40#支洞上游总干3#隧洞线右收敛变形处理及掌子面下一步掘进方案

40#支洞上游总干 3#隧洞线右收敛变形处理及掌子面下一步掘进方案

陈乾

中铁十二局集团第二工程有限公司 山西 太原 030000

摘要：不良地质段隧道围岩变形大、变化快、事故具有突发性的特点，积极采取现场围岩变形量测，及时了解变形量、变形时间及变化规律是非常有益的。这样，施工开挖与支护衬砌就有了较充分的科学依据，可以减少施工中人为主观因素的影响。

关键词:隧洞线;收敛变形;处理

一、收敛变形情况

目前掌子面洞顶埋深40m，围岩为砂卵石混合土及不良砾，含沙量较高，局部夹杂粘土，地下水位位于洞顶以上，岩体暴露时间2小时左右会出现大面积的掉块，滑塌，不能自稳，变形破坏严重。施工过程中线路右侧起拱线处有股状水流出，水量约0.4m³/h,线路左侧目前较为稳定。下台阶线路右侧轮廓线外2m左右以内为红色低液限粘土夹沙，2m以外较为松散，围岩荷载集中，隧洞开挖时对围岩的扰动极易造成围岩荷载的集中释放，发生突水、突泥、塌方冒顶的施工风险。根据监控量测资料显示，总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段线右连接板位置最大收敛值达到60cm。

开裂变形

收敛变形

图1 总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段

二、总干3#隧洞总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段线右单侧收敛变形情况原因分析

1. 地质差，开挖时此段一直存在大量渗水，造成拱架背后岩体软化，无自稳能力，对拱架形成推力，出现严重收敛变形情况；

2. 围岩荷载较大：此段开挖轮廓线以外，围岩松散，无自稳能力；

3. 失稳具有突发性及持续性：上导拱架安装完成后，拱架在短时间内快速收敛，等安装下导拱架时，上导拱架拱脚处收敛累计会达到10cm左右，从而造成上下导连接板处连接不密实，影响了拱架的受力结构；

4. 城门洞型断面抗收敛能力较差，尤其上导与下导连接板处，是曲墙与直墙交接处，属于应力较集中部位，一旦收敛将带动上导半边拱架整体移动。

三、临时加固处理方案

1、对总干总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段内已经失稳收敛变形的拱架进行横向支撑临时加固，上导连接板上、下0.5m范围内各施做两道，采用I16工字钢，具体长度根据现场而定，每榀设置4道。

2、从洞外运石碴反压回填，高度填至上导拱脚连接板处以上，以稳定流坍体和掌子面，并修筑临时排水设施。

3、对于上台阶未施做下导的四榀上导，在预留核心土高度处及以上施做两道I16工字钢横撑作临时仰拱，并对整个上导掌子面处挂设钢筋网片，喷射混凝土封闭，防止掌子面砂卵石混合土滑塌，提前预留Φ89泄水孔3个。

4、对总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段段内已经失稳收敛变形的拱架进行扇形临时支撑加固。

5. 对总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段线路右侧注浆加固。在该段范围连接板上2m范围内，径向打设Φ42钢花管，每根长度3m，间排距0.5m，呈梅花形布置。采用水泥单液浆，配合比1:1，注浆终压1.0MPa，保证注浆加固质量。

6、对总干3#隧洞总干3#隧洞161+690.9~+700、变总0+000～+003段线路右侧失稳变形的拱架进行逐一拆除、更换。具体处理分三步进行：

（1）采取逐一拆除、逐一处理、稳步推进的方式，拆除原拱架上导收敛部分，采取人工用风镐拆除初支喷射砼及拱架并凿至原拱架设计位置后，重新安装拱架。在拱架连接处各打设4根Φ42锁脚锚管，长度3.5m。喷锚支护后安装I16套拱（上导），锁脚锚管及临时横向支撑及时施做。

（2）上导处理完成后，逐榀处理下导，临时横向支撑及时跟进封闭成环。

（3）下导每完成2榀后，施做底板换填，I16横撑连接牢固，C20砼浇筑。

四、建议解决方案

4.1搭设作业平台

（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻机由高孔位向低孔位进行。

（2）平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在钻孔时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。

