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_某超大断面交通隧道塌方处理试验设计及施工技术研究现代隧道技术 IODERN TUNNELLING TECHNOLOG
断面交通隧道方处理试验设计及施工技术研究
DB34／T 1974-2013 在役索道驱动轮轴超声波检测规程某超大断面交通隧道塌方处理试验设计
吴学智丨张少辉1王 建1肖春强
（1中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都611130： 2中铁二十局集团第三有限公司，重庆400000)
摘要支草以果超大断面交通隧道洞 顶处理为工程背景，以现场试验及监控量测为手 段，利用改进的自进式中空锚杆代替小导管，解决了在碎块状一巨块状架空塌体中成孔难的问题。通过确定合理 的支护参数、注浆量和相应的施工方法，成功地处理了隧道塌方 关键词超大断面隧道塌方冒顶自进式锚杆现场试验监控量测 中图分类号U458.3U451*.5 文献标识码：A
在一般软弱破碎围岩的隧道塌方处理中，塌碴 块体相对较小，较均匀，岩块较软弱，且较密实，小导 管可通过外力直接插人塌碴体内，采用小角度及大 角度小导管对一定范围内的松散破碎体进行固结加 固，形成一个固结拱圈后即可开挖成洞。本文研究 的案例为复杂条件下某大型水电站场内特长超大断 面交通隧道出口段的塌方处理，本隧道的塌方体是 由隧道上部边坡滑塌、隧道块塌和边坡开挖形成的 遂道塌方处理存在以下工程难题：1隧道塌碴岩土 体成分复杂。塌碴为碎屑一巨块状砂板岩和花岗岩 块体，塌碴体块度大小和软硬相差悬殊，块石间架空 及夹泥，小导管施工成孔难；块石间空隙率大，大部 分浆液流向不需要固结的松散体，吃浆量大；夹泥块 石间水泥浆的粘结效果差，起不到固结的作用。在 支护参数及施工方法不当的情况下，很难在开挖轮
郭线外形成连续的固结圈；②超大断面、大跨径。隧 道开挖宽度16.26m，开挖断面积149.88m²；③超长 塌方体。隧道纵向塌方长度为40m；④隧道塌方处 理的成败直接影响其上部高边坡的稳定性。在塌方 段上部高边坡的施工过程中，优化取消广边坡中下 部54根1000kN级锚索和洞顶上部渣体坡面的镭 喷支护，边坡采用削坡卸荷和表层锚喷防护的支护 措施，现边坡垂直高度为174m。若隧道塌方处理 不当，将影响洞顶高边坡的稳定性；5松散土压力 大。塌方隧道上部为62m厚的松散碎石土堆积体； ③工期紧张。在汛期前必须完成隧道塌方处理工 作；需确保施工质量及安全；8需控制工程造价。 本文针对以上问题，在解决现场实际问题的过 程中，从设计角度出发，结合笔者多年处理隧道塌方 的现场设计及施工经验，通过多循环的现场试验，总 结出了适合本隧道的支护参数，并确定了合理的施 工方法，解决了实际问题，
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断面交通隧道塌方处理试验设计及施工技术研究
本隧道为某大型水电站左岸低线公路的特长隧 道，长4603m，是水电站施工的重要场内交通公路 遂道。隧道贯通、二次衬砌施作前，因雨季暴雨，隧 道出口上游沟内水石流顺着施工便道进入洞内，受 水石流的影响，洞口段隧道初期支护出现了变形破 坏，致使隧道出口段塌及其上方因强卸荷导致边 玻滑塌。 经过改线方案和塌方处理方案的比选后，选择 了塌方处理方案，即是：首先对塌方隧道上部局部滑 后卸荷松弛及倒悬的自然边坡进行削坡并支护； 然后进行边坡下部塌方隧道的处理。塌方隧道的处 理方式为：在现有的塌碴体中重新开挖打洞
隧道出口已开挖支护段塌40m。为便于表 述，文中按照从洞内向洞外排定里程的方法对隧道 丹情况描述如下：1K0+0.00~K0+10.00段，隧道 拱部90°~180°范围内发生塌；②K0+10.00~K0+ 40.00段，隧道拱部180°到隧道边墙底部发生全断面 塌。隧道塌面横向呈“V”字型。沿隧道纵向， 两侧滑塌岩面与水平面夹角约为65°。隧道塌方情 况如图1所示
图1隧道洞口及边坡跨塌 Fig.1 Collapse at the tunnel portal and the side slope
在完成隧道上部174m高边坡的开挖及坡面锚 支护作业后，再按照从洞内向洞外推进的方式进 行塌方处理施工。
2.4隧道与其上部高边坡的关系
隧道与边坡的相对位置关系如图2、图3所示
①挂网喷C20混凝土，厚12cm；②索喷C20混凝土，几 icm（马道）；③Φ25自进式中空注浆错杆，L=4.5m，间排 距2m×2m：①隧道开挖轮线：③边仰坡开挖边缘线
图2隧道与其上部高边坡的正视图
图2隧道与其上部高边坡的正视图
