隧道施工超前支護(hù)和塌方防治

第第頁(yè)隧道施工超前支護(hù)和塌方防治摘要：隧道屬于典型的地下地質(zhì)工程，地質(zhì)條件存在不確定性。因此要采取合理有效的支護(hù)措施來保證隧道在開挖后的穩(wěn)定，這是預(yù)防隧道塌方的有效途徑。本文歸納了隧道塌方產(chǎn)生的原因，介紹了幾種常用的隧道超前支護(hù)方法，并重點(diǎn)對(duì)超前小導(dǎo)管的施工工藝進(jìn)行了說明。希望為隧道施工工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道；超前支護(hù)；塌方；管棚支護(hù)

Abstract:thetunnelbelongstothetypicalundergroundgeologicalengineering,geologicalconditionsexistuncertainty.Thereforetotakereasonableandeffectivesupportmeasurestoensurethestabilityoftunnelexcavationinafter,thisistheeffectivewayofpreventionoftunnelcollapse.Thispapersummarizesthecauseoftunnelcollapse,introducesseveralcommontunnelforepolemethod,andfocusonadvancedsmallductconstructionprocesswereexplained.Hopetoprovidereferencefortunnelconstructionworkers.

Keywords:tunnel;Forepole;Landslides,Pipeshedsupporting

中圖分類號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

一、隧道塌方產(chǎn)生的原因及其防治

（一）隧道塌方產(chǎn)生的原因

1、特殊地質(zhì)因素

由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多變，地下工程難免會(huì)通過褶皺構(gòu)造、斷層、節(jié)理裂隙發(fā)育地帶，或由于圍巖本身不穩(wěn)定和已切割成碎塊而強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理面有泥質(zhì)物及巖屑充填，并且支護(hù)的不及時(shí)而暴露時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，或因通過斷層，突然遇到較高水壓富水洞段，地下水向洞室內(nèi)漏出，淘空了斷層構(gòu)造帶中破碎巖體和充填物時(shí)，以及由于巖層產(chǎn)狀不利或因巖爆等諸多地質(zhì)原因而產(chǎn)生不同程度的塌方。

設(shè)計(jì)因素

隧道在設(shè)計(jì)時(shí)，由于業(yè)主擔(dān)心勘察費(fèi)用過高或勘察設(shè)備方法的簡(jiǎn)陋，對(duì)隧道所在區(qū)的地質(zhì)情況了解不清，地質(zhì)資料不詳細(xì)，對(duì)可能遭遇斷層、富水、巖爆、瓦斯情況估計(jì)不足，對(duì)可能遭遇塌方以及產(chǎn)生塌方后的處理缺乏思想準(zhǔn)備和相應(yīng)的技術(shù)措施，以及工期安排不合理，盲目追求進(jìn)度，對(duì)不穩(wěn)定圍巖沒有進(jìn)行有效合理的支護(hù)；另可能為減少工程投入，安全支護(hù)參數(shù)過小，未能取到支護(hù)穩(wěn)定圍巖的作用，而最終導(dǎo)致較大塌方的發(fā)生。

施工因素

在施工過程中由于施工人員對(duì)地下工程所通過的地質(zhì)情況不了解，忽視圍巖細(xì)微變形，對(duì)圍巖自穩(wěn)能力作過高的估計(jì)，造成思想上的麻痹大意。抱著盲目樂觀和僥幸心理，對(duì)不良地質(zhì)洞段沒有采取合理的開挖方法。支護(hù)不及時(shí)，在開挖時(shí)，爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)過大，開挖后圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)，風(fēng)化程度加劇，或由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，中途進(jìn)行二次擴(kuò)挖和更換支撐，造成應(yīng)力再次重分布，使得原來不應(yīng)塌方洞段，因巖體的失穩(wěn)而產(chǎn)生較大塌方。

（二）隧道塌方的防治措施

1、進(jìn)行精準(zhǔn)的地質(zhì)勘查是前提

隧道是典型的地質(zhì)工程，大量的理論研究和實(shí)踐表明，地質(zhì)條件是制約地下工程安全、質(zhì)量、工程投資的關(guān)鍵因素，塌方的產(chǎn)生與地質(zhì)條件的好壞有著密不可分的關(guān)系，不良的地質(zhì)條件，如斷層、涌水、巖爆等都會(huì)直接導(dǎo)致塌方，地質(zhì)勘察的科學(xué)性、準(zhǔn)確性對(duì)預(yù)防隧道的塌方起著至關(guān)重要的作用。在國(guó)內(nèi)許多工程中，特別是埋深大的特大隧道，由于業(yè)主擔(dān)心勘察費(fèi)用過高，或因勘察設(shè)備、方法簡(jiǎn)陋，地質(zhì)勘察都相當(dāng)粗糙，不能提供較為詳盡的地質(zhì)資料，給隧道施工帶來很大的盲目性，造成不同程度的塌方。因此在施工前，進(jìn)行詳盡合理的地質(zhì)勘察是非常有必要的，首先使設(shè)計(jì)時(shí)能夠采取最優(yōu)的選線，在施工時(shí)能引起施工單位的重視，對(duì)通過不良地質(zhì)洞段，有很好的思想、技術(shù)方案和物資準(zhǔn)備，從而選擇合理開挖方法，及時(shí)采取有效的支護(hù)，預(yù)防塌方的產(chǎn)生。

