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摘要：通过注浆加固隧道塌方周边围岩及塌方体，然后采用管棚结合小导管进行超前支护，分部小进尺开挖掘进，衬砌紧跟等处理措施，顺利完成了牛王洞隧道塌方段处理。
关键词：隧道塌方管棚小导管注浆三台阶预留核心土开挖
中图分类号：U45文献标识码： A
1、工程概况
黄织铁路牛王洞隧道位于贵州织金地区，起讫里程为DK60+550～DK61+599，隧道所经处属于喀斯特地貌，岩溶较多，多突水突泥。节理及裂缝发育，围岩破碎，给施工带来诸多不便。
2011年11月，牛王洞隧道进口工区施工至DK60+932时，掌子面处突然塌方，距离掌子面前方约9m长的隧道洞身被涌出的大量泥土填堵，塌方体为泥夹石饱水状态。塌方处隧道埋深28m，经调查，地表未出现沉陷及开裂现象。
2塌方处理措施
发生塌方事故后项目部启动应急预案，将隧道内施工人员及机械设备及时转移到洞外安全地带，塌方趋于稳定后项目部组织相关专家对塌方地段进行现场勘察。认为引起隧道塌方原因为：塌方处为围岩破碎带，围岩级别差，但施工时未能按围岩情况及时调整施工工艺及支护参数。且施工时为雨季，连续几天大雨导致地表水大量渗入，使得围岩迅速软化，岩体之粘结力降低，不能形成平衡拱，土体压力引起支护变形直至塌方。根据现场情况制定如下隧道塌方紧急处理措施。
1）对塌方体上方地表水采取排、截、堵等措施，阻止地表水流入塌方体，避免进一步引起地质恶化，加大塌方范围，增加处理难度。
2）认真清除塌方处的个别危石，避免对施工处理造成安全隐患。
3）清除危石后喷射10cm的C25砼全面封闭塌方体，以隔离空气对围岩进一步氧化，喷射的砼达到设计强度后，采用Φ42小导管对塌方体进行注浆加固，小导管间距1.5m×1.5m，长6m。浆液为水泥浆，配合比1：1，压浆压力控制在0.4～0.6MPa。
4）经检查，除塌方体范围内有7榀钢拱架破坏严重不能使用外，相邻的其它型钢拱架没有出现变形侵限及初支产生裂缝等破坏，不需要换拱。因此采取如下加固措施：①首先对临近塌方体10m长度的初支采用型钢临时支撑进行加固（如图1所示），20a工字钢作横撑及竖撑，16工字钢作斜撑，型钢焊接连接，支撑架支顶在钢拱架处，每隔1个钢拱架设1个支撑架，共计7个；②在临近塌方体20m内的型钢拱架拱脚处设置长3.5m的Φ22mm锁脚锚杆，每个拱脚两侧各设一根，用双液浆进行注浆加固，锁脚锚杆与拱架焊接成整体；③然后对以上20m段全环进行小导管径向注浆加固，采用Φ42小导管注浆，长度为6m，按间距为1.5m×1.5m梅花型布置，浆液为水泥浆，防止坍塌进一步蔓延。
图1临时支撑结构图
5）布设足够的监控量测点，加强该段监控量测的频率，对量测的数据进行及时分析处理，采用回归分析预测沉降变形值以指导现场施工，确保施工安全。
3塌方体掘进及支护方案
根据塌方段地质情况分析，对塌方地段设置长30m的φ108管棚架注浆进行防护，管棚环向间距40cm，为一步加强管棚的承受围岩压力，管棚钢管内插入钢筋笼，钢筋笼由4根Φ18为主筋，φ50钢环作固定环。
钢拱架间距由原来80cm调整为50cm，拱脚设置锁脚锚杆，全环设置两层φ8钢筋网片，网片间距20×20cm。钢拱架间设置Φ22连接筋，环向间距1m，与钢拱架焊接。
