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【摘 要】本文以四川卡拉杨房专用交通公路工程草坪子隧道上行线塌方的经验总结，通过管棚法与注浆加固法相结合，可靠、安全的处理塌方地段，处理方案采用偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚施工工艺，并配合其他加强支护措施，对塌方段泥石流渣体进行超前管棚注浆、支护等施工工艺，为类似工程提供可靠借鉴作用。
【关键词】塌方；渣体；超前大管棚；支护
1.隧道塌方段概述
1.1 草坪子隧道工程及地质情况
草坪子特长隧道位于卡杨交通专用公路中部，采用上下行分离式隧道形式，全长约4.7km，建筑限界上行线为：6.0m×5.0m（限宽×限高），下行线为5.5m×4.5m（限宽×限高），隧道开挖面积约37～62㎡，为小断面隧道。隧道围岩岩性主要以云母石英片岩为主，局部为炭质板岩、大理岩，地下水活动轻微，岩性以Ⅲ～Ⅳ级为主。局部洞段受F34前波断层影响，走向与洞内夹角10～20o，带内见断层泥、构造为角砾岩、碎裂岩及挤压劈理带等，地下水发育，围岩稳定性差。
1.2 草坪子隧道塌方段情况描述
草坪子隧道上行线开挖至桩号K42+549，发现掌子面拱顶右侧围岩较为破碎，节理裂隙较发育，围岩稳定性较差。针对这一情况，及时进行了锚喷支护，然后根据掌子面围岩情况，采取弱爆破、短进尺的方式进行施工。在型钢拱架之间加设I14型钢钢架，作为加强支护。
1.3 草坪子隧道产生塌方原因分析
通过该段随动的断层性状差，且富地下水，围岩稳定性差，是造成塌方的主要原因。随动穿过的厌有相对软弱的炭质板岩、含炭质板岩、含炭质粉砂岩等，受构造挤压多呈煤渣状，稳定性差。不排除受前波断层与断层之间交汇影响。
2.隧道塌方段处理方案
2.1草坪子隧道上行线掘进方案
为满足后续管棚施工要求，分部清渣至K43+575后，开始拆除4榀型钢钢架，至里程K42+570段，本段型钢钢架间距1.2m，并沿开挖轮廓线扩挖50cm，扩挖完成后重新进行支护，采用Φ22砂浆锚杆，间距1.0m×1.0m梅花形布置，长度3m，采用Φ6.5钢筋网，网格尺寸20cm×20cm，喷C25砼厚15cm。
管棚采用Φ108，壁厚6mm钢管制作，长度30米，环向间距30cm，顶拱150o范围内布置，外插角控制在5～10度范围内，经计算，管棚总计37根，同时在每根管棚之间设置超前注浆小导管Φ42×4@30（环）×200（纵），L=600cm，外插角控制在45o，每环总计36根，灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体沿平行于洞轴线方向设置Φ42注浆小导管，L=600cm，间距1m×1m梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。
2.2偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚施工方案
2.2.1采用的钻孔机具设备
采用YXZ70型锚固钻机扩孔及单偏心DP108低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ70型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。
钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部。
钻机水平钻进状态尺寸为3600mm×5OOmm×900mm （长×宽×高），钻机总量1260kg；主机（含动力头、轨道和底盘架）重770kg；液压站（含油箱、散热器、油泵电机和支架）重340kg；操作台（含操作台架、多路换向阀和液压油管）重150kg；最大部件动力头重235kg。钻机占用工作平台面积不大，重量轻，移动方便。
DP108型潜孔锤跟管钻具与YXZ70型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成。
2.2.2钻进系统工艺原理
钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的磨擦力小于孔底围岩对偏心钻头的磨擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。
当钻进作业告一段落，需将钻具后退，慢速反转钻具，偏心钻头依靠惯性力和孔底磨擦力收缩返回，整套钻具的外径小于钢套管内径，即可将钻具退回到进行配钻杆和钢套的位置，或将钻具退至孔外，钢套管留孔内护壁。
安装Φ108管棚，管棚安装完成后，采用MJW系列同心套管千斤顶将钢套管拔出。
2.2.3施工方法
2.2.3.1管棚制作及孔位布置
