插角 15030', 内环钻孔外插角 5030' 。注浆按下列方式 : 以劈裂注浆为主 , 辅以渗透注浆。渗透注浆的目的是促使岩体颗粒胶结 , 提高阻水能力。劈裂注浆通过高压注浆劈裂压密软弱岩体 , 利用强度较好的浆液脉络约束岩体变形 , 同时置换岩体中的含水空间。 该隧道最不利静水压力为 2MPa, 按照注浆压力为静水压 2-3 倍的要求 , 确定预注浆终压力为6M

8、Pa。孔口以渗透注浆为主 , 注浆压力为 0.7MPa。注浆管采用 108mm、壁厚 6mm、管壁钻有注浆孔的花管。注浆分为两段 : 第一段 10m,为尽快封闭掌子面 , 保证坑道稳定 , 同时考虑扩散范围有限 , 且易于开挖 , 选用早期凝结快、 强度高、堵水性好的水泥、水玻璃双液浆。第二段 5m,因渗水基本停止 , 主要考虑结石体强度和耐久性 , 保证围岩的长期稳定 , 因而选用纯水泥浆。水泥浆与水玻璃的体积比为 1:0.4, 水泥浆的水灰比为 1:0.7.另外 , 施工时针对隧道右侧软弱围岩, 视具体情况加设一些长6m、外插角为 400的注浆孔 , 以期通过补充注浆填充隧道右侧因多次坍塌

9、形成的空隙。4.1.3 止浆墙施工对软弱围岩注浆 , 一般需要在掌子面设混凝土止浆墙 , 但混凝土量大 , 挖除困难。为减少开挖爆破对加固结构的扰动 , 该隧道采用了低压固定孔口管注浆加固掌子面 , 再用小导管注浆补强 , 设置纵向和环向锚杆并挂网 , 喷射厚 10-12cm的C20混凝土 , 用袋装粘土和木板封堵掌子面 , 加钢管斜撑防止掌子面变形。 通过以上措施 , 使加固的岩体起到了止浆墙的作用。 压浆时掌子面变形不大 , 效果良好。开挖后揭示浆液分布理想 , 与岩体固结良好 , 劈裂、挤密岩体效果十分明显 , 达到预期加固、堵水目的 , 施工时没发生涌水。4.2 小管棚补强利用大管棚深

10、孔超前预注浆堵水加固岩体, 由于大管棚施工灵活性小 , 加固后存在很多薄弱环节。 如对这些环节不进行处理 , 一旦发生涌水、涌泥现象 , 仍会诱发大的塌方。另外 , 超前加固后的岩体仍为软弱岩体 , 达不到高强度和完整性的要求 , 且水玻璃耐久性差 , 衬砌仍要承受很大的压力 , 隧道塌方和衬砌开裂的可能性仍然存在。鉴于以上情况 , 采用超前小管棚全环格栅钢架加强支护 , 小导管注浆的目的是对开挖周边深孔注浆的死角进行补强 , 加强隧道周边围岩的强度。另外 , 对掌子面个别渗水的地方 , 及时采用小导管注浆封堵加固 , 消除隐患。小导管长 4m,分为两组 , 一组以 250外插角固结周边岩体 , 另一组以 50外插角形成小管棚。前者每1.5m设一环 , 后者每 3m设一环。环向间距视不同情况取 0.4-0.6m. 开挖时每前进 1m,应及时打设径向锚杆 , 并设立钢拱架 , 喷射混凝土。支护参数视情况灵活确定。5 结 语通过该隧道施工 , 我们认为对富水软弱围岩隧道施工应注意如下几点 : 一是不