对前方围岩采用Ф42超前小导管注浆，长度4.5m，间距4榀钢架一环（2.0m），纵向搭接长度2.5m,外插角15～35°。注1:1水泥浆（加速凝剂）加固扰动围岩，注浆压力0.2MPa，稳压10min。掘进采取三台阶预留核心土的方法，开挖坚持“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。
图2塌方体开挖支护方案图
4处理施工的关键技术及措施
4.1大管棚施工
因管棚长度达30m，需选用具备钻深孔的大扭矩，又有能破碎地层中坚硬孤石的高冲击力，经对多种管棚钻机进行综合能力评估，确定采用YGL-100A钻机，其为全液压驱动动力头式钻机，能准确定位，可多方位钻孔，深孔钻精度高。
钻孔前施做好工作平台并准确定位钻眼位置，钻进中经常用测斜仪量测钻杆倾斜度，发现偏斜立即纠正，确保孔位正确。
管棚采用壁厚6mm，外径φ108无缝热轧钢管，选用钻头直径为φ127。在钢管上布设孔径为10～16mm注浆孔，梅花型布置，纵向间距20cm，环向间距10cm，钢管前部分20cm制成锥形以便送管。管棚按长度为4～6m分段安装，节段采用焊接连接，焊接必须牢固、顺直，防止送管困难。为一步加强管棚承受围岩压力的能力，钢管内插入钢筋笼，钢筋笼由4根Φ18为主筋，每隔1m采用长4cm的φ50钢环作固定环，环与主筋焊接。钢筋笼也分节段安装，焊接接长，分段长度依钢管长度而定。
管棚安装后用锚固剂封堵钢管与孔眼间缝隙，为防止管棚注浆时岩面跑浆。在作业面、拱圈及孔眼表面喷射10cm C25砼进行封闭。注浆前进行压水试验，以检查设备运行情况及管路连接是否良好，作业面有无渗漏现象。从下至上依次进行注浆，浆液采用等级不小于M10水泥浆。注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值的80%以上时完成单孔注浆，然后利用止浆阀堵塞孔口堵塞，以保持孔内压力，直至浆液完全凝固。
4.2三台阶预留核心土开挖
塌方体及前方围岩破碎段开挖采用三台阶预留核心土法，其施工顺序见图3所示。
图3三台阶预留核心土开挖图
该方法具有如下特点：施工空间大，便于组织机械施工，可安排多作業面同时进行；能够灵活、及时地转换施工工序以适应地质条件的改变；在台阶法开挖的基础上预留核心土，左右边墙错开掘进，利于保持掌子面的围岩稳定；当围岩出现较大变形或突变时, 能够在确保施工安全和净空要求的情况下尽快调整闭合时间。
开挖过程要按“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。开挖后及时施做仰拱初期支护，拱脚要落在坚硬基础上，及时安设牢固钢架间纵向连接筋，并在钢架连接处设锁脚锚管确保钢架基础稳定，及下台阶安全。
4.3φ42超前小导管注浆
小导管采用热轧无缝钢管制作，长度为6m，前端制成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲筋，管壁上梅花型钻间距为15cm的注浆眼，孔径为8cm。
凿岩机进行围岩钻孔，外插角10～15°，孔深控制在5.7m，外露30cm。钻孔后用高压风清孔。注浆前喷射10cm厚砼封闭掌子面。然后按规范及设计要求进注浆。
4.4安装钢拱架
开挖净空符合设计要求后进行初喷砼4cm后架设钢拱架，塌方体处钢拱架采用20a工字钢，间距加密至0.5m，钢架间设φ22纵向连接筋，环向每1m一根与钢架焊接牢固，在每个拱脚增设2根长4.5m的φ42锁脚锚管，锚管与水平分别呈45°、65°角，锚管紧贴钢拱架并用L形φ22钢筋焊接牢固。
