地质论文松散地质环境下隧道管棚与注浆施工技术

分类：建筑工程论文发表 时间：2016-07-12 12:01 关注：(1)

　　在松散的地质环境下，工程施工是一项非常复杂的工程。本篇地质论文认为要想将该项工程做好，就要重点做好这样几项工作：首先，要对工程施工塌方的成因有一个清晰的认识;其次，要对塌方处理的施工技术有一个准确的分析;第三，要采取各项切实有效的措施，加大隧道管棚与注浆施工技术的应用广度与深度。只有这样，才能有效地防止塌方事故的发生，才能真正地实现工程施工事业又好又快的发展。

　　贵州地质为贵州省唯一的地学综合专业期刊，荟萃了贵州地学进展和最新科研成果，涉及基础地质、矿床地质、环境地质、水文工程地质、地质灾害与防治、国地规划与整治、农业地质、旅游地质、遥感地质、地质矿产资源开发利用、地球化学、地球物理、勘查技术等地学多领域。

　　摘 要：映汶高速公路工程第08合同段桃关2号隧道出口段受“5.12”特大地震影响地质围岩极其松散，均为古滑坡体，易垮塌，地表植被稀少，植被层薄，绝大部分为裸露块石和松软土体，开挖过程中拱顶和拱墙部位极易出现坍塌。通过对隧道管棚与注浆施工技术的介绍，说明采用地表深孔预注浆、超前管棚注浆加固在松散软弱地层中的应用。

　　关键词：工程隧道;塌方;管棚与注浆;施工技术

　　近些年，伴随着社会形势的不断变化发展，工程施工问题引起了人们越来越广泛地关注。在松散的地质环境下，工程施工经常会遇到严重塌方的危险，无形中增加了施工的难度。但是在有些地区，出于各种因素的考虑，不得不在松散的地质环境下施工。因此，当务之急就是要想尽各种办法，采取各项切实有效的技术手段，将塌方的风险降低甚至消除。长期的实践发现，隧道管棚与注浆施工技术是解决工程施工塌方问题的一项非常有效的手段。由此可见，如何加强两项技术在工程施工中的应用，是不得不面对的一项重点课题与难点课题。基于以上的论述，笔者以映汶高速公路工程第08合同段桃关2号隧道出口段为研究对象，从工程概况、塌方原因、塌方处理施工技术三个角度，对该问题进行了深入地分析与研究，希望以此能为该项工程的发展作出贡献。

　　1 工程的基本概况

　　四川省映汶高速工程第08合同段桃关2号隧道出口段位于汶川县银杏乡桃关村桃关街组，出口位于草坡乡境内。隧道进出口均邻近国道213线，交通较为方便。场区位于构造侵蚀高山地貌区，隧道附近的高点海拔大于2 500m，最低谷底约1 110m，高差大于1 000m，属于深切峡谷地貌。崖悬壁陡，沟谷多呈Ⅴ型。河流侵蚀堆积地貌仅在岷江发育，地形较平坦。场地地形受河流、沟谷切割的影响，地形起伏较大，横坡较陡。隧道出口位于斜坡南侧，洞口以上地段地形较陡，斜坡下部有少量松散堆积层，斜坡中上部基岩大面积出露，坡表植被不发育;隧道出口位于斜坡北侧，植被不甚发育，少量灌木，斜坡中下部有范围较大的松散堆积体，中上部则基岩裸露。受“5.12”特大地震影响地质围岩极其松散，均为古滑坡体，易垮塌，地表植被稀少，植被层薄，绝大部分为裸露块石和松软土体，开挖过程中拱顶和拱墙部位极易出现坍塌。

　　在现实中，不同部位的支护方式是不同的。其中，隧道洞口采用了大管棚超前与套拱的支护方式，而隧道洞身的初期采用了钢支撑与锚喷的支护方式，后期采用了素混凝土衬砌与钢筋混凝土衬砌的支护方式。对于支护参数而言，它主要以工程类比为主，然后根据实际的变化而变化。具体而言，它既要依据计算分析结果进行校对，还要依据现场测量数据分析并调整设计参数，从而实现施工的动态化与信息化。

