隧道掌子面塌腔段治理方案

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　　一、塌腔形成原因
　　塌腔位置围岩构造为软弱青灰色砂质板岩，薄层状，层面结合处有光滑碳质薄膜，层间接合较差；局部夹杂白色石英岩，岩体极破碎，自稳性差，局部为松散体，易松动坍塌；裂隙发育，地下水丰富，主要为裂隙水，沿砂质板岩与松散体接触部位渗入隧道。
　　岩体破碎富水，加上开挖放炮扰动，造成隧道掌子面K1+323~K1+329塌腔。
　　二、塌腔处理方案
　　1）加强超前探孔，探明前方围岩及水量情况，并起引水作用，本段开挖采用三台阶预留核心土施工工艺。
　　钻孔
　　采用风水联动新技术一次性成孔进行钻进，上导上部左侧、右侧涌水处布2个孔，孔深15米，超前探孔孔向沿掌子面方向上仰5°至8°，钻向与隧道纵向保持平行。
　　钻孔所需人员、设备：
　　潜孔钻1台，风钻工6人。
　　
　　2）K1+326.25~K1+332.25段拱架间距调整为50cm，布设双层钢筋网，超前支护采用双层注浆小导管（4.1m/根，65根/环，2.5m/循环）；K1+322.5~K1+329.25段布设锁脚小导管（4.5m/根），每榀拱架共布设7处（18根）锁脚导管，其中拱部塌腔位置按4根/处布设，布设2处；其余按2根/处布设。
　　①小导管采用ф42mm无缝钢管制作，前端加工成圆锥形并封焊密实，管身设若干溢浆孔，孔径6-8mm，孔距10cm，按梅花型排列；后端1m范围内不设溢浆孔。
　　②小导管按拱顶外轮廓中心高程和支距进行布孔放样，并以插钎作为标记控制小导管的间距。
　　③小导管插入钻孔后外露一定长度，以便连接注浆管路，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。
　　④小导管注浆的孔口最高压力严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力为0.5-1.0Mpa，止浆塞必须能承受注浆压力。
　　⑤控制注浆量，每根导管内达到规定注入量后即可结束，若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，也应停止注浆
　　超前小导管施工人员、设备：
　　风钻工6人，YT-28凿岩机4台，注浆机1台。
　　
　　3）于K1+319.5~K1+332.25段左侧90°、右侧45°范围内布设径向注浆小导管，6m/根， 按75×60cm（纵向间距×环向间距）布设。
　　为保证开挖安全以及尽量不扰动塌腔范围内围岩，径向小导管在喷射砼施工完毕再施工。径向导管按75×60cm（纵向间距×环向间距）布设，小导管采用ф42mm无缝钢管制作，前端加工成圆锥形并封焊密实，管身设若干溢浆孔，孔径6-8mm，孔距10cm，按梅花型排列；后端1m范围内不设溢浆孔。小导管注浆压力控制在0.5-1.0Mpa。
　　径向导管施工所需人员、设备：
　　风钻工6人，YT-28凿岩机3台，注浆机1台。
　　
　　4）上台阶开挖通过塌腔段，且经监控量测数据显示拱架无异常收敛后，即可开始中台阶接腿施工，中台阶施工时，先施工左侧中台阶，并严格控制开挖进尺，每次开挖、支护1榀拱架，开挖完毕，即刻进行支护，开挖1榀，支护1榀。
　　
　　5）对塌腔腔体采用泵送砼进行回填，回填过程中预留注浆孔，回填完成后对不密实部分进行注浆填充直至密实。
　　于塌腔内壁喷射厚度不小于10cm后喷射砼封闭塌腔内壁，并于初支面预留砼泵送孔、注浆孔，砼泵送红孔、注浆孔延伸至塌腔顶。
　　泵送砼前，沿竖直方向设置工字钢作为临时支撑，工字钢支撑立于稳固基岩上，临时支撑沿隧道纵向按75cm间距布设，共布设7榀18#工字钢做为临时支撑。
　　临时支撑施工合格后，即可开始砼泵送工作，泵送砼分三次进行，每层厚度不大于2.5米。
　　施作完第1层泵送砼待砼初凝达到一定强度（不小于2.5MPa）后，及时施作第1层泵送砼充填高度范围内径向注浆小导管，起径向加固围岩和本层砼锁脚作用，施作完径向此范围内径向注浆小导管后，即可施作第2层泵送砼，施作完第2层泵送砼后，待砼初凝并达到一定强度（不小于2.5MPa）后及时施作第2层砼范围内径向注浆小导管，按同样方法施作第3层泵送砼，最后通过预留注浆孔对塌腔体注浆，充填不密实部分（注浆压力控制在0.5~1.0MPa之间）。