.2 Front view of the tunnel and high slope above the tunne
①塌方后洞口地面线；②25自进式中空注浆锚杆，L=4.5m 间排距2m×2m；?弱上风化强卸荷；④边坡滑塌面；③塌 方处理段；滑塌后的碎石土，
图3隧道与其上部高边坡的剖视图 Fig.3 Section view of the tunnel and high slope above the tunne
预设计隧道塌方段（K0+0.00~K0+40.00段)采 用V级加强支护，如图4所示。 预设计初期支护参数具体为：纵向按照0.5m间 距设HW150×150型钢钢架；隧道拱部120°范围内设 超前小导管（Φ42×4，4.5m/根），环向间距30cm，纵 向排距200cm，外插角10°~15°；隧道全断面设大角 度固结注浆小导管（Φ42×4,3.0m/根），环向及纵向间 距均为100cm，梅花形布设，外插角不小于45°；每 榻钢架设8根锁脚小导管（Φ42×4，L=4.5m/根）；拱墙 范围内布设钢架间Φ22纵向连接筋，环向间距100
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cm，内外交错布置；拱墙设Φ8双层钢筋网，网格间距 20cm；拱墙喷C20混凝土，厚24cm。所有小导管注 浆量相同，P.042.5水泥注浆量：100kg/根。C25钢 筋混凝土衬砌厚度为75cm。
4小导管施工存在的问题
小导管施工成孔难，隧道塌体结构也不适合 利用外力打入小导管。塌碴空隙率大，吃浆量大，注 浆后浆液流到不需要注浆的部位，且预设计注浆量 偏低，达不到对隧道开挖轮廓线外一定范围内的松 散碎石土进行注浆加固的效果。如果洞内支护参数 不满足实际需要，将可能造成隧道二次势塌，引起洞 顶62m的松渣滑塌，影响隧道出口上方高边坡的稳 定性，危及施工安全。
5试验确定合理的支护参数
为克服注浆小导管成孔难和自进式中空锚杆注 浆效果差的问题，经研究，改注浆小导管为Φ32x6mm 周壁带注浆孔的自进式中空注浆锚杆，锚杆长度 4.0m。注浆孔直径为Φ6~Φ8mm，通过现场试验确 定孔间距。 孔间距试验方法及试验原则为：采用气割成孔 的方式，在自进式中空锚杆周壁造成不同间距的注
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图4预设计支护结构 Fig.4 Predesign for the support structure
浆孔，然后把锚杆安装在钻机上施钻。通过现场施 钻，看哪些锚杆被扭断，然后根据扭断锚杆的孔间距 请况，总结得出能使注浆孔最密且不会扭断的孔间 距为：每根锚杆周壁设3排孔，每排孔纵向间距60~ 80cm.梅花形布孔
选择K0+0.00~K0+6.00段，隧道拱顶90°范围 内的开挖及初期支护段作为试验段
（1）通过试验确定超前小角度自进式中空注浆 锚杆的支护参数（锚杆环向间距、纵向间距、角度、注 聚量）及施工方法。超前预支护在此处不仅起超前 临时支护的作用，还起永久支护的作用，因此力求流 人开挖轮廓线内的浆液流动路径最短，浪费的浆液 最少（注人开挖轮廓线内的浆液视为浪费的浆液）； 通过超前注浆固结加固后，在隧道开挖轮廓线外形 成约50cm厚的注浆固结加固圈并以此作为后续大 角度注浆固结加固松散体的止浆壳，同时为开挖及 后续支护提供临时的安全支护措施，后续支护施工 后，超前支护变为永久支护的一部分。通过试验需 确定满足以上目的最佳的超前支护参数及相应的施 工方法。 （2）通过大角度自进式中空注浆锚杆的注浆固
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结加固，使隧道开挖线外1.5~3.5m厚的松散碎块 石从没有胶结变为相互胶结，使没有自稳能力的松 散体变为有承载能力，且在隧道开挖轮廓线外形成 1.5~3.5m厚的连续固结拱圈，达到拱效应的目的。 （3）通过持续总结和改进，找出最佳的支护参 数及施工工艺，为后续施工积累经验，便于开展大面 积施工。
5.4成立QC质量小组
由参建四方共同成立QC质量小组，由设计单位 牵头指导试验，施工单位配合，现场监理工程师对每 盾环的注浆试验情况进行全过程旁站监理并记录。 主试验过程中，先确定锚杆的支护参数（如锚杆间距 和注浆量)，并完成详细的技术交底，然后按照要求组 识试验施工。在试验过程中发现同题，及时解决发 见的间题，并观察开挖后的注浆效果，对每循环试验 进行总结，会议讨论并查找每循环注浆参数及注浆 过程中存在的主要间题，提出下循环需要改进的办 法。经过5个PDCA循环的支护参数调整及注浆试 验，讨论确定了适合的支护参数和对应的施工工艺。
