隧道塌方处理施工方案

一、工程概况

阮家窑隧道是位于“京包线大同至包头段电气化改造工程”的一座新建双线铁路隧道，地理位于内蒙古丰镇市境内，既有京包线及饮马河左侧。进、出口里程分别为：DK425+500、DK426+485、全长935m。隧道进口至DK425+572.62位于缓和曲线上，洞身大部位于R=1200m的圆曲线上，出口位于直线上。隧道为双线隧道，进口线间距4.18m，出口线间距5.70m。隧道内纵坡为3.6‰的上坡。

隧道围岩为Ⅴ～Ⅵ级，按新奥法设计与施工。支护结构采用初期支护、中设防水板、二次衬砌，形式为曲墙带仰拱。 二、塌方段现状及方案确定

隧道斜井向进口方向里程约DK426+803～+799部位于2009年6月27日发生二次塌方，整个山体已经松动，洞顶地表塌穴直径变大，塌方部位上方为松散塌体，如下图所示。按常规方法无法施工，为安全通过塌方段，根据现场实际情况，结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用大管棚并注浆超前支护，因塌方段为松散塌方体，采用常规的钻进方法容易造成塌孔，最后决定采用大管棚同步跟管钻进施工方法。

DK425+775DK425+799DK425+803塌穴初期支护完成DK425+807拱墙二次衬砌完成喷射砼封闭初期支护变形未开挖段塌方体二次塌方段DK425+803～+799示意图三、施工设计 1、注浆机理

由于整个山体及塌方体结构松散破碎，本工程采用渗透注浆及压密注浆。

2、施工参数选择

2．1、大管棚设计参数：

①导管规格：采用外径Φ108mm的热轧无缝钢管，壁厚8mm，内设钢筋笼； ②导向管: 直径Φ150mm,壁厚5mm,长2m； ③环向间距：3根/m； ④倾角：外插角为3°； ⑤设置范围：拱部120°； ⑥长度：30m； ⑦节长4m、2m。

⑧同一环管棚中接头的位置应相互错开不小于 1m ，管棚节长度为 2m+4m+4m+4m+4m+4m+4m+4m 或4m+4m+4m+4m+4m+4m+4m+2m。

大管棚立面图及剖面图如下所示:

2.2、注浆参数设计

⑴注浆材料及配合比：注浆浆液采用水泥浆，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8:1～1:1；

⑵注浆压力：0.8～1.2MPa; ⑶浆液扩散半径：不小于0.5m; ⑷单根钢管注浆量：

Q=π×r2×L+π×R2×L×η×α×β

式中：r为钢管半径，L为钢管总长度，考虑与钻机连接，取28.5m；R为浆液扩散半径，取0.5m；η为地层孔隙率，堆积体经测试η为12%；α为浆液有效充填率，取0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。

经计算，单根钢管注浆量Q=3.09 m3。 四、方案实施

1、大管棚施工前准备工作 1.1、大管棚及钢筋笼加工 1.1.1、大管棚加工

采用外径Φ108mm的热轧无缝钢管,作为跟管套管，反丝套管用接箍连接，丝扣长10cm，管身钻设孔径10～16mm注浆孔(靠孔口1.5m处的钢管不钻孔)，孔间距15cm，呈梅花型布置。为便于注浆施工，在套管口设置一个孔口异径接头控制装置，为防止浆液倒流，每根管棚尾部均焊接有止浆板，止浆板采用 2cm 厚钢板制作，

1.1.2、钢筋笼加工

为提高导管的抗弯能力，可在钢管内设置钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为Ф25mm罗纹钢，固定环采用Ф42mm无缝钢管，与主筋焊接，间距0.5m。

1.2、混凝土导向墙施工

⑴导向墙采用C20混凝土，在隧道DK425+805～+803范围内隧道紧贴初支表面安装模板浇筑，环向长度为隧道上半断面，断面尺寸为0.5×2.0m，导向墙内埋设3榀I20

工字钢，与管棚孔口管连接成整体，要保证其基础稳定性。

⑵安装导向管，孔口管作为管棚的导向管，它安设的平面位置、倾角、外插角的准确度直接影响管棚的质量。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生位移。

1.3、搭钻孔平台及安装钻机

⑴钻孔平台用钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由1～2台钻机由高孔位向低孔位进行。钻孔平台宽度为上台阶宽度。

⑵平台要支撑于稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。

⑶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。

2、大管棚施工

2.1、大管棚施工工艺

⑴注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，指导施工。

⑵注浆过程中随时检查孔口、邻孔有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。

⑶注浆压力达到2.5Mpa，并持压10min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口。 ⑷注浆过程应派专人负责，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

2.2、跟管钻进

由于所钻地层为松散的塌方土夹石地层，采用常规钻进方法容易造成钻孔坍塌埋钻，探头石卡钻等复杂的孔内事故，为保证钻孔质量，顺利成孔，采用同步跟管施工工艺，空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底，套管扩孔双回旋钻进技术。