4.5仰拱及衬砌
1）及时浇筑仰拱砼，巩固钢拱架的稳定
仰拱基底要平顺、平整，避免欠挖，超挖则用同等级砼回填；浇筑前将基底虚渣、杂物、积水等清理干净；浇筑时加强振捣，确保密实，及时修整、抹平砼面，待定浆后再抹第二遍；仰拱砼强度达到5MPa后行人方可通行，达到设计强度100%后，车辆方可直接通行。
2）尽早施做二次衬砌，并加强衬砌结构
加强砼试验，确保质量，砼浇注落差不能超过2m，衬砌两侧砼面高差控制不得超过0.5m，采用插入式振动器按规定加强振捣。要一次浇筑成型，间歇时间超过规范规定时按施工缝进行处理。
5监控量测
采用接触式量测方法。量测断面间隔5m布设，拱顶沉降测点和净空变化测点布置在相同断面上，拱顶下沉降测点设置在隧道轴线处，每一台阶布设2个水平收敛点，布置位置要处于同断面、同高度，测点挂钩做成闭合三角形，以保证牢固不变形。
详细记录量测数据并及时整理，并绘制位移—时间曲线、位移速度—时间曲线、位移—距开挖面距离曲线，然后进行回归分析求出最终位移量。
施工过程中根据现场情况及监控量测分析，及时调整进行支护参数及施工方法，确保施工安全。
6结束语
塌方体通过注浆，浆液将破碎围岩凝结成稳固的整体，并在管棚、超前小导管的共同作用下，对后期安全顺利掘进起到了关键作用；及时的量测及分析，精准把握围岩及支护的工作状况，对施工起到指导及预见的作用；衬砌紧跟对开挖后已稳定围岩起到更进一步的巩固作用，符合隧道施工中 “短进尺、强支护、快封闭、衬砌紧跟、勤量测”的原则。最终按时安全、顺利地完成塌方处理。
参考文献
[1]TB 10204—2002铁路隧道施工规范 [ S ]
[2]赵志江，超浅埋暗挖隧道施工技术 [ S ].广东:<铁道建筑技术>杂志社，2011
关键词：隧道塌方管棚小导管注浆三台阶预留核心土开挖
中图分类号：U45文献标识码： A
1、工程概况
黄织铁路牛王洞隧道位于贵州织金地区，起讫里程为DK60+550～DK61+599，隧道所经处属于喀斯特地貌，岩溶较多，多突水突泥。节理及裂缝发育，围岩破碎，给施工带来诸多不便。
2011年11月，牛王洞隧道进口工区施工至DK60+932时，掌子面处突然塌方，距离掌子面前方约9m长的隧道洞身被涌出的大量泥土填堵，塌方体为泥夹石饱水状态。塌方处隧道埋深28m，经调查，地表未出现沉陷及开裂现象。
2塌方处理措施
发生塌方事故后项目部启动应急预案，将隧道内施工人员及机械设备及时转移到洞外安全地带，塌方趋于稳定后项目部组织相关专家对塌方地段进行现场勘察。认为引起隧道塌方原因为：塌方处为围岩破碎带，围岩级别差，但施工时未能按围岩情况及时调整施工工艺及支护参数。且施工时为雨季，连续几天大雨导致地表水大量渗入，使得围岩迅速软化，岩体之粘结力降低，不能形成平衡拱，土体压力引起支护变形直至塌方。根据现场情况制定如下隧道塌方紧急处理措施。
1）对塌方体上方地表水采取排、截、堵等措施，阻止地表水流入塌方体，避免进一步引起地质恶化，加大塌方范围，增加处理难度。
2）认真清除塌方处的个别危石，避免对施工处理造成安全隐患。
3）清除危石后喷射10cm的C25砼全面封闭塌方体，以隔离空气对围岩进一步氧化，喷射的砼达到设计强度后，采用Φ42小导管对塌方体进行注浆加固，小导管间距1.5m×1.5m，长6m。浆液为水泥浆，配合比1：1，压浆压力控制在0.4～0.6MPa。