经参建四方对试验成果进行充分的讨论和总 结，提出如下支护参数： （1）超前小角度自进式中空注浆锚杆。设置范 围：隧道拱部150°内；间排距：环向间距30cm，纵向 排距100cm；外插角：20°~30°，上一排20°，下一排 30°，排间交错布置；注浆量：单根锚杆平均P.042.5 水泥注浆量：100kg （2）大角度自进式中空注浆锚杆。设置范围：隧 道拱部及边墙；间排距：环向间距100cm，纵向间距 50cm，梅花形布置：外插角：45°~90°尽量采用大 角度；注浆量：单根锚杆P.042.5水泥注浆量：350kg。 （3）超前小角度及大角度锚杆型号均为Φ32x6， 单根长4.0m。锚杆端部通过锚垫板与钢架内侧焊 接固定。 （4）循环开挖进尺按照钢架间距确定，此处钢 架间距为50cm，要求开挖一榻钢架支护一榻钢架， 循环开挖进尺不超过60cm （5）开挖后，按照确定的支护参数及时进行初 期支护。隧道掌子面附近、开挖轮廓线内松散体的 临时支护措施为：喷C20混凝土，厚10cm。 （6）二次衬砌混凝土施工按照6m为一模，当满 足6m衬砌长度时及时施作衬砌。沿隧道拱墙，每
模衬砌设两环Φ50HDPE单壁波纹盲管，盲管位置距 两端接头各约1.0m，衬砌接头处止水带和止水条按 原设计参数增加。二次衬砌混凝土紧跟作业面。 （7）其余支护参数按照预设计参数。
根据隧道塌碴自稳能力，塌方隧道采用三台阶 九部开挖法和短进尺预留核心土的开挖方式施工
6.2隧道初期支护施工技术
先施工超前小角度注浆锚杆，再施工大角度注 浆锚杆。具体技术要求如下： （1）小角度锚杆。超前小角度注浆锚杆注浆施 工前，首先喷射混凝土封团隧道掌子面附近开挖轮 郭线内的松散碴体。然后再进行注浆作业。锚杆安 装及注浆施工技术要求为：先施工单号孔，再施工双 号孔，间歇注浆，间歇时间为5min左右，分两次按等 量完成注浆。采用浓浆及在浆液中掺加速凝剂的方 式使浆液流动路径变短，达到注浆目的，减少浆液浪 费。 （2）大角度锚杆。大角度注浆锚杆注浆施工 前，首先初喷4cm厚C20混凝土封闭隧道开挖轮廓 面；然后按照要求安装钢架、钢筋网，并复喷混凝土； 再安装大角度自进式中空注浆锚杆（暂时不注浆）： 补喷混凝土至设计厚度，并对锚杆端部周壁喷射混 凝土进行封闭，待喷混凝土达到一定强度后，再进行 大角度锚杆的注浆施工。大角度锚杆注浆施工应注 意的问题是：在隧道纵向开挖及初期支护2m后，再 施工大角度锚杆的注浆工作：或紧跟隧道开挖和支
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护，先施工单序号锚杆的注浆，然后进行双序号孔注 浆施工。采用间歇注浆方式，按照先注50kg，再注 100kg和200kg注浆量及顺序，分3次完成每根锚 汗的注浆量。 （3）小角度及大角度注浆锚杆均采用分序、分 次、掺加速凝剂和改变浆液浓度的方式，按照从下向 上，两侧对称，从无水到有水的施工顺序进行施工。 浆液配比为：水：灰=0.5~0.6：1。超挖部位喷填C20 昆凝土进行密实。对注浆总量进行控制（限量注 浆），局部注浆量大小根据实际需要现场确定。确定 局部注浆量大小的原则为：以隧道注浆施工后在隧 道开挖轮廓线外形成厚度不小于150cm的连续固 结圈为自的，现场根据吃浆量大小控制注浆量，并根 据实际情况在对大的空腔采用水泥砂浆及混凝土进 行回填后再补注浆。 现场铺杆注浆施工如图6所示
YD∕T 939-2014 传输设备用电源分配列柜.pdf图6锚杆注浆施工 Fig.6 Grouting with the anchor bol
施工过程中，按要求在隧道洞口上部高边坡坡面 设置边坡变形观测点，从上到下全坡面布置5排监测 点，每排3个监测点。隧道内按照5m纵向间距设置 隧道变形监测断面，每个断面布5个监测点（点位：隧 直拱顶和两侧起拱及边墙中部）。由施工单位组建监 则小队，每天对洞内及洞外的变形情况进行监测。 施工过程中的测量结果为：洞顶高边坡累计沉降 量在22.1~58.1mm之间（最大沉降量部位为2856m 高程的左边坡，最小沉降量部位为2841m高程的 右边坡）。隧道内最大变形段位于K0+0.00~K0+ 12.32段，拱顶累计最大下沉量80.79mm，其余段隧 道拱顶累计下沉量为37.66~40.05mm。起拱和边 墙中部的累计收缩变形量为31.55~67.45mm。隧
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道塌方处理施工过程中的变形情况如表1及图7 图8所示
DB15T 353.2-2020 建筑消防设施检验规程 第2部分：消火栓系统.pdf表1隧道塌方段变形累计值 Table 1 Cumulative deformations of the collapse sections