　　2 工程施工塌方的成因分析

　　对于映汶高速公路第08合同段桃关2号隧道出口段而言，其施工塌方是一个不断变化发展的过程。在隧道开挖以前，它的土体结构还处于一种平衡稳定的状态。但是，在隧道开挖以后，受地层坡积土体的松散破碎的影响，这种平衡稳定的状态被逐渐打破，再加上自重作用的影响，隧道周围土体不断向洞内的变形。与此同时，在掌子面爆破施工的作用下，其变形的速度与强大在不断加大，使地表坡积层不断开裂，并最终引发了塌方事故，给工程施工带来了难以挽回的损失。由此可见，地层坡积土体的松散破碎是造成土体塌方的第一项重要原因。

　　一般情况下，本段隧道的地层是否稳固，关键是看注浆施工技术的应用状况。然而，总体而言，这项技术的应用状况不够理想。在施工过程中，施工方通常采用单液水泥浆的地表注浆技术。这种注浆的压力还不足0.4MPa，使得浆液扩散的半径不能满足稳固地层的需要，达不到预期的防止塌方的目标。由此可见，单液水泥浆的地表注浆技术应用状况不佳是造成土体塌方的另外一项重要原因。

　　除了上述两项原因之外，自然因素也是必不可少的。在塌方以前，这里的降雨持续了将近1月，囤积了大量的地表水。如果这些地表水渗透到围岩中，就会导致严重的后果。它不仅会导致围岩因内压力增大而失稳，而且会极大地破坏围岩的自承结构，并最终导致了塌方事故的发生。

　　3 塌方处理的施工技术分析

　　3.1 地质勘察

　　在实施具体的塌方处理技术以前，有必要进行实际的地质勘察，并在勘察的基础上做出科学合理的塌方处理方案。具体而言，有必要对该路段的地质、地形、地貌进行现场勘验，实际探测出掌子面前方的围岩地质状况，根据勘验或探测的结果做出详细的勘察报告，进而制定出具体的塌方处理措施。

　　本次探测采用拉托维亚产的地质雷达法进行测试，地质雷达在隧道左、右线现场布置2条测线，沿隧道左、右线边墙分别向右、左洞布置两条测线。测试时隧道左、右线掌子面里程分别为ZK27+508、K27+560。本次预报范围：隧道出口左线ZK27+508前方30m(对应里程ZK27+508～ZK27+478);出口右线K27+560掌子面前方30m(对应里程K27+560～K27+530)，并补充左线ZK27+573～ZK27+508(65m)、右线K27+595～K27+560已开挖段(35m)的测试.勘察结果表明，ZK27+508工作面前方30m范围内主要为崩坡积物堆积体，呈散体结构，结构不均，易垮塌，建议加强超前支护，建议围岩级别为Ⅴ级偏弱;K27+560工作面前方30m范围内主要为崩坡积物堆积体，呈散体结构，结构不均，易垮塌，建议加强超前支护，建议围岩级别为Ⅴ级偏弱(见图1、图2)。

　　3.2 塌方处理施工技术

　　实践中，依据地质勘察的结果以及相关技术，最终制定了超前管棚施工与地表深孔预注浆相结合塌方处理方案。具体而言，一方面，除了设计开挖界限外，超前管棚施工要采用环向间距为40cm、仰角1～2°、施作长度为15mφ89×6mm的标准，地表深孔预注浆要采用φ50mm的钢管;另一方面，当隧道塌方地段稳定以后，要根据不同地段的地质条件，综合采用双侧壁导坑法、环形留核心土开挖法、中壁法等开挖方法，恢复掌子面的掘进。

　　3.2.1 塌方处理技术

　　在现实中，塌方处理是一些非常系统的事物。首先，要在塌方冒顶段设置砂浆排水沟并及时覆盖陷坑，以防止地表水不断地流入塌腔;其次，为了防止二次塌方的危险，要在坡体与塌腔壁稳定后，继续封闭加固地表塌腔壁;第三，要回填塌腔，对防水层依次进行注浆加固处理，以提高塌腔段围岩的稳定性。