　　泵送砼过程中注意观测拱架是否变形，初支表面是否出现裂纹，如有，立即停止泵送，加强临时支撑，待相关数据（监控量测数据）显示无异常变形后继续泵送砼。
　　
　　6）对K1+322.5~K1+332.25段仰拱、二衬钢筋采用φ25@20cm（25螺纹钢，间距20cm）。
　　待下导开挖、支护完毕，且经监控量测数据显示无异常收敛、沉降后，即可开始施作本段仰拱，施工时，严格控制每次仰拱施工长度(不大于5m)，开挖好后及时施作仰拱钢筋、仰拱砼，施工过程中加强监控量测，一旦发现异常收敛变形，即刻施作临时支撑。
　　
　　三、隧道掘进
　　对本段掌子面掘进采用三台阶施工工法。
　　开挖第1步：上步弧形导坑开挖。
　　在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3~5米，核心土宽度控制在隧道宽度的1/3~1/2之间，开挖循环进尺保持在1.5m以内，开挖后及时进行喷、锚、网、拱架等初期支护。
　　开挖第2步：左右侧中台阶开挖。
　　开挖进尺控制在1.5m以内，开挖高度在3~3.5m，左右侧台阶错开2~3m，不允许同时开挖左右侧台阶，开挖后及时进行喷、锚、网、拱架等初期支护。
　　开挖第3步：左右侧下台阶开挖。
　　开挖进尺控制在1.5m以内，开挖高度在3~3.5m，左右侧台阶错开2~3m，不允许同时开挖左右侧台阶，开挖后及时进行喷、锚、网、拱架等初期支护。
　　下台阶施工结束后及时施工中心排水沟、仰拱、仰拱回填。
　　开挖所需主要人员、设备：
　　炮工15人、支护班25人，YT-28气腿式凿岩机20台、挖掘机1台、装载机2台、出渣车3台。
　　
　　四、洞内有害气体控制
　　伴随洞内涌水涌碴，同时有可能出现H2S、瓦斯等有害气体，为保证施工安全，避免次生灾害，对洞内有害气体特采取以下预防、处理措施：
　　1） 隧道内一般地段瓦斯浓度不宜超过0.5%，H2S不宜超过6.6ppm；采取加强洞内通风的手段，将洞内有害气体浓度控制在规范标准之下。
　　2） 在隧道开挖工作面风流中，当瓦斯检测浓度超过1%时，停止钻眼放炮；当浓度超过1.5%时，停止施工，撤出人员，切断电源，停止电动机运转或开启电器开关，待采取措施处理后进行再次检查，确认安全后方可施工。
　　3） 工作面固定设置有害气体自动报警监测仪，随时关注工作面气体质量。
　　4） 指派专职气体检测员，配置便携式有害气体检测仪，实行“三班制”24小时不间断巡查检测。检测频率每4小时检查一次，瓦斯浓度的测定应在隧道风流的上部。
　　5）加强对洞内死角，尤其是隧道上部、坍塌洞穴、避人（车）洞等各个凹陷处通风不良、有害气体易积聚的地点，严格进行浓度检测，如瓦斯浓度超过1%、H2S超过6.6ppm以上时，应立即采取局部加强通风措施进行处理。
　　6)做好检查有害气体的详细记录，各工班要进行交接签字手续，有害气体检测员、技术员、施工员（工班长）接班时要查阅上班的检测记录，并向项目经理部安全专管部门汇报。
　　7)项目经理或总工程师每天审阅通风有害气体日报表，进洞时必须携带有害气体检查仪进行有害气体检查。
　　8) 配置必要的防毒设备器具和抢救药品，应对洞内突发事件；并和当地职能部门取得联系，随时应对突发事件，做到预防及时，抢救及时。
　　9) 编制好有害气体应对预案，并组织落实。
　　五、加强监控量测
　　1） 加强对塌腔处理段的监控量测，加密布置监控量测点，根据沉降收敛速率确定量测频率。
　　2） 根据每天量测数据，及时调整加强支护参数。
　　3）在塌腔段，每5m设置一组监控量测点，每组测设七条基线数据（监控点布置见图14）。
　　4） 每日及时向项目部主管负责人和监理部门汇报监控量测数据，将洞内初期支护安全情况掌握在可控范围内。
　　5） 每日对洞内涌水量进行定时定点监测，根据每日涌水变化数据，及时塌腔段施工工艺。
　　六、结语
　　 由于隧道地质条件复杂，在开挖过程中出现塌腔现象在所难免。准确分析塌腔原因，并及时采取一些列有效措施，有效控制塌腔。加强对“新奥法”的理解，坚持按新奥法施工，“新奥法”施工原则应贯穿至日常施工各个环节，贯穿到每个工序、每个工班、每位职工。

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