（3）钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。

4.2钻孔

（1）为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆同材质，两端加工成内螺扣（钻杆首尾端外螺扣），联结套的最小壁厚≥10mm。为防止钻杆在推力和振动力的双重作用下，上下颤动，导致钻孔不直，钻孔时，应把扶直器套在钻杆上，随钻杆钻进向前平移。

（2）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔位进行编号。

（3）根据孔口管的倾角和方向，利用钻杆的延伸和吊锤准确确定钻孔的方向，即可固定钻机。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制10°。利用钻机的变角度油缸，参照导向管的倾角确定钻机的倾角，确保钻杆与开孔角度一致，以达到钻进的导向作用。

（4）钻机就位前，可先利用M20的沉头螺栓将钻机固定在基台木上，再按确定好的方位角将基台木固定在搭设的井型钻作业平台上，四周用横木支撑，必要时打设地锚。

（5）钻机开孔时钻速不易过高，钻入20㎝后转入正常钻速。第一节钻杆钻入岩层尾部剩余20～30㎝时钻进停止，用两把管钳人工卡紧钻秆,钻机低速反转，托开钻杆,钻机沿导轨退回原位，人工装入第二根钻杆,并在钻杆前端安装好联结套,方向对准后联结成一体。钻孔达到深度要求后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。

（6）换钻杆时，应注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心喷水孔是否顺畅等，不符合要求的应及时更换以确保正常作业。

（7）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。

（8）引导孔直径应比管棚直径大15～20mm，孔深要大于管长0.5m以上。

（9）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。

（10）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为洞身开挖时的地质预测预报参考资料，指导洞身开挖。

4.3注浆

（1）注浆材料采用水泥单液浆。配合比为1：1，注浆压力为0.5～2.5MPa，注浆结束后用M30水泥砂浆填充，形成钢管混凝土。

（2）注浆量视围岩及吃浆量情况做动态调整；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。

注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。

注浆从低向高进行。浆液由稀到浓,一般单管达到设计注浆量作为注浆结束的标准。

4.4施工控制要点

（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔位进行编号。

（2）钻孔外插角3-5°为宜，拱顶应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。

（3）严格控制钻孔平面位置，管棚的位置不允许侵入隧洞开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。

（4）经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，最终孔位仍超限者应封孔，原位重钻。

（5）掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。

4.5施工突发事故及处理预案

（1）钻进中塌孔及缩孔的处理

若发生塌孔及缩孔、成孔十分困难，无法一次成孔。可以采用前进式预注浆成孔，先钻出一段后，通过钻杆进行孔内注浆，待注浆液凝结时间达到12小时后，继续钻进，以此循环施作，直至达到设计孔深。

（2）掉块卡钻的处理

在钻进过程中若经常发生掉块卡钻事故，可以在变径处焊接硬质合金，一旦卡钻，施工以少量循环水，再将以拉拔回归，较好地解决此问题。

（3）对漏浆及耗浆量大的处理

若由于岩体破碎，浆液漏失严重，造成耗浆量大。可以降低压力，把流量限制在10升范围内，过一段时间在慢慢提升压力，直到达到设计标准。如上述方法达不到效果，可采用在浆液中加入速凝剂，间歇灌浆、停灌的方法处理。

结语

(1) 控制因洞室开挖形成的应力重分布，最大限度地利用围岩自承能力，把围岩作为承载主体，利用支护体系的积极主动作用，达到围岩支护体系的联合承载效果。(2) 结合围岩的监控量测资料，分析隧洞开挖引起的围岩变形特征、松动圈的范围及围岩变形的发展变化趋势，为确定支护参数、支护时机以及预测围岩的大变形等提供科学依据。(3) 根据围岩类别、围岩应力变形及稳定性评价结果，有针对性地提出围岩支护的工程优化措施建议。

参考文献

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［2］ 张维泉．复杂地质条件下隧道初期支护施工力学行为研究［D］．福州:福州大学，2009．

［3］ 贵君．节理裂隙岩体中大断面隧洞围岩与支护结构的施工过程力学状态［J］．岩石力学与工程学报，2005(08):1328－1334．

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