加固隧道破碎帶抽坍整治
複合式隧道止水加固技術
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1.工程背景
某新建隧道掘進過程遭遇破碎帶，導致隧道頂拱及人行橫坑內發生坍方、湧水情形。由於本區段屬於武塔片岩地層，主要組成物為葉理發達自持性差的矽質片岩夾黑色及綠色片岩，容易受開挖解壓擾動影響。抽坍後，施工單位為避免災害擴大，並保障施工安全，特別緊急委託設計單位進行搶險規劃並招募專業廠商執行。
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2.解決方案
經各專業單位現場勘查後，訂立「先期保護」、「前方加固」、「遠排近灌」、「先撐後挖」、「隨挖即襯」的執行原則，並制定解決方案如下：(1)以先進支撐及灌漿工法為主，排水工法為輔，逐步通過破碎帶；(2)抽坍區岩盤固結灌漿配合先撐管冪支撐系統，依不同範圍不同深度進行順級灌漿；(3)採用凝結時間可調整，且具備止水、加固功能的聚胺酯樹脂進行抽坍區填充，降低復工時二次破壞風險；(4)未抽坍區域周圍岩盤與岩碴土心以LW漿液進行大範圍加固；(5)復工時遭遇破碎區域，可先鋪設一層點焊鋼絲網並加噴鋼纖噴凝土後，再以自鑽式岩栓進行徑向LW漿液灌注，系統性進行隧道周圍固結灌漿。
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3.施工設計
針對隧道抽坍部分由於局部位於下坡開挖，需要採用抽水泵進行排水，對於支保及襯砌受損位置，則採用掛網噴漿及加噴鋼纖噴凝土方式加強。經過TSP震波探測發現，地下水通過抽坍區上方，並透過抽坍範圍疏鬆岩屑以高達每分鐘2.0立方公尺以上速率向外湧出。為進行抽坍區灌漿加固，除了打設長距離洩壓管降低地下水壓力外，另規劃灌漿作業施工設計如下：
(1)未抽坍區周圍岩盤固結灌漿。於岩盤面鋪設一層點焊鋼絲網加噴鋼纖噴凝土後，鑽設6m自鑽式岩栓，並以不大於1500kPa的壓力灌注膠凝時間30~120sec的LW水泥化學漿
(2)抽坍岩碴土心固結灌漿。為增加開挖土心的穩定性，針對土心鑽設自鑽式岩栓並以順級灌漿方式施灌LW漿液，其中順級灌漿共分6m與12m級距，以確保整體固結均勻度。鑽灌與開挖作業配合方式為鑽灌12m、開挖9m，預留3m改良保護層
(3)抽坍區周圍岩盤回填與固結灌漿。(A)頂拱上方回填灌漿。針對隧道原既有已開挖區周圍，系統性鑽設角度40度長度12m之先撐管冪並施灌LW漿液，預計回填範圍為隧道周圍7.7m。(B)周圍岩盤固結灌漿。針對隧道原既有已開挖區周圍，系統性鑽設角度20度與10度長度12m之兩層先撐管冪，並灌注具止水與固結性能之聚胺酯樹脂，預計固結範圍為隧道周圍4m。(C)鑽灌完成開挖9m後，進行下一輪鑽灌作業。
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4.施工過程
為能使漿材均勻分布到岩層縫隙同時防止坍孔，施工時主要以50mm直徑衝擊式鑽機引孔再插入自鑽式岩栓搭配順級灌漿進行作業，灌漿順序以劈距法（Split Method）施灌，單數孔鑽灌完成後再進行雙數孔鑽灌。抽坍區周邊因為地下水量豐沛，為避免漿材流失，採用微膨脹聚胺酯樹脂漿材搭配直徑4”鑽孔及直徑0.5”集束灌漿管進行孔口封塞管冪灌漿及地盤改良。
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5.執行成果
本次隧道頂拱歷經兩次抽坍，幸好規模與範圍均得以控制，雖然出水量龐大，但並未造成無法整治狀況。在緊急抽水防止襯砌泡水軟化，再經支保及噴凝土加固後，鑽灌工作得以順利進行。依照設計完成灌漿加固及管冪設置後，報請主管單位、施工單位及各專業單位會同查驗，確定隧道安全性已達繼續施工標準後，施工單位通過抽坍區向前繼續掘進，順利完成隧道破碎帶抽坍整治工作。
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隧道破碎帶抽坍整治-複合式隧道止水加固技術
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