注浆综合处理在隧道塌方中的应用.doc

1　工程概况　由交通部第二公路勘察设计院设计，铁道部十一局、十二局施工的大宝山隧道位于北京至珠海国道主干线粤境高速公路上甘塘至翁城段内。里程桩号为ZK139+920(YK139+940)～ZK141+500(YK140+520)，系全长1560m的双线六车道高速公路隧道。1994年10月开工，现在两洞已贯通，完成衬砌部分近三分之一。　　该隧道除进口段见少量泥质粉砂岩外，其余围岩为微风化灰岩，快到隧道出口段灰岩含炭增高局部夹黑色炭质页岩。隧道左线进口段原定Ⅴ类围岩，但在开挖时，从ZK140+002～ZK140+017段溶洞较多，大小不一，形状各异，充填物一般上部是水，中间是泥，底部是砂。在桩号ZK140+002处右侧拱腰部有一溶洞，大约3.5m3，溶洞内周围岩层破碎，但石质坚硬，产状近水平。1995年10月27日晚在ZK140+017处爆破作业后在左侧隧道拱腰部又发现一大溶洞，洞内充满水和黄褐色亚砂土，部分呈稀泥状，一经爆破约20m3泥砂塌入隧道内。1995年10月28日下午由监理、我院设计代表和施工单位技术人员共同研究决定对塌体进行喷砼封闭。1995年10月29日凌晨2时40分正当喷砼封闭时，顷刻之间又塌方约2500m3左右，从隧道ZK139+958～ZK140+017段均填满塌方的粘性土和泥水，同时，在隧道顶上山体地表ZK140+019左侧地表下陷一个8m深、长轴直径12m的椭圆形大坑，见图1。  图1　大宝山隧道进口段平面 　　1995年11月4日针对上述情况经多方商讨决定并实施了以下措施：a.对该段加强初期支护，增加原设计早强砂浆锚杆数量，选用长L=4m，直径Φ=22mm钢材呈梅形布置，间距1.0m；b.增加喷砼厚度，把原设计5cm厚喷砼改为25cm，并铺设双层Φ6mm钢筋网；c.沿隧道纵向在塌方段上方土体(残、坡积及全风化砂岩层)与开挖掌子面交界处打入Φ108mm无缝钢管并注入水泥—水玻璃浆液，作长管棚支护，间距40cm；d.在左侧拱腰部溶洞处横向打入Φ42mm小导管、间距40cm，注入水泥—水玻璃浆液，固结溶洞里塌体；e.在塌体上采用先拱后墙法修筑横模注砼，同时，由拱脚标高处向下打入Φ42mm小导管，间距40cm，增设钢筋托梁防止拱下沉；f.从ZK140+015开始架设ZOb工字钢梁、间距0.6m，把原定Ⅴ类围岩改为Ⅱ类；g.对隧道上方山体地表塌陷的大坑用砼封闭防止地表水入渗，同时把大坑向山体下方开挖了排水沟，把坑内积水及时排出隧道左侧山沟中。　　由于隧道塌方段左侧墙为塌陷的土体，右侧为微风化灰岩(见图2)，施工时对于土体每次开挖不得超过0.5m，岩石开挖采用人工风钻(镐)打孔，控制爆破等措施，现场24h监测，非常小心谨慎的施工，即使对于坍塌段采用上述7条措施和安全谨慎的施工，仍然出现问题。1995年12月1日发现经过上述7条措施形成的初期支护开裂，3条裂缝在ZK140+023处与拱中线约呈45°左右裂开，见图3。裂缝宽约10mm左右，长过10m，并且在山体地表原塌陷上方，桩号ZK140+045处有一条长20m，宽10cm的大裂缝，裂缝走向与隧道轴线近直交(见图1)。  图2　隧道地质横断面 2　分析问题，找出原因　　隧道左线进口段塌方体的处理虽然花费大量的人力、物力、财力，但仍然出现了初期支护开裂，地表裂缝。通过这一现象可以看出原处理措施未搞清塌方体的性质、规模和预测其发展趋势。只是把塌体当成静止不变的事物来处理。1995年12月上旬通过对塌方段进行重新物探。物探结果表明塌体是灰岩中一个溶蚀漏斗，漏斗中填充了大量的残坡积粘性土，隧道左侧墙正处在塌体(漏斗)底部，当左线隧道左侧墙开挖爆破时揭穿了漏斗底部的灰岩形成了塌陷通道，使上大下小的漏斗中的松散土体在自重的作用下顺漏斗通道向隧道内涌入，造成顷刻之间塌方，从漏斗中塌入的粘性土可以看出似浪状，像挤牙膏似的挤入隧道的样子也证明了这一点。  图3　拱顶注浆孔平面及断面示意注：图中尺寸除高程以m计外，其余均以cm计。 　　由此可见，山体地表拉开的裂隙，隧道内的塌方以及隧道初期支护开裂等现象说明溶蚀漏斗中土体处在不稳定状态，蠕变渐变状态，对隧道初期支护产生了巨大的偏压，初期支护抵挡不了巨大偏压而造成开裂和位移。因此，只有先从地表进行封闭处理塌陷区域，填注裂缝，防止地表水入渗，然后对隧道内坍塌度进行大范围、深层次的注浆处理，才能防止塌体继续下滑给隧道初期支护带来偏压，影响隧道的安全。 3　注浆综合处理方法与过程3.1　对山体地表塌陷范围的处理　　从图4可以看出塌方地表至隧道顶板高度为50m左右，即ZK140+010～+035埋深50m左右，要使塌方体控制下滑必须首先对地表打孔注浆先固结地表以下大部分松散土体。为此我们从ZK140+005～+040段