隧道冒顶处理注浆方法应用发表北大核心期刊论文

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　　摘要：本文主要通过采用超前预注浆结合小导管施工技术对剑门关隧道冒顶治理的施工实践与探讨，为类似的病害工程施工提供参考。

　　关键词：预注浆；小导管；冒顶；处理

　　Abstract: This article mainly through the use of pre grouting and small pipe construction technology for Jianmen Pass tunnel roof management of construction practice and study, for a similar disease engineering construction provides the reference.

　　Key words: pre grouting; small catheter; roof fall; processing

　　中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

　　一、工程概况及地质情况

　　剑门关隧道位于18省道公路设计里程K12+170～K12+455，长285m，为山岭隧道。进洞口位于陶金坪村NE部山坡处，出洞口位于剑门关NE处。断面最大开挖跨度12.2m，最大开挖高度9.8m，开挖断面积97.55m2。剑门关隧道于2011年9月中旬初步贯通。

　　K12+239～271段岩体呈碎裂状结构，开挖后地下水出水状态局部呈淋雨状，有一条节理裂隙走向与洞轴线夹角小于30°，结构面倾角约35°，该段节理裂隙发育强烈，平均间距小于0.20m，为张性节理，且多为竖向节理，且节理裂隙面结合程度差，节理裂隙间的充填胶结物呈饱和状态，同时节理裂隙面组合不利于隧道的开挖。

　　此段隧道开挖后节理裂隙面暴露于空气中，加速了节理裂隙面的软化，节理裂隙面间结合力急剧降低。由于隧道开挖后形成的临空面，节理裂隙切割所形成的小块体在重力作用下，极易发生塌落，隧道围岩基本无自稳能力，从而导致2011年10月6日晚K12+239～271段发生坍塌冒顶。造成地表凹陷长度43m，宽度17m。对隧道内量测，隧道冒顶长度达32m。

　　三、坍方冒顶段开挖掘进方案

　　由于坍方体范围较大，围岩扰动强烈，地下水发育，坍方体岩质极不均匀且坍碴松散而无任何稳定能力，因此使坍方体具有一定的支承力和自稳能力是保证开挖安全的技术关键，故坍方体治理方案为：小导管结合超前预注浆技术分段固结松散围岩，使开挖轮廓线以外4m范围内形成造壳圈，以获得较大的整体负荷结构；然后采用上、下台阶法，预留核心土环形开挖，开挖后立即架设钢拱架，并尽快形成钢、锚网喷砼初期支护体系，使初期支护体系与注浆加固后的坍方体形成整体受力结构，建立科学的监测体系，保证施工安全。施工方案简单概括为“预注浆、多循环、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”。

　　工作面预注浆小导管施工上、下半断面开挖与支护

　　底板开挖与支护二次衬砌

　　坍方冒顶段施工流程图

　　四、坍方冒顶段施工工艺

　　（一）、施做止浆墙

　　止浆墙施工可选用现浇混凝土和喷射混凝土2种常用方法，本冒顶段采用了喷射混凝土的方式，此方法操作简便，易于实施，但止浆效果稍差。

　　在坍方段 K12+239～271两端分别喷射厚度为15cm的C20止浆墙。将塌方体严密覆盖，止浆墙与隧道开挖墙壁交界面应作为止浆重点，留有50cm过度带。止浆墙造设示意图4-1-1

　　（二）、工作面预注浆

　　工作面预注浆采用分段前进式注浆，每一段注浆长度为6m。浆液类型以水泥双液浆。

　　1、造孔：在隧道腰线以上180°范围，延设计开挖边界环向造孔，孔径42cm，孔深6m。环向间距2m。注浆孔布置如图4-2-1

　　2、注浆：

　　注浆参数为：水玻璃：水泥 =0.6:1~0.8:1，注浆速度为30~60L/min，速凝剂掺量为8~10%，凝固时间为2~3h，扩散半径为3m，注浆终压为2MPa。

