包西铁路闫家村隧道单侧塌方冒顶处理技术

李忠林

（中铁十四局集团二公司，工程师 山东 泰安 271000）

包西铁路阎家村隧道地处黄土塬、梁地貌，地表植被一般，第四系覆盖层较厚，地势陡峻，地形起伏较大，地面高程652.34～816.40 m，相对高差约164.06 m，最大埋深为153 m，为双线隧道。

阎家村隧道出口2008年6月23日开挖里程至DK664+297，线路右侧拱墙部出现宽4.0～4.5 m泥质填塞软弱带及泥质砂岩破碎带，先呈片状剥落，随即用C25喷射混凝土进行封闭，喷混凝土30 cm，但并未遏制住塌落形式。隧道左侧边墙出现全面坍塌，蔓延至DK664+309.4，泥质填塞软弱带经雨水浸泡变软坍塌，隧道DK664+297～DK664+309.4左侧边墙和拱顶出现塌方，塌碴堆积为1500 m3。至7月9日凌晨地表沿砂岩夹泥层塌陷形成面积为410 m2坍孔，下沉6～7 m。洞内围岩左侧及拱部为砂岩夹页岩风化层，青灰色，线路右侧拱墙部为泥质砂岩夹泥质填塞软弱带，泥质砂岩为灰黄色，泥质填塞软弱带，为红褐色，伴有裂隙水流出，水量较大；夹层遇水膨胀软化，造成大面积垮塌。下部伴有破碎岩带，节理较发育，水平节理岩体与陡倾角节理相互切割破碎，整体性差。地表为中厚层水平风化砂岩与薄层水平风化砂岩夹泥质砂岩软弱带，遇水软化。泥质砂岩向隧道小里程方向斜倾，经雨水诱发，出现坍塌，并一直没有自稳，导致隧道单侧冒顶。为此，必须对施工穿越半软硬岩层断面时单侧塌方冒顶处理方法进行研究。对闫家村隧道塌方冒顶采取塌方体注浆、超前支护、断面开挖、回填及监测的处理方法正确有效，破解了隧道大偏压易变形的施工技术难题。

1 塌方体注浆

本隧道塌方注浆分为坍塌体注浆与坍孔内固结灌浆2种形式。坍塌体注浆主要是为防止向掌子面进尺时，由于上部压力造成二次滑塌，处理过程中需逐步对坍塌体进行清除。坍孔内固结灌浆主要是在坍孔底部形成强度较高的塞体。在处理塌方过程中及处理完塌方体后与隧道一起作为永久支护承受坍孔内塌体压力，确保日后运营安全。

1.1 施作止浆墙 由于坍塌体主要为全风化泥岩夹孤石，孔隙率现场实测为36%。为防止浆液外溢，确保注浆达到设计压力，在注浆花管施工，于坍体面上喷射20 cm厚混凝土止浆墙。以后各注浆塌体表面均要喷射20 cm厚的混凝土。

1.2 成孔 注浆花管采用Φ42×5 mm（外径×壁厚）的热轧无缝钢管，长度洞内坍塌体为2 m，塌孔为6 m；花管前端加工成锥形，管体钻设透浆孔，孔径10 mm，孔间距30 cm，导管尾端1.0 m范围不钻孔，管尾焊接Φ6 mm加劲箍，用冲击锤直接将花管打入坍体。如遇坍体中大块孤石导管无法自进时，可暂按现有孔深进行注浆，待本循环注浆结束后，对受阻孔采用凿岩机成孔后进行补灌。

1.3 注浆孔角度 对洞内塌碴注浆花管平行线路方向打入，塌孔内临时固结注浆钢花管与断面外插角为45°，见图1。塌孔内固结灌浆沿隧道轮廓线径向打入。

图1 水泥注浆示意图

1.4 注浆顺序 加固塌体压浆自下而上顺序进行，达到注浆压力即可进行下一孔灌注。

塌孔内固结灌浆时应采用Ⅱ序灌浆，浆液采用二级浆液，即先注入稀浆，水灰比为3：1，后注入1：1稠浆。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆选用早强水泥。

施工时，严格压浆作业工序控制。钻孔位置、角度深度及浆液配制应符合设计要求。注浆作业时应经常检查泵口及孔口注浆压力变化，符合结束条件后方可停止注浆，并认真填写注浆记录。

2 超前支护

为了防止岩石、塌体冒落，对掘进工作面进行超前支护，保证施工安全。

2.1 断面扩挖及支护 由于隧道原开挖按Ⅲ级围岩施工，线路左半未塌方断面为较坚硬砂岩夹页岩，需扩挖以满足Ⅴ级围岩加强式断面尺寸。为减少爆破震动对塌方体的影响，爆破设计遵循“密打孔、弱爆破、短进尺”的原则。扩挖处理顺序：断面测量→钻孔→爆破→断面复测→初喷。