4）经检查，除塌方体范围内有7榀钢拱架破坏严重不能使用外，相邻的其它型钢拱架没有出现变形侵限及初支产生裂缝等破坏，不需要换拱。因此采取如下加固措施：①首先对临近塌方体10m长度的初支采用型钢临时支撑进行加固（如图1所示），20a工字钢作横撑及竖撑，16工字钢作斜撑，型钢焊接连接，支撑架支顶在钢拱架处，每隔1个钢拱架设1个支撑架，共计7个；②在临近塌方体20m内的型钢拱架拱脚处设置长3.5m的Φ22mm锁脚锚杆，每个拱脚两侧各设一根，用双液浆进行注浆加固，锁脚锚杆与拱架焊接成整体；③然后对以上20m段全环进行小导管径向注浆加固，采用Φ42小导管注浆，长度为6m，按间距为1.5m×1.5m梅花型布置，浆液为水泥浆，防止坍塌进一步蔓延。
图1临时支撑结构图
5）布设足够的监控量测点，加强该段监控量测的频率，对量测的数据进行及时分析处理，采用回归分析预测沉降变形值以指导现场施工，确保施工安全。
3塌方体掘进及支护方案
根据塌方段地质情况分析，对塌方地段设置长30m的φ108管棚架注浆进行防护，管棚环向间距40cm，为一步加强管棚的承受围岩压力，管棚钢管内插入钢筋笼，钢筋笼由4根Φ18为主筋，φ50钢环作固定环。
钢拱架间距由原来80cm调整为50cm，拱脚设置锁脚锚杆，全环设置两层φ8钢筋网片，网片间距20×20cm。钢拱架间设置Φ22连接筋，环向间距1m，与钢拱架焊接。
对前方围岩采用Ф42超前小导管注浆，长度4.5m，间距4榀钢架一环（2.0m），纵向搭接长度2.5m,外插角15～35°。注1:1水泥浆（加速凝剂）加固扰动围岩，注浆压力0.2MPa，稳压10min。掘进采取三台阶预留核心土的方法，开挖坚持“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。
图2塌方体开挖支护方案图
4处理施工的关键技术及措施
4.1大管棚施工
因管棚长度达30m，需选用具备钻深孔的大扭矩，又有能破碎地层中坚硬孤石的高冲击力，经对多种管棚钻机进行综合能力评估，确定采用YGL-100A钻机，其为全液压驱动动力头式钻机，能准确定位，可多方位钻孔，深孔钻精度高。
钻孔前施做好工作平台并准确定位钻眼位置，钻进中经常用测斜仪量测钻杆倾斜度，发现偏斜立即纠正，确保孔位正确。
管棚采用壁厚6mm，外径φ108无缝热轧钢管，选用钻头直径为φ127。在钢管上布设孔径为10～16mm注浆孔，梅花型布置，纵向间距20cm，环向间距10cm，钢管前部分20cm制成锥形以便送管。管棚按长度为4～6m分段安装，节段采用焊接连接，焊接必须牢固、顺直，防止送管困难。为一步加强管棚承受围岩压力的能力，钢管内插入钢筋笼，钢筋笼由4根Φ18为主筋，每隔1m采用长4cm的φ50钢环作固定环，环与主筋焊接。钢筋笼也分节段安装，焊接接长，分段长度依钢管长度而定。
管棚安装后用锚固剂封堵钢管与孔眼间缝隙，为防止管棚注浆时岩面跑浆。在作业面、拱圈及孔眼表面喷射10cm C25砼进行封闭。注浆前进行压水试验，以检查设备运行情况及管路连接是否良好，作业面有无渗漏现象。从下至上依次进行注浆，浆液采用等级不小于M10水泥浆。注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值的80%以上时完成单孔注浆，然后利用止浆阀堵塞孔口堵塞，以保持孔内压力，直至浆液完全凝固。
