湾田3号隧道特大塌方段处治方案设计

　　摘　要：通过处治湾田3号隧道长18m的特大塌方，阐述了处治隧道特大塌方的设计思路。根据塌方段的技术特点提出迈式锚杆管棚结合超前钢花管注浆的处治方案。施工应用表明，处治方案非常成功，进一步说明了迈式锚杆在管棚法处理塌方技术中的关键作用。
　　关键词：隧道 特大塌方 方案设计
　　一、工程概况
　　湾田3号隧道为G40国道主干线云南蒙自新街高速公路的双车道直线隧道，起止桩号为K39+730～K41+470，全长1740米，采用-2.557%的单向纵坡。隧道有效净宽为9.75米，有效净高为5米。
　　隧道新街端进洞50米后遭遇板岩岩层，此种围岩以薄层状灰岩夹绢云母板岩为主，节理发育，岩层破碎松散，围岩稳定性差，强度较低，经电法预报，洞口段100米范围内均为此种低阻率富水岩层，特别是在K41+420处，围岩为强风化，围岩疏松破碎，夹杂大量亚粘土，且富水膨胀，稳定性极差，当隧道掘进至k41+420处时出现塌方，袁世凯塌方横向宽8米，纵向延伸12米，塌腔高度不详，掘进施工受阻。
　　塌方后为稳固既有结构，立即对K41+420～K41+435段采取径向注浆加固措施，加固此段已施工的初期支护，然后再对拱顶塌方堆积体进行注浆固结，试图通过注浆固结坍体从而加快进度早日通过，采用6米长Ф42×4mm超前钢花管沿拱顶边缘布设，间距30cm，布设完成后压注水泥浆液，注浆完成后7天开始恢复掘进，但由于超前钢花管支撑刚度有限；固结块承载能力低；固结圈延伸长度不足等原因，此种普通处理方案无法实施，并于第一次塌方12天后再次塌方。二次塌方横向宽增至14米，纵向延伸至18米，塌方延续48小时后趋于稳定，高度约40米。
　　二次塌方位于灰岩与板岩交界地带，掌子面围岩与塌落物均为强风化灰色薄层状绢云母板岩，岩体破碎，结构松散，层理较清晰，产状：20°∠51°，节理发育，密度：12条，岩石有泥化现象，并有少量裂隙水。需处治的塌方为K41+420~K41+402段，塌落物沿拱顶自然堆积至K41+426，掘进台车也被埋在其中，处理十分不便。
　　二、塌方处治方案
　　1.塌方特点
　　⑴ 塌空范围大，高度达40米，坍体过于松散，四周围岩无足够自持能力，不能形成自然拱圈，开挖后拱部围岩必须得到足够的辅助支护才可形成闭合拱圈以承受自身和坍体的重力荷载，一般的超前小导管及简单的注浆不能起到有效的超前固结作用。
　　⑵ 坍体中存在孤石，孤石与坍渣松散混杂，通常小导管无足够的刚度将其固定，注浆后的固结圈也不能将其与坍渣形成有效的整体。
　　⑶ 坍体中存在大量的强风化碎石土，若无超前注浆固结，则会在坍渣自重作用下失稳，给掘进施工带来隐患。
　　第一次塌方后正是没有考虑到以上特点，采取的超前支护因强度不足，注浆固结范围不够，而导致二次塌方。
　　2.处治方案根据此塌方体地质情况和以上技术特点，我方制定了以布设Ф51迈式锚杆超前长管棚与Ф42×4mm超前钢花管注浆固结为主；以侧壁导坑法开挖为辅的综合处治方案。开挖后立即施作钢拱架及锚网喷支护体系，充分提高加固后的围岩承载能力，使初期支护与注浆加固的坍体形成整体支护结构，并建立科学的监测体系，做到信息及时反馈。
　　3.技术难点
　　（1）Ф51迈式锚杆长管棚与Ф42×4mm超前钢花管注浆加固圈一起在拱顶形成稳固的支承拱圈，是保证掘进安全和防止塌方扩大的关键技术措施。其中长管棚分为两个循环，每循环12m长，直接棚架在尾部的初期支护上，是承受坍体压力的主要结构，而超前钢花管的注浆固结圈则起到对其进一步加固作用，同时坍体大部分为松散状碎石土，注浆固结又可防止碎屑从管间涌出而引起新的塌方。长管棚与超前注浆固结圈组成支承拱圈，是塌方处治的关键技术。
　　（2）坍体部分呈松散土夹碎石状，且又混有大小不一的孤石和第一次塌方处理时的材料，施钻困难。容易卡钻，下管难度大，所以掌握好布设位置和迈式锚杆钻进角度是关键。
　　（3）塌方段灰岩与板岩交界带，地层连通性好，坍体松散度大，浆液的扩散范围和注浆量不好控制，因此合理安排注浆顺序及优化注浆工艺是控制成本的主要途径。
　　4.技术要点（1）施工步骤长管棚施工→钢花管预注浆→侧壁导坑开挖→二衬与铺底。
　　（2）长管棚的安设与注浆管棚参数。根据塌方段长度，管棚分做两个循环安设，又因管棚之间安设注浆超前小导管及第一次处理时遗留材料影响，管棚钻孔起点向掌子面后倒退2榀钢支撑（1米）打设，并将钻孔仰角调至3°～7°，间距为30cm，长度12m，搭接长度 2米，尾部外伸1米与初期支护钢支撑焊接，管棚采用Ф51迈式锚杆，每节4米，其间用丝扣套管连接，端部安设钻头一枚，每循环共计51根。
　　钻孔工艺。预设导向管→安设钻头→Ф51迈式锚杆钻进3m→安设套管→Ф51迈式锚杆钻进7m→安设套管→Ф51迈式锚杆钻进11m→下套管→封孔注浆。
　　管棚注浆。注浆分三序孔注入，注入顺序依次为C-S浆、水泥浆、水泥砂浆。注浆应在Ф51迈式锚杆钻进完成后立即进行，以便在钻相邻孔时可作为当前注浆孔的检查孔。
　　①注浆压力一般为地下水静水压的2～3倍，同时应考虑岩层的裂隙阻力，根据现场情况试验后确定。但瞬间最高压力值不应超过0.5MPa.