根据该塌方段围岩情况，采用D108*6热轧无缝钢花管作管棚，即直径×壁厚=108×6mm，钢管前段呈尖锥形，尾部焊接Φ16加劲箍，管壁四周钻Φ16mm压浆孔。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设1个，两侧分别按30cm间距布设。布置范围为拱顶150°，共计37孔，每孔管棚长度为30m，累计1110延m（见图8），钢套管分节长度为1.5m，两节套管问采用内车丝扣方式设连接。钢套管跟进长度为15节×1.5m为宜，长度22.5m，并视具体情况可以加长。
2.2.3.2管棚长度及花管、实管设置
根据现场实际情况，管棚长度L=30m （5根×6m/根），钢管分3m和6m长两种形式，施工管棚时第一节钢管交替采用3m和6m两种长的钢花管，其余节数均采用6m长的钢花管，以保证同一截面安装接头不超过50%。 2.2.3.3导管方位角选择
经过严密的计算，在外插角为5°时，管棚尾部高出设计开挖线1.52m左右，可以有效防止管棚施作后进入开挖断面，避免开挖后出现割管现象。在实际操作中外插角控制在5°。
2.2.3.4灌浆方法
灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体设置Φ42注浆小导管，L=450cm，间距1m×1m梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。
采用纯压式灌浆方法进行灌浆。本灌浆工程为临时加固工程，灌浆目的是使洞挖时水泥浆胶体能在洞周围一定范围内起到粘结松散渣体的作用。结合以往施工经验，对灌浆数作如下设置：
①灌浆压力：灌浆初压控制为0.5～1.0MPa，终压为1.5～2.0MPa。
②浆液水灰比：采用l：l和0.5：1两级水灰比（以浓浆灌注为主，以使能尽快起到胶凝粘结作用）。
③通过焊接在钢花管上的止浆阀对大管棚注浆，Ⅰ 序孔注浆压力为0.5～1.0MPa，Ⅱ 序孔注浆压力为1.2 MPa以内，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
2.2.3.5技术操作要点
①操作平台及钻机安装牢固，洞边墙支撑固定，保证施工中钻机及平台的稳定性。同时平台和钻机安装平整，用水平尺校正，确保其水平度。
②钻具及跟管开孔保证孔位点、导向器及动头三点一线，并加长导管，随时用导向器导向以保证铅直度，确保管棚的设计转向倾向。
③钻孔跟管开孔先采用低风量、低压力纯冲击，先造引导孔，待孔基本成型后，开动正转让偏心钻具工作带动导管跟管，但转速要限制，以确保孔口岩体不被大面积扰动破坏。
④钻孔跟管过程中，控制进尺速度不能过快，注意间歇空钻排渣，以保证导管与钻杆间通道畅通，避免卡钻并控制风量及钻压（风量、风压以保证冲击器正常工作为准）。
3.隧道塌方地段治水措施
在施工过程中，必须密切注意渗水情况，及时封堵、排水是预防塌方的关键。
3.1进行帷幕灌浆封堵水源
采用帷幕灌浆对水源进行封堵，尽量避免水对隧道围岩的破坏，同时也可以起到加固围岩的作用，注浆的深度一般在15～30M，孔径φ75～110mm，浆液为水泥浆-水玻璃双浆液，注浆孔的间距是根据注浆的扩散半径相互重叠的原则或按设计确定。
3.2采取排水措施
对于少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出；也可以通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管边排水、边喷射混凝土；如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护，先进行引排，待涌水减小或没有时，再进行施工。
4.充分利用超前地质预报
为了制定科学合理的施工处理方案，配合动态设计，实行动态施工，确保施工安全，采用地质雷达等物探设备及方法进行预测预报。超前地质预测预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序；对于重点地段，采用超前地质钻孔及地质雷达等预报手段，对于一般地段，以地质素描为主。
5.结论
通过对围岩、支护、初砌结构的荷载、位移、应力、应变、仰拱隆起、地表沉降进行动态监测，全面掌握监测断面围岩及支护在施工过程中的工作状态及变形情况，及时对监测数据进行分析，评判围岩及支护的稳定性、可靠性，并与设计支护参数进行比较分析，及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定衬砌砼施作时间；依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度。
参考文献：
[1]草坪子特长隧道上行线K42+549～K42+560塌方段处理方案设计图纸[S].2012.9.
[2]公路隧道施工，黄成光，人民交通出版社.
