七步台阶开挖法在邵家隧道塌方处理中的运用

摘要：甬台温铁路邵家隧道，在施工至离洞口134m处发生了塌方。在确保施工安全的前提下，采用了小导管注浆加固和七步台阶法开挖的方式对塌体进行了处理，并安全顺利的通过了塌方段。

Abstract: Shaojia tunnel of Yongtaiwen railway took place collapse in the construction from the hole 134m. In the premise of ensuring safe construction, it used small tube grouting and seven-step bench excavation method to deal with the collapse body and passed the safe cave section smoothly.

关键词：塌方；小导管；七步台阶开挖法

Key words: landslides；small pipe；seven-step bench excavation method

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）17-0083-02

1工程概况

甬台温铁路邵家隧道DK99+344~+495段岩体破碎，围岩稳定性差，表层为残坡积粉质黏土，下伏全～弱风化安玄玢岩，隧道洞身标高范围为弱风化安玄玢岩，受构造影响，岩体节理裂隙很发育～发育，局部沿破碎带发育强～全风化灰黄色软弱夹层，岩体完整性差。在施工至DK99+478处发生了塌方，塌方造成洞内涌入土体约900方，地表形成一长约15m，宽约14m，平均深度为4.5m左右的坑。

2塌方处理方案的选定

方案一：对地表塌陷处进行基坑回填再进行注浆，使坍塌处土体固结成整体，洞内采用单排小导管超前支护进行开挖；方案二：在洞内对坍塌土体进行注浆固结，拱顶采用双排小导管进行预支护，随后进行开挖。方案比较：方案一，施工安全系数高，但是工程量大，时间长，且无法有效的保证注浆效果；方案二，施工起来安全系数较方案一小，但投入小，施工周期也较短。综合各方面因素，采用方案二进行处理。

3方案实施

为防止塌方处理时再次发生坍塌，靠近掌子面10m范围内采取临时支护加强，加固方法采取架立I20a工字钢，间距0.8m一榀，以稳定开挖地段。加固前，每隔2米进行拱顶探孔探查地质情况。

3.1 注浆施工

3.1.1 注浆孔的布设根据注浆的效果和土体固结程度的不同，将其分为两类，一类为供固结塌体用，主要为塌体周边一米和拱顶以上三米范围内；一类为维护塌体的稳定，确保后续开挖施工时掌子面稳定。注浆孔的具体布置如下：塌体周边注浆孔间距为1.0m，外插角为5~10度；拱顶范围内注浆孔环向间距为40cm呈梅花型布置，且按双层布置，其中上层的外插角为30度，下层的外插角为5~10度；其余注浆孔均按1.5m间距布置，呈梅花型。

3.1.2 注浆管注浆管采用Φ42无缝钢管，壁厚3.5mm，L=4.5~9m，小导管前端作成尖锥状，小导管注浆孔间距为30cm，孔径10mm，呈梅花形布置。

3.1.3 止浆盘为防止注浆时浆体从塌体表面冒出，需在塌体表面施作一止浆盘。止浆盘采用C20混凝土，厚度为15cm，采用双层钢筋网，钢筋采用?准8，网格间距为30*30cm。

3.1.4 注浆材料选用P.O 32.5水泥来配制浆液。浆液的水灰比为0.5：1~1：1，一般采用0.6：1，本着先稀后稠的原则进行注浆，遇到失浆严重的情况，掺加速凝剂。

3.1.5 注浆参数

3.1.5.1 注浆压力不同区域采用不同的压力：塌方体四周的土体，由于土体较松散，目标注浆压力为0.1Mpa，洞内塌体靠近止浆墙段为0.5~0.8Mpa，靠近上开挖断面的凌空区域为0.5Mpa。为了确保注浆压力尤其是开挖断面的凌空区，要进行多次反复注浆，以确保注浆压力。

3.1.5.2 注浆量由于土体相对比较松散，没有相关的直接可利用的土体参数，结合以往注浆施工经验，再把注浆的不利因素综合予以考虑，预计60%的孔隙能被充填，据此来计算注浆量Q，计算式为：Q=S・h・n・e。