4.2三台阶预留核心土开挖
塌方体及前方围岩破碎段开挖采用三台阶预留核心土法，其施工顺序见图3所示。
图3三台阶预留核心土开挖图
该方法具有如下特点：施工空间大，便于组织机械施工，可安排多作業面同时进行；能够灵活、及时地转换施工工序以适应地质条件的改变；在台阶法开挖的基础上预留核心土，左右边墙错开掘进，利于保持掌子面的围岩稳定；当围岩出现较大变形或突变时, 能够在确保施工安全和净空要求的情况下尽快调整闭合时间。
开挖过程要按“弱爆破、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则。开挖后及时施做仰拱初期支护，拱脚要落在坚硬基础上，及时安设牢固钢架间纵向连接筋，并在钢架连接处设锁脚锚管确保钢架基础稳定，及下台阶安全。
4.3φ42超前小导管注浆
小导管采用热轧无缝钢管制作，长度为6m，前端制成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲筋，管壁上梅花型钻间距为15cm的注浆眼，孔径为8cm。
凿岩机进行围岩钻孔，外插角10～15°，孔深控制在5.7m，外露30cm。钻孔后用高压风清孔。注浆前喷射10cm厚砼封闭掌子面。然后按规范及设计要求进注浆。
4.4安装钢拱架
开挖净空符合设计要求后进行初喷砼4cm后架设钢拱架，塌方体处钢拱架采用20a工字钢，间距加密至0.5m，钢架间设φ22纵向连接筋，环向每1m一根与钢架焊接牢固，在每个拱脚增设2根长4.5m的φ42锁脚锚管，锚管与水平分别呈45°、65°角，锚管紧贴钢拱架并用L形φ22钢筋焊接牢固。
4.5仰拱及衬砌
1）及时浇筑仰拱砼，巩固钢拱架的稳定
仰拱基底要平顺、平整，避免欠挖，超挖则用同等级砼回填；浇筑前将基底虚渣、杂物、积水等清理干净；浇筑时加强振捣，确保密实，及时修整、抹平砼面，待定浆后再抹第二遍；仰拱砼强度达到5MPa后行人方可通行，达到设计强度100%后，车辆方可直接通行。
2）尽早施做二次衬砌，并加强衬砌结构
加强砼试验，确保质量，砼浇注落差不能超过2m，衬砌两侧砼面高差控制不得超过0.5m，采用插入式振动器按规定加强振捣。要一次浇筑成型，间歇时间超过规范规定时按施工缝进行处理。
5监控量测
采用接触式量测方法。量测断面间隔5m布设，拱顶沉降测点和净空变化测点布置在相同断面上，拱顶下沉降测点设置在隧道轴线处，每一台阶布设2个水平收敛点，布置位置要处于同断面、同高度，测点挂钩做成闭合三角形，以保证牢固不变形。
详细记录量测数据并及时整理，并绘制位移—时间曲线、位移速度—时间曲线、位移—距开挖面距离曲线，然后进行回归分析求出最终位移量。
施工过程中根据现场情况及监控量测分析，及时调整进行支护参数及施工方法，确保施工安全。
6结束语
塌方体通过注浆，浆液将破碎围岩凝结成稳固的整体，并在管棚、超前小导管的共同作用下，对后期安全顺利掘进起到了关键作用；及时的量测及分析，精准把握围岩及支护的工作状况，对施工起到指导及预见的作用；衬砌紧跟对开挖后已稳定围岩起到更进一步的巩固作用，符合隧道施工中 “短进尺、强支护、快封闭、衬砌紧跟、勤量测”的原则。最终按时安全、顺利地完成塌方处理。
参考文献
[1]TB 10204—2002铁路隧道施工规范 [ S ]
[2]赵志江，超浅埋暗挖隧道施工技术 [ S ].广东:<铁道建筑技术>杂志社，2011