【关键词】塌方；渣体；超前大管棚；支护
1.隧道塌方段概述
1.1 草坪子隧道工程及地质情况
草坪子特长隧道位于卡杨交通专用公路中部，采用上下行分离式隧道形式，全长约4.7km，建筑限界上行线为：6.0m×5.0m（限宽×限高），下行线为5.5m×4.5m（限宽×限高），隧道开挖面积约37～62㎡，为小断面隧道。隧道围岩岩性主要以云母石英片岩为主，局部为炭质板岩、大理岩，地下水活动轻微，岩性以Ⅲ～Ⅳ级为主。局部洞段受F34前波断层影响，走向与洞内夹角10～20o，带内见断层泥、构造为角砾岩、碎裂岩及挤压劈理带等，地下水发育，围岩稳定性差。
1.2 草坪子隧道塌方段情况描述
草坪子隧道上行线开挖至桩号K42+549，发现掌子面拱顶右侧围岩较为破碎，节理裂隙较发育，围岩稳定性较差。针对这一情况，及时进行了锚喷支护，然后根据掌子面围岩情况，采取弱爆破、短进尺的方式进行施工。在型钢拱架之间加设I14型钢钢架，作为加强支护。
1.3 草坪子隧道产生塌方原因分析
通过该段随动的断层性状差，且富地下水，围岩稳定性差，是造成塌方的主要原因。随动穿过的厌有相对软弱的炭质板岩、含炭质板岩、含炭质粉砂岩等，受构造挤压多呈煤渣状，稳定性差。不排除受前波断层与断层之间交汇影响。
2.隧道塌方段处理方案
2.1草坪子隧道上行线掘进方案
为满足后续管棚施工要求，分部清渣至K43+575后，开始拆除4榀型钢钢架，至里程K42+570段，本段型钢钢架间距1.2m，并沿开挖轮廓线扩挖50cm，扩挖完成后重新进行支护，采用Φ22砂浆锚杆，间距1.0m×1.0m梅花形布置，长度3m，采用Φ6.5钢筋网，网格尺寸20cm×20cm，喷C25砼厚15cm。
管棚采用Φ108，壁厚6mm钢管制作，长度30米，环向间距30cm，顶拱150o范围内布置，外插角控制在5～10度范围内，经计算，管棚总计37根，同时在每根管棚之间设置超前注浆小导管Φ42×4@30（环）×200（纵），L=600cm，外插角控制在45o，每环总计36根，灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体沿平行于洞轴线方向设置Φ42注浆小导管，L=600cm，间距1m×1m梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。
2.2偏心钻具扩孔全钢套管跟进长管棚施工方案
2.2.1采用的钻孔机具设备
采用YXZ70型锚固钻机扩孔及单偏心DP108低风压型潜孔锤跟管钻具作为钻孔、扩孔的主要配套机具；YXZ70型锚固钻机为电动机械式潜孔冲击式钻机。
钻机由主机、液压钻、操作台三大部分组成，用高压胶管相互连接为一整体。主机放在钻机平台上，液压站和操作台可放在平台下部。
钻机水平钻进状态尺寸为3600mm×5OOmm×900mm （长×宽×高），钻机总量1260kg；主机（含动力头、轨道和底盘架）重770kg；液压站（含油箱、散热器、油泵电机和支架）重340kg；操作台（含操作台架、多路换向阀和液压油管）重150kg；最大部件动力头重235kg。钻机占用工作平台面积不大，重量轻，移动方便。
DP108型潜孔锤跟管钻具与YXZ70型锚固钻机的钻杆和管棚钢套管相连接，由潜孔冲击器、导正器、偏心扩孔钻头、套管靴等组成。
2.2.2钻进系统工艺原理
钻机钻进时，钻机带动钻杆回转，钻杆将回转扭矩传给潜孔钻冲击器，当压缩空气从钻杆送入潜孔冲击器使之工作后，由潜孔冲击器通过花键带动冲击导正器转动。冲击导正器上有偏心轴，上面安装着偏心钻头，由于偏心轴上的磨擦力小于孔底围岩对偏心钻头的磨擦力，冲击导正器转动时，偏心钻头张开，并在开启到设计位置后被限位键限住，随着导正器回转，冲击器活塞冲击导正器，导正器将冲击波和钻压传递给偏心钻头，对孔底岩石进行破碎。由于偏心钻头钻出的孔径大于钢套管的外径，当导正器上的台肩与套管靴上台肩接触时，导正器将钻压和冲击波部分施加给套管靴，再加上钻压的作用，迫使套管靴带动整个钢套管与钻具同步跟进，保护已钻孔段的孔壁。
当钻进作业告一段落，需将钻具后退，慢速反转钻具，偏心钻头依靠惯性力和孔底磨擦力收缩返回，整套钻具的外径小于钢套管内径，即可将钻具退回到进行配钻杆和钢套的位置，或将钻具退至孔外，钢套管留孔内护壁。
安装Φ108管棚，管棚安装完成后，采用MJW系列同心套管千斤顶将钢套管拔出。
2.2.3施工方法
2.2.3.1管棚制作及孔位布置