合理的設(shè)計(jì)是保證

（1）合理進(jìn)行隧道線型選擇

在掌握隧洞區(qū)的宏觀地質(zhì)背景、構(gòu)造特征、地質(zhì)地貌特點(diǎn)和較為詳細(xì)的其它地質(zhì)資料花圃，分析隧道區(qū)的斷層、富水帶、高應(yīng)力分布情況，合理進(jìn)行隧道的線型設(shè)計(jì)，盡量避免通過大斷層、富水和高應(yīng)力集中地段，既為保證了施工時(shí)的安全，又能避免因地質(zhì)條件不好，過多的支護(hù)造成工程投入的增加，能很好預(yù)防塌方的發(fā)生。

（2）準(zhǔn)確設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

巖石在開挖成洞后，由于受力結(jié)構(gòu)平衡體系的破壞和應(yīng)力的重分布，應(yīng)及時(shí)采取支護(hù)，在隧道的設(shè)計(jì)過程中都要進(jìn)行支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，如何選定既安全有效又節(jié)省的支護(hù)參數(shù)，對(duì)隧道塌方的預(yù)防起著不可忽視的作用。由于地質(zhì)圍巖的分類只是一個(gè)定性的概念，不是定量的，同一類圍巖，其結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀不盡相同，其自穩(wěn)能力就不一致，此時(shí)支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)尤為重要，支護(hù)參數(shù)過大，增加工程的投入，支護(hù)參數(shù)過小，相同類別圍巖自穩(wěn)能力較差可能因支護(hù)強(qiáng)度不夠，或要求更換支撐造成地應(yīng)力再一次重分布，而引起塌方。特別是在臨時(shí)支護(hù)方面，為減少工程投入，支護(hù)參數(shù)一般都較小，達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（三）選擇有效的支護(hù)方法是關(guān)鍵

隨著隧道施工技術(shù)的全面發(fā)展，大斷面隧道開挖已成為目前隧道開挖的主要方式，但隧道水文、地質(zhì)特征千變?nèi)f化，很大程度上決定著對(duì)到開挖方式和支護(hù)方式。因此，針對(duì)不同的地質(zhì)條件，結(jié)合造價(jià)、工期、施工水平、設(shè)備情況，選擇合理的施工方法，這是預(yù)防隧道塌方的關(guān)鍵。常用的隧道超前支護(hù)方法有：超前小導(dǎo)管注漿法、超前錨桿和超前管棚支護(hù)法。

其中超前小導(dǎo)管注漿法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的隧道超前支護(hù)方法，下文將詳細(xì)介紹，此處不再贅述。

二、隧道施工超前小導(dǎo)管注漿工法介紹

（一）幾種支護(hù)方法的比較

超前支護(hù)一般有以下幾種形式：超前大管棚、超前預(yù)注漿、超前錨桿和超前小導(dǎo)管。超前大管棚適用于巖體很破碎，開挖尺寸較大的洞室以及對(duì)沉降控制要求較高的地下工程及隧道施工；超前預(yù)注漿主要主要用于大面積特別松散巖體及地下水豐富的巖體；超前錨桿適用于巖體破碎程度較小，不需要采用注漿就可以進(jìn)行施工的圍巖；超前小導(dǎo)管特別適用于巖體較破碎的超前支護(hù)和處理塌方施工中的應(yīng)用。

采用大管棚支護(hù)技術(shù)必須有專用鉆機(jī)，施工空間要求高，一次花費(fèi)較大；采用預(yù)注漿方法，涉及的施工范圍大，施工程序繁雜，并且可靠性難以確定；而采用小導(dǎo)管比采用超前大管棚和注漿施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單地多，支護(hù)技術(shù)在很小的空間內(nèi)利用簡(jiǎn)單的手持風(fēng)鉆即可進(jìn)行鉆眼和布管工作，遇到地層變化時(shí)可隨時(shí)調(diào)整施工方案，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（二）小導(dǎo)管注漿法施工流程

小導(dǎo)管注漿法施工流程如圖所示。

1、測(cè)量放樣

準(zhǔn)確的將設(shè)計(jì)的小導(dǎo)管位置布置在施工斷面上，作好標(biāo)記。并設(shè)置必要的控制點(diǎn)，以便在鉆孔時(shí)用來控制小導(dǎo)管的外插角度和方向。