2.2.1、跟管钻进的设备及配套机具

由于全孔跟管钻进，要求设备具有扭矩大、给进力大、转速慢的特点。 2.2.2、开孔及钻进

奇数孔为有孔钢花管，偶数孔为无孔钢管，先钻奇数孔，待奇数孔注浆完毕后再钻偶数孔。

⑴开孔：开孔前以孔口导管为准调正钻机，套管从导管中穿过，依导管的方位角 为准，尽量调正接近施工设计所需的方位角。套管穿过导管后一头放在需钻进的地表，用水平尺或连通管调平套 管，然后将套管调为上倾2°左右的角度，用钻机将套管压入土中10cm左右，然后开风，不回转钻具将管子打入土层1 m后回转钻具跟管，在开孔时发现套管偏斜等情况时应及时调整，保证以后的跟管精度。

⑵钻进：钻进时应以排屑顺畅为准。浅部时应控制进尺，以免岩屑太多，排除不及时产生回转困难的状况。钻进中发现回转阻力大或外套管跟着旋转的情况时要轻提钻具吹孔，若遇排渣时泥团过多应往孔内注水，放喷排出泥团。

钻进中，每次加尺后，须先钻进后起出进行棚管丝扣接缝焊接（即先钻后焊），以免钻进时的扭力造成开焊。要求每个接缝焊接进行自检，保证焊接质量。

反转提钻：在必要反转提钻时可边冲击边反转两圈左右，然后在不停风的状态下提钻。

钻具检查：每打完一个钻孔要检查偏心钻头的收敛和张开状况，注意偏角过大时要及时更换 横销或补焊偏心槽。

大管棚施工工艺框图

周边放样布孔 导向墙施工 钻机就位 钻孔同步跟入无缝钢管 钻至设计深度退钻 继续钻进 套管内注水清洗 安放钢筋笼

钢花管注水泥浆(奇数) 钻进钢管检查注浆质量(偶数孔) 钻进结束 隧道开挖 2.2.3、洗孔

当钻孔结束时，应对钻孔洗孔，洗孔采用Ф15 mm的铁管用潜水泵抽水清洗，边清洗 边来回抽动，回转铁管，清洗以水清砂净为准。 2.2.4、插入钢筋笼

钻孔冲洗到位后即可下入钢筋笼，人工分段送入钢管内，钢筋搭接长度15 cm。 2.3、注浆

2.3.1、注浆要求

⑴注浆先灌注有孔钢花管即奇数号孔，注浆结束后用M10水泥砂浆充填钢管。待1至2天固结后，再钻偶数号孔，检查注浆质量，并按上述方法插入钢管，灌注水泥浆。

⑵注浆量应满足设计要求，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。

⑶注浆时一般总是先注无水孔，后注有水孔。在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定，一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。

2.3.2、注浆效果评定

⑴对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。

⑵在进行无孔钢管钻孔时观察孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，涌水量小于0.4L/min，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。 五、施工注意事项

⑴相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1 m。

⑵钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。

⑶施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。

⑷严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。

⑸经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，终孔仍超限者应封孔，原位重钻。 ⑹掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。 六、跟管钻进中遇到的问题及解决措施

⑴排屑困难：由于所钻钻孔基本上为水平孔，岩层比较松散，排出的岩屑多为泥团，

当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中，严格 控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。

⑵偏心钻头脱落事故：在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故，经分析主要原因是偏心横销材质较差，易断。当事故发生时，先拔管，然后用筒状岩心管取心钻进取出。需改变偏心横销的材质，选用轴承钢加工横销。

⑶管靴脱落事故：在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在给进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶 拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力 大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用公锥取出管靴，再继续跟管钻进。防止管靴脱落的主要措施如下：①在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；②管靴与套管实行铆焊、点焊联接。

⑷跟管钻进蹩钻事故：在跟管钻进过程中，当钻遇隐埋物如钢筋或土石软硬不均时，会发生严重蹩钻，钻具无法正反转，遇到此种情况需拔出套管，取心钻进后再跟管钻进。 七、安全保证措施

⑴施工人员作业前进行安全教育和考核，合格后方可进行上岗作业； ⑵施工人员到达工作面后，应首先检查工作面是否处于安全状态；

⑶注浆时注浆人员必须佩戴防护眼镜，戴安全帽、防护手套、穿工作服；电工穿绝缘鞋和戴绝缘手套；

⑷高空作业时必须佩戴安全带，防滑鞋，挂妥挂钩，并有安全防护拦和安全网等防护设施，对施工机具和材料要有保护措施，避免掉落，严禁向下方丢弃废物；

⑸施工现场用电严格按照三相五线制布设电线，做到二级保护，三级控制，一机一闸。

⑹施工机械、机具和电气设备，在安装前按照安全技术标准进行检测，经检测合格后方可安装，经验收确认状况良好后才可运行。

⑺严格机械作业规程，非本机司机不许进行机械、汽车操作。