　　注浆分序进行，1序孔完成后再进行2序孔注浆。注浆工序如图4-2-2

　　工作面预注浆的目的是对工作面和开挖轮廓线附近的松散体进行充填和固结，以稳固工作面，保证注浆固结后钻孔开挖的安全。由于开挖方式为台阶法预留核心土的方式，核心土及下台阶松散体的固结已经在上部土体注浆时，靠压力的作用完成，因此下台阶开挖时不需要重复注浆工序，可直接开挖。

　　（三）、施作超前小导管

　　注浆完成后，待凝2小时后即可按照要求，施工超前小导管，小导管采用Φ32焊缝钢管，每根长度为3.0m，间距40cm、排距0.5m、外插角18°；并且小导孔上的出浆孔采用梅花形布置，间距为20cm，孔径为5mm。施工方法与普通超前导管工艺相同，此不介绍。

　　（四）开挖爆破

　　受机械施工及场地狭小等因素限制，上台阶开挖不能全部以镐头机等普通机械完成，在实际实施过程中，采用了机械开挖为主，爆破施工为辅的开挖方法。开挖分上、下半断面短台阶分部施工，台阶长度5m，循环进尺0.5m。上半断面采用预留核心土环形开挖，以确保掌子面的稳定与安全；下半断面采用左右错开马口式开挖，马口错开的长度为3~5m。

　　如4-4-1所示，先以镐头机将1所示的下部固结体破碎，上部留有50cm左右深度50-60cm，此部为上部爆破提供自由面。

　　1部开挖完成后，延设计开挖轮廓线钻凿42mm，深0.5m间距40cm炮孔，填塞小药卷将图中2部爆破挖除。上台阶开挖完成并清除宕渣后，按要求施做初期支护体系，上台阶超前5m后，下台阶跟进。

　　隧道开挖与小导管注浆穿插进行，即每施工一排小导管，隧道开挖及初期支护施工1个循环。并且初期支护应紧跟隧道开挖，做到随挖随支。

　　初期支护采用钢、锚网喷砼的联合支护体系。钢拱架采用20#工字钢，间距50cm；锚杆采用Φ40无缝钢管，长为3.5m，间距为1m，排距为50mm，呈梅花状布置；钢筋网采用Φ8圆钢，网距为20cm；喷砼采用C20砼，厚度25cm。初期支护应在开挖完成后立即施工，以确保支护体系的及时封闭，尽早减少围岩的暴露时间，改善隧道结构的受力条件。

　　（七）、监控量测

　　采用监控量测技术，掌握洞室结构的动形变化，检验初期支护参数与施工方法的合理性，为修正支护参数和施工方法提供理论依据。

　　（八）、每开挖5m后，对工作面再次进行止浆墙施工和超前预注浆，如此确保施工的顺利进行

　　五、施工注意事项：

　　1、严格控制预注浆孔深和注浆压力，控制浆液配比。

　　2、预注浆开始孔的吸浆量极大，应做好充分准备，若止浆墙有渗漏，可采取堵塞的方法或者控制注浆速度。

　　3、加强开挖掘进段的量测工作，对围岩的收敛和位移等参数时刻明了。

　　4、尽量减少对围岩的扰动，以镐头机开挖时，注意不要碰触已经安装完毕的钢拱架，破碎头力求尖锐，减少震动。爆破时控制装药量。

　　5、在钻孔或开挖时应加强对注浆效果的检查，对注浆薄弱处应立即进行注浆补强处理。

　　六、处理效果分析

　　剑门关隧道于2011年11月2日按上述方法施工，2011年12月26日顺利贯通，历时54天，开挖支护32m（包含下台阶和仰拱部分），表明超前预注浆技术结合小导管应用于坍方冒顶段的开挖是非常成功的，达到了设计与施工的目的。

　　1、在小导管和爆破钻孔过程中，成孔情况都非常好，导管顶入很顺利，没有塌孔等情况出现，预注浆完成后，不需要等待很长时间即可进行下一道工序，说明工作面预注浆的饱满度和凝结时间都满足实际需要。