式中：S―注浆岩体表面；h―平均注浆深度；n―平均孔隙率；e―可注率。注浆量按区域不同：中压区第一次注20~30袋水泥，高压区第一次注50~60袋水泥，低压区第一次注入10~20袋水泥；第二次注浆量均为40袋水泥（时间约30-45min）。

3.1.5.3 注浆方式和机具的选择采用单液注浆，选用HBW-200型变量注浆泵2台，HL200-3型搅拌机2台，配备Φ51耐压（20MPa）胶管，2m×1.5m×1.5m浆桶，以及用于连接注浆胶管与注浆钢管的手控式管头扣件。

3.1.6 注浆结束的标准注浆结束标准主要是对注浆终压和注浆终量的标准规定。在正常情况下，每次注浆中，注浆压力由小逐渐增大，注浆流量由大到小，当注浆压力达到设计终压时，其注浆终量为20L～30L/min，稳定20min～30min即可结束。在遇到压力上不去，进浆量很大的情况下，经过浆液浓度的调整，仍达不到终压与终量标准时，可采用间歇注浆办法，待24小时后在进行注浆来控制设计的注入量和终压。

3.2 洞内开挖施工洞身开挖采用台阶七步开挖法施工，是指在隧道开挖过程中，分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法。分部平行开挖，平行施作初期支护，砼仰拱紧跟下台阶及时封闭构成稳固的初期支护体系。

3.2.1 超前支护施工中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，洞内采用双层小导管预注浆，小导管按双层梅花形布置，上层小导管按30度外插角施工，确保能固结拱顶以上3m范围；下层小导管按5～10度外插角施打并布置于钢架外缘；小导管环向间距按0.4m布置，纵向间距按1.5m布置，纵向搭接长度不小于1.0m。小导管采用Φ42无缝钢管，壁厚3.5mm，L=4.5m，注浆水胶比1：1（重量比），注浆压力0.5~1.0Mpa，小导管前端作成尖锥状，小导管注浆孔间距为30cm，孔径10mm，呈梅花形布置。

3.2.2 开挖采用台阶七步开挖法施工，第1步：拱部进行超前支护后，采取上弧导预留核心土开挖，开挖循环进尺控制在0.5～0.8m，开挖后及时进行喷、锚、网、系统支护，架设工字钢架并复喷至设计厚度，形成稳定的承载拱。第2、3步：在承载拱的支护下，交错开挖左右阶边墙，开挖循环进尺控制在0.5～0.8m，后按同样方法进行支护，使同一断面处暴露开挖面仅限于一侧。保持左右错开2～3m。第4、5步：左右交错开挖下台阶边墙，开挖循环进尺控制在0.5～0.8m，并及时施作支护，保持左右错开2～3m。第6步：开挖中部上中下台阶预留土。第7步：分段开挖仰拱，施作初期支护及仰拱砼。其施工工序见图1。

3.2.3 初期支护初期支护采用锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成联合受力结构，为保护围岩的天然承载力，初期支护在开挖后立即施作。

3.2.4 仰拱仰拱超前并一次灌注成型，仰拱距离掌子面宜控制在30m以内。仰拱开挖采用全幅施工，为防止边墙拱脚处变形过大，造成喷射混凝土面开裂等病害，采用跳槽开挖，上面铺设仰拱栈桥，开挖长度控制在3~5榀拱架。仰拱开挖后，立即初喷4~6cm喷射混凝土封闭围岩，安装仰拱拱架并喷射混凝土达到设计厚度，使初期支护及时闭合成环，仰拱初期支护完成后，在仰拱初期支护面上安装仰拱钢筋，浇筑仰拱混凝土。

4结束语

同过去贯用的塌方处理方法相比，本工点采用小导管注浆加固和七步台阶法开挖的方式对塌体进行了处理，工期明显缩短。从工期、经济效益和工程质量等方面分析，在适宜的地段具备推广条件。

参考文献：

[1]铁道部第二工程局.《铁路工程施工技术手册》隧道[M].中国铁道出版社，1999年.

[2]中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范[M].中国铁道出版社，2002年.

[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003年.

[4]TZ214-2005，客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S].