全断面设置I20B型钢拱架，间距1榀/50 cm，配合钢架自右侧上台阶底脚至左侧拱墙150°设置Φ42 mm超前小导管进行预支护，小导管环向间距40 cm，长度3.5 m，纵向 0.5 m/环，与钢架夹角为 10～15°。支护施工见图2。

导管采用规格Φ42×3.5 mm（外径×壁厚）的热轧无缝钢管，加工同注浆花管。用风枪钻孔后将导管插入。

图2 密排超前小导管、钢拱架及塌孔内固结灌浆示意图

2.2 超前小导管施工

2.2.1 设计参数 长度3.5 m，纵向0.5m/环，与钢架夹角为10～15°，范围为右侧上台阶底脚至左侧拱墙150°。

2.2.2 注浆参数设计 水灰比W：C=1：1注浆终压0.5～1Mpa

2.2.3 主要材料机具设备 主要材料为32.5号普硅水泥。机具设备为GYZB型液压双液自动化注浆机。小导管注浆，见图3。

图3 小导管单液注浆示意图

3 断面开挖与支护

超前支护施工完成后，开始塌方断面土方的开挖工作，同时要做好断面的开挖支护工作，采取上下两断面开挖法进行施工。

3.1 上断面开挖支护 用人工沿塌方体进行环形预留核心土方案开挖，每循环进尺0.5 m。根据开挖顺序，Ⅰ25B上台阶钢拱架加工共分5个单元段，每节两端焊法兰盘，以螺栓连接。开挖前预先架设左侧为塌方带2个单元段钢拱架。随开挖及时架设其余各Ⅰ25B钢拱架。拱架间距0.5榀/m，架设时要紧贴围岩，贴不紧处，每隔1 m以钢板垫实。拱架立好后，打定位锚杆与锁脚锚杆，并与与钢轨拱架焊接，锚杆采用Ф22 mm砂浆锚杆，定位锚杆长度3.0 m，沿拱架环向间距1.2 m。锁脚右侧拱脚锚杆设置4根，左侧拱脚2根，长3.5 m。同时，焊纵向连接钢筋将钢轨拱架连到一起，纵向钢筋Ф22 mm，沿环向间距0.6 m布置。各分部钢拱架安好后，及时网喷混凝土25 cm厚。核心土每两循环一挖除，为防止因单侧偏压造成拱架变形侵限，采用Ф200 mm钢管横撑加固钢架拱脚，纵向间距1 m，待下断面开挖前逐榀拆除。断面开挖支护施工流程示意图见图4。

图4 断面开挖支护施工流程示意图

3.2 下断面施工 待上断面支护通过坍方体，塌孔Ⅱ序灌浆7 d后进行下半断面开挖。下半断面开挖采用先马口再核心土的施工方案。循环进尺1 m，开挖后架设下断面拱架，施做初期支护。仰拱下断面按每开挖4 m一循环并及时施做。

3.3 二次衬砌 当初期支护变形趋于稳定时，采用跳槽法进行塌方段二次衬砌，即从现衬砌地段将模板台车走行至塌方段，先衬砌塌方段的方法。衬砌采用Ⅴ级围岩钢筋砼加强式复合衬砌形式。

4 回填及监测

山体因隧道冒顶塌方地貌遭到破坏，为确保隧道顶部的压力稳定，需对塌方段进行回填处理。同时要做好科学的监测预报，确保施工安全。

4.1 塌顶回填 洞内衬砌通过坍方后，待强度达到100%后，陷穴采用土石及时回填，回填高出地面，顶部1 m范围内采用黏土回填，沉降结束后地表采用厚30 cmM10浆砌片石铺砌。

4.2 监控量测 塌方地段每处理完一个循环后，及时布设监控量点，利用洞内外观察、周边收敛、拱顶下沉、地表下沉等监测项目，通过现场观察、收敛仪、水准仪、钢尺等测设仪器进行监控量测，并及时分析监控量测数据，若有局部位移量偏大段，及时调整支护参数。并对量测及时进行资料分析，如发现异常及时通知业主、设计及监理单位，以便及时处理，并立即采用应急预警措施，以确保施工安全。

5 结束语

在处理塌方冒顶时，采用地表开挖截水沟及冒顶陷搭设防雨棚遮盖措施，有效防止地表水下渗侵害，加大了塌方段处理过程中的安全系数。由于采用短循环、强支护，钢架架设完成后加设拱脚横撑支撑、塌孔固结灌浆的措施，对处理坍塌体收到了显著成效，竣工3年，未发生任何异常。总之，在隧道塌方处理施工中应坚持"稳坍体、管超前、小进尺、多循环、强支护、少扰动、快封闭、勤量测、速反馈"的原则，分区分段、按顺序跟步骤进行。还应处理好单侧冒顶塌方段的支护变形问题，加强监控量测，确保施工安全。