隧道塌方松散体开挖钻套超前施工技术

摘要：通过湖州隧道在开挖塌方松散体时的超前支护施工实例，分析了传统单一超前小导管支护的施工缺点和弊端，对施工进度的影响；重点阐述钻套超前施工技术加快施工进度的方法和工艺。

关键词：隧道塌方；超前支护；超前小导管结合钻杆支护。

Abstract: through the Huzhou tunnel during excavation collapse loose body of advanced support construction as an example, analyzed the traditional single advance ductule supporting construction flaws and shortcomings, the impact on the construction progress; Emphasis on drill set of methods and technology of the advanced construction technology to speed up the construction progress.

Key words: tunnel collapse; Support in advance; Advance ductule union pipe support.

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1 引言[收稿日期：xxxx-xx-xx （年-月-日） ]

当隧道地质有明显断裂构造时，岩层破碎，地下水较发育，节理面较发育，对施工中地质构造影响较大，如果开挖出渣后对掌子面的喷锚封闭速度低于开挖后的岩体的受氧化程度，容易造成掌子面和岩体逐层剥落，形成塌方。

超前支护作为隧道施工的关键工序，对隧道施工的安全和进度起着重要作用。虽然超前支护施工技术在工程实际中的应用比较广泛，但发展还不够完善，对其施工方法和实际应用的研究远远落后于工程实践。本文结合湖州隧道塌方现场施工情况，通过对松散塌方体开挖时采用的钻套超前施工技术，即钻杆、钻头和普通钢管相结合超前支护形式来开挖塌方体的施工方法和工艺进行了阐述和分析，希望为处理隧道塌方时的超前支护施工提供经验。

2 工程概况

湖州隧道隧址区宏观上位于湖州背斜内，背斜轴部走向进东西，核部地层为D1-2ms砂岩，隧址区构造较为复杂，其中有6个断裂带，分别为F1~F6，断裂段岩体节理裂隙较发育，主岩为石英砂岩，受氧化后极易风化。根据工程地钻探、物探及工程地质水文调查资料分析，隧道内F1、F3、F4断裂带规模相对较大，其他断裂带规模较小。

由于以上地质构造特点，在隧道开挖施工过程中，经常会出现各种大小塌方，塌方多为松散碎石堆积体，在进行超前支护施工时，小导管直接用凿岩机推不进去，用钻杆钻孔又不能成空，甚至钻进后的钻杆由于松散杂物导致不能拔出，严重影响施工进度并增加成本。针对此类问题，通过对超前小导管施工方法和工艺的改进，采用钻套超前施工技术，并在几次塌方处理过程中进行多次实施，取得了较理想的效果。

3.施工技术

3.1原材料

⑴钻杆、钻头

与开挖隧道YT-28凿岩机匹配的钻杆及Φ50钻头，本品为建材市场常见类消耗材料，应用较普遍。

⑵Ф50×5㎜无缝钢管

隧道施工超前小导管，用于围岩较破碎、地下水较发育，设计中应用较普遍的超前Ф50×5㎜无缝钢管为原材料。

3.2主要施工设备

YZ-28凿岩机、隧道用螺杆空压机

3.3施工工艺

超前支护是隧道开挖时保证施工安全的辅助施工方法和措施，对隧道的开挖施工起着至关重要的作用。超前小导管支护作为其中的一种安全辅助措施，适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压断、砂层段、砂卵石段、断层破碎段等地质地段的预支护[1]。

3.3.1传统超前小导管支护施工方法

首先通过钻杆钻孔，清孔和钻孔验收；然后再把小导管用YZ-28凿岩机推入孔中，如果塌方松散体为土质，我们可以通过YZ-28凿岩机直接将加工好的小导管推入松散的土体中；最后再将水泥浆液通过小导管用注浆机注入到松散塌方体中，使松散塌方体整体固结，为下一步开挖作准备。

经过注浆的松散塌方体，其物理力学性能指标得到了很大的改善，从而提高了松散塌方体的整体性和稳定性，有效保证开挖塌方松散体时的安全性。

图一（传统超前小导管注浆工艺流程）

超前小导管注浆工艺流程[2]1

3.3.2传统单一小导管超前支护的缺点

这可以从四个方面解释：其一，松散体的钻孔施工容易，但超前小导管进入难，主要是因为钻孔过程中形成塌孔，钻杆极难拔出；其二，松散体孔隙率较大，在注浆过程中会向一个方向扩散，而且扩散范围跟理论差距较大，实际中扩散只有局部，而行不成“无孔不入”，易造成块状的堆积物，并起不到注浆效果的整体加固作用；其三，实际施工中只打管，注浆后固结时间长，管体本身钢度不够，极易受剪变形，形成隐患；其四，而打管注浆不到位，管体周围浆液扩散半径不够，浆液流向不明，造成支护强度不够和施工材料浪费。