根据该塌方段围岩情况，采用D108*6热轧无缝钢花管作管棚，即直径×壁厚=108×6mm，钢管前段呈尖锥形，尾部焊接Φ16加劲箍，管壁四周钻Φ16mm压浆孔。每环孔从拱顶开始布设，除拱顶布设1个，两侧分别按30cm间距布设。布置范围为拱顶150°，共计37孔，每孔管棚长度为30m，累计1110延m（见图8），钢套管分节长度为1.5m，两节套管问采用内车丝扣方式设连接。钢套管跟进长度为15节×1.5m为宜，长度22.5m，并视具体情况可以加长。
2.2.3.2管棚长度及花管、实管设置
根据现场实际情况，管棚长度L=30m （5根×6m/根），钢管分3m和6m长两种形式，施工管棚时第一节钢管交替采用3m和6m两种长的钢花管，其余节数均采用6m长的钢花管，以保证同一截面安装接头不超过50%。 2.2.3.3导管方位角选择
经过严密的计算，在外插角为5°时，管棚尾部高出设计开挖线1.52m左右，可以有效防止管棚施作后进入开挖断面，避免开挖后出现割管现象。在实际操作中外插角控制在5°。
2.2.3.4灌浆方法
灌浆前首先要素喷l5cm厚砼将塌方渣体封闭，并对掌子面渣体设置Φ42注浆小导管，L=450cm，间距1m×1m梅花形布置，对渣体进行灌浆固结，以防止管棚注浆时漏浆现象的发生。
采用纯压式灌浆方法进行灌浆。本灌浆工程为临时加固工程，灌浆目的是使洞挖时水泥浆胶体能在洞周围一定范围内起到粘结松散渣体的作用。结合以往施工经验，对灌浆数作如下设置：
①灌浆压力：灌浆初压控制为0.5～1.0MPa，终压为1.5～2.0MPa。
②浆液水灰比：采用l：l和0.5：1两级水灰比（以浓浆灌注为主，以使能尽快起到胶凝粘结作用）。
③通过焊接在钢花管上的止浆阀对大管棚注浆，Ⅰ 序孔注浆压力为0.5～1.0MPa，Ⅱ 序孔注浆压力为1.2 MPa以内，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
2.2.3.5技术操作要点
①操作平台及钻机安装牢固，洞边墙支撑固定，保证施工中钻机及平台的稳定性。同时平台和钻机安装平整，用水平尺校正，确保其水平度。
②钻具及跟管开孔保证孔位点、导向器及动头三点一线，并加长导管，随时用导向器导向以保证铅直度，确保管棚的设计转向倾向。
③钻孔跟管开孔先采用低风量、低压力纯冲击，先造引导孔，待孔基本成型后，开动正转让偏心钻具工作带动导管跟管，但转速要限制，以确保孔口岩体不被大面积扰动破坏。
④钻孔跟管过程中，控制进尺速度不能过快，注意间歇空钻排渣，以保证导管与钻杆间通道畅通，避免卡钻并控制风量及钻压（风量、风压以保证冲击器正常工作为准）。
3.隧道塌方地段治水措施
在施工过程中，必须密切注意渗水情况，及时封堵、排水是预防塌方的关键。
3.1进行帷幕灌浆封堵水源
采用帷幕灌浆对水源进行封堵，尽量避免水对隧道围岩的破坏，同时也可以起到加固围岩的作用，注浆的深度一般在15～30M，孔径φ75～110mm，浆液为水泥浆-水玻璃双浆液，注浆孔的间距是根据注浆的扩散半径相互重叠的原则或按设计确定。
3.2采取排水措施
对于少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出；也可以通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管边排水、边喷射混凝土；如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护，先进行引排，待涌水减小或没有时，再进行施工。
4.充分利用超前地质预报
为了制定科学合理的施工处理方案，配合动态设计，实行动态施工，确保施工安全，采用地质雷达等物探设备及方法进行预测预报。超前地质预测预报是制定施工方案和工程措施的主要依据，也是隧道施工的一道重要工序；对于重点地段，采用超前地质钻孔及地质雷达等预报手段，对于一般地段，以地质素描为主。
5.结论
通过对围岩、支护、初砌结构的荷载、位移、应力、应变、仰拱隆起、地表沉降进行动态监测，全面掌握监测断面围岩及支护在施工过程中的工作状态及变形情况，及时对监测数据进行分析，评判围岩及支护的稳定性、可靠性，并与设计支护参数进行比较分析，及时调整和修正支护参数，保证围岩稳定和施工安全；提供判断围岩和支护系统基本稳定的依据，确定衬砌砼施作时间；依据量测资料采取相应措施，在保证施工安全的前提下加快施工进度。
参考文献：
[1]草坪子特长隧道上行线K42+549～K42+560塌方段处理方案设计图纸[S].2012.9.
[2]公路隧道施工，黄成光，人民交通出版社.