2、漿液制作

（1）漿液配比

配置水泥漿液就是選擇合適的水灰比。注入水泥漿時(shí)，水灰比不能太大，否則，對(duì)保證加固強(qiáng)度、抗?jié)B系數(shù)和耐久性不利。但也不能大小，只要能夠滿足漿液達(dá)到注入范圍即可。通常水灰比可選擇在1－2.5的范圍內(nèi)，當(dāng)基巖裂縫較小(小于0.76mm)時(shí)，可使水灰比增大到3；當(dāng)裂縫在1.25－2.5mm時(shí)，可把水灰比選擇為1，甚至更小。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，根據(jù)圍巖的實(shí)際情況，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)把水灰比選擇在1-3的范圍內(nèi)，可以分成2－3個(gè)等級(jí)，漿液由稀到濃逐級(jí)變換。為了減小凝固時(shí)間，可以摻入早強(qiáng)劑或采用早強(qiáng)水泥。

（2）漿液攪拌

漿液采用砂漿拌合機(jī)拌合。拌合漿液時(shí)，漿液的攪拌時(shí)間與漿液粘度，結(jié)石強(qiáng)度有較大關(guān)系。攪拌時(shí)間增長(zhǎng)，粘度略有增加；而結(jié)石強(qiáng)度卻因攪拌時(shí)間的增長(zhǎng)而迅速下降。攪拌3h比攪拌1h的漿體結(jié)石強(qiáng)度下降30%，攪拌4h比攪拌1h的漿體結(jié)石強(qiáng)度下降50%。這是攪拌時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)水泥水化形成的凝膠結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的原因，所以注漿過程中必須嚴(yán)格控制水泥漿液的攪拌時(shí)間。通常在60min左右。

注漿

注漿前，先噴射混凝土封閉掌子面，如果止?jié){墻厚度較大時(shí)，采用模筑混凝土。一般情況下，導(dǎo)管打設(shè)完畢后進(jìn)行注漿施工，注漿順序由下到上，漿液用拌合機(jī)拌合，專用儲(chǔ)漿桶儲(chǔ)存漿液。

（1）小導(dǎo)管注漿采用注漿泵提供壓力，漿液在注漿泵壓力作用下以小導(dǎo)管上的小孔為通道直接將漿液壓入巖體中，所以在注漿施工中起決定性的因素有注漿壓力、注入速度、注漿量、巖體的性質(zhì)。除巖體性質(zhì)不能改變外，其它因素是可控因素。在注漿過程中，一定要把握注漿過程中的注入壓力和注入速度，保證注入量。

（2）在注漿過程中，經(jīng)常發(fā)生漿液從其它孔流出的現(xiàn)象，即串漿。發(fā)生串漿時(shí)，在有多臺(tái)注漿機(jī)的條件下，應(yīng)同時(shí)注漿，在單泵條件下應(yīng)將注漿孔及時(shí)堵塞，輪到該管注漿時(shí)，再拔下堵塞物，用鐵絲或細(xì)鋼筋將管內(nèi)雜物清除并用高壓風(fēng)或高壓水沖洗(拔塞后外流漿的注漿管不必進(jìn)行此工序)，然后再注漿。

（3）水泥漿單液或水泥水玻璃雙液注漿進(jìn)漿量很大，壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度和配比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間，以便凝膠，但停留時(shí)間不能超過混合漿的凝膠時(shí)間。

（4）注漿效果檢查在小導(dǎo)管搭接范圍內(nèi)進(jìn)行，主要檢查注漿量偏少或有懷疑的注漿孔，認(rèn)真填寫檢查一記錄。滲入性注漿通過鉆孔檢查注漿厚度，小于30cm時(shí)，應(yīng)補(bǔ)管注漿：劈裂、壓密注漿，采用小撬棍或小錘輕輕敲打鋼管附近，判斷固結(jié)情況，并配合風(fēng)鉆鉆速測(cè)試，固結(jié)不良或厚度不夠時(shí)補(bǔ)管注漿。

（三）質(zhì)量控制要點(diǎn)

1、小導(dǎo)管在開挖輪廓線上按照設(shè)計(jì)位置及角度打入。滲入性注漿施工時(shí)，孔位誤差不得大于5cm，角度誤差不得大于20：劈裂壓密注漿施工時(shí)，孔位誤差不得大于lOcm，角度誤差不得大于30。超過誤差時(shí)，在偏大的空間補(bǔ)管、注漿。鋼管實(shí)際打入長(zhǎng)度不得短于平均實(shí)際打入長(zhǎng)度30cm，否則，進(jìn)行補(bǔ)打或開挖后補(bǔ)管注漿。

2、、一般結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)是：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值(一般單液注漿量為20-60L/min，雙液為50-100L/min)。穩(wěn)定20分鐘即可結(jié)束。

結(jié)語(yǔ)

綜上，隧道塌方不是不可避免的，預(yù)防塌方的方法也有很多。要全面詳盡了解隧道區(qū)的基本地質(zhì)情況，對(duì)可能出現(xiàn)的塌方有充分的思想和相應(yīng)的技術(shù)措施，在隧道開