　　3.2.2 掌子面注浆加固

　　在现实中，土质特征使得隧道塌方段掌子面围岩不仅强度低而且易风化，围岩层极不稳固。随着覆盖层的逐层剥落，隧道塌方的可能性也会逐渐增加。为了防止隧道塌方危险的发生，要对掌子面采取注浆加固的措施。具体而言，先要及时地封闭掌子面并采取洞渣回填处理措施，然后对掌子面进行注浆加固。其中，在注浆加固的过程中，一般会采用自进式中空注浆锚杆为25mm，全断面间距为1.5m×1.5m、长度为3.5m、形状为梅花形，浆液为水泥单液浆并内添速凝剂。当然，在必要的时候，也可以采用1：0.8水泥—水玻璃双液浆，这样稳固效果会更加明显。总之，通过对掌子面的注浆加固，有效地防止了掌子面的坍塌，工作面以及洞身安全都得到了切实地保障。

　　3.2.3 长管棚超前支护

　　在长管棚施工以前，要充分做好各项准备工作。一方面，要采用锚网喷的方法，实现加固工作面松散土体的目的;另一方面，要施作止浆墙并搭设施工平台，实现提高工作面安全性的目的。在施工过程中，管棚布设具有严格的标准。一般情况下，既要在120°的拱部圆心角空间范围内设计开挖界限，又要按照环向间距为40cm、施作长度为15m、仰角为1～2°的标准进行布设。这样做，可以有效地保障管棚钻孔方向的精确度。除此之外，还要做好施作护拱、预埋管棚孔口管的检查、管棚护拱范围内的防护等各项工作，以充分保障长管棚施工的安全。

　　在长管棚施工过程中，要采用潜孔钻机进行管棚钻进，并采用经纬仪与测斜仪等检测工具检测钻进的实际效果。概括起来讲，长管棚超前支护主要经历了一个从施工准备到封闭孔口注浆的过程(见图3)。

　　3.2.4 地表预注浆处理

　　据地质勘查结果发现，塌方段的前方20m范围内不仅土体而且多处地表裂缝，给施工带来了极大的难度。为了保证管棚钻孔方向的精确性，为管棚提供充足的支撑力，提高工作面的稳定性，防止管棚施工中的二次塌方，要对松散的土地进行地表预注浆处理。具体而言，要采用孔口注浆的方式，设置钻孔深度为15m、长度为6～7m、孔口管为Ф50mm无缝钢套管、形状为梅花形的布局结构。

　　除此之外，地表塌陷使地表坡积层多出发生开裂问题，而且这种开裂还有不断扩展发育的迹象，这极大地加大了塌体滑动的力度与范围。针对这个问题，要对开裂区域采用先挖深后夯实的办法，用水泥浆对其进行封闭。具体而言，要在裂缝上方采取注浆处理的办法，选用注浆压力为1～2MPa水泥—水玻璃双液。同时，注浆过程也要坚持科学有序的原则，采用逐次注浆的办法，时间维持在10min左右。通过地表注浆处理，可以使山体形成一种连续的墙体，阻止山体下滑。

　　3.2.5 开挖与支护

　　众所周知，3车道隧道具有跨度大的特点。因此，从某种意义上讲，科学、合理的开挖方法是保证隧道安全的关键性因素和决定性因素。在施工实践中，不同的施工段要采用不同的开挖方法。就塌方段而言，要采用双侧壁导坑的开挖方法。这种方法要经历一个从左侧导洞超前支护至二次衬砌复杂的过程，必须秉承科学严谨的态度进行施工。进一步讲，由于该路段的地质条件非常复杂，单纯地依靠双侧壁导坑法是不够的。要根据不同的地质条件而选用不同的开挖方法。总体而言，该路段比较常用的开挖方法有双侧壁导坑法、环形留核心土法和中壁法。

　　3.2.6 施工监测

　　施工监测是工程施工不可或缺的重要组成部分，在施工实践中发挥着重要的作用，不仅有利于保证施工的质量与安全，而且有利于及时评价与反馈新工艺的安全性。为了防止塌方危险的发生，可以对塌方的重点地段进行实时地监测。目前，隧道位移实时监测系统是比较常用的施工监测方法。这套系统具有实时性、自动性、精确性等特点，非常适用于各种灾害条件下的监测。因此，在施工监测过程中，应当加大该项系统的应用广度和深度。