3.3.3钻套超前小导管支护施工方法（工艺改进）

图二：钻套施工断面图

（1）钻杆和小导管单根长度根据不同结构断面采取不同的长度，环向间距20cm，从钢架肋板钻孔中穿过，仰角及外插角5°～15°。布设范围大部分在拱部140°范围内，纵向间距为2m，超前小导管搭接长度不小于1.5m。

（2）小导管加工制作

小导管采用Φ50mm×5mm厚钢管加工而成，小导管前端加工成斜切角，以便插打。为保证浆液的扩散、流动的良好性，小导管中间部位设置8～10mm溢浆孔，间距20cm，呈梅花形布置，导管尾部1.0m范围内不设置溢浆孔，尾部加设套丝变截管，并安装止浆阀。

（3）首先通过凿岩机将钻杆纵向钻入不必拔出；然后将凿岩机与钻杆的连接套筒卸掉，让钻杆作为导管的导向杆，将已加工Ф50×5㎜超前小导管套住钻杆延其方向打入；最后安装小导管尾部的止浆阀。

（4）按注浆设计布置图，安排设备就位，接好管路系统，做注浆前的试运转。用1.5～2倍注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好风、水、电，检查管路系统是否耐压，有无漏水，检查管路连接是否正确，检查设备运行是否正常，试运转时间20min。注浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级提升到规定值。注浆开始时，使用最低一级的压力注浆，当注浆量有明显回浆时，逐渐加大注浆压力，直到单位注浆量达到设计注浆量时，结束注浆。采用分压注浆时，压力分级不宜过多，当注浆压力达到设计终压后稳定20分钟后，结束注浆。当发生串浆时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。

图三（改进后超前小导管注浆工艺流程）

超前小导管注浆工艺流程3

3.3.4工艺改进优点

根据现场施工采用钻套超前小导管施工技术优点如下：其一，钻杆打入后不必拔出，避免了由于松散体卡钻难以拔出的麻烦，加快施工进度；其二，钻杆钻进后形成对孔体的支撑，不会出现塌孔堵孔，避免了松散体塌孔后清孔的麻烦，从而加快了支护的施工进度；其三，钢管套进推入后整体上增强超前小导管支护钢度，实际施工时，在处理地下水不发育的小型坍塌体过程中，可通过调节钻杆环向间距增加整体受力；其四，在钻套结合施工后，即避免了成孔难的问题，也增强了杆体的承载力，钻杆作为小导管的导向杆，不仅起着导向作用，而且还增强小导管的刚度，提高支护安全系数，同时加快了塌方处理的进度。

4工程实例

湖州隧道F4断层内（DK176+765处）有一塌方体，由中铁十七局一公司施工。围岩节理面为黄褐色，拱部和边墙处分布岩体呈压碎状，稳定性极差；中部竖向分布软质夹层粉质砂岩至拱顶，宽度约1.5～1.8m,右边墙分布软质夹层，面积为5㎡。由于夹层两侧分布压碎状碎石，此次在开挖出渣完成后，对掌子面封闭时，出现夹层松动掉块，前12h掉块量达20～25m³/h,外露掉块将拱顶坍塌口封口后，达到暂时外露渣物稳定，掉块多为粉质砂岩块状体和细碎砂岩松散体，坍塌高度约在拱顶上8m,宽度约1.8～2.5m,纵向呈扇形状，长度约7～8m。我们在开挖次塌方松散体时，超前支护采用了钻套超前施工技术，很快就穿越了松散塌方体，取得了很好的效果。

5.结语

通过钻套超前施工技术，在处理小型塌方体和难钻孔、难清孔、易塌孔、荷载较大及岩体应力有释放的破碎段的应用。节约了时间，加快了进度，使得高速铁路坍塌处理这个技术难题得以进一步提升，为今后隧道塌方施工在高速铁路建设中的进一步发展和应用提供了参考经验。

参考文献

[1]铁道部经济规划研究院．铁路隧道工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社,2008.TZ 204—2008386.4.1

[2]铁道部经济规划研究院．铁路隧道工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社,2008.TZ 204—2008396.4.2