公路偏壓隧道施工技術(shù)研究

摘 要:淺埋隧道與深埋隧道相比，主要是難以形成承載拱。淺埋隧道多數(shù)有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶、軟弱圍巖等對(duì)隧道開挖有很大影響的特殊地形、地質(zhì)問題。在開挖過程中和開挖完成后會(huì)出現(xiàn)拱頂下沉急劇增大、隧道凈空收縮、地表開裂等，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)。本文基于筆者多年從事公路隧道施工的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以公路隧道軟弱圍巖隧道超前支護(hù)與深空注漿施工技術(shù)為研究對(duì)象，論文詳細(xì)闡述了施工步驟與細(xì)節(jié)，除此以外，筆者也對(duì)隧道開挖和監(jiān)控量測(cè)也進(jìn)行了探討，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

1偏壓隧道的工程特性

由于各種原因使對(duì)稱的隧道結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)所受荷載不同而使結(jié)構(gòu)內(nèi)力左右不對(duì)稱的現(xiàn)象稱為偏壓現(xiàn)象，出現(xiàn)偏壓現(xiàn)象的隧道稱為偏壓隧道。圍巖級(jí)別高，圍巖自身強(qiáng)度就低，隧道開挖引起的荷載全部或大部由隧道結(jié)構(gòu)承擔(dān)，由于各種原因引起的不對(duì)稱荷載也就全部施加在隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上。按照普氏和太沙基理論，隧道開挖后，其上方圍巖將形成天然平衡拱，而天然拱的形成與隧道埋深有關(guān)，埋深小時(shí)，無法形成天然拱，隧道承受的豎向荷載與地形便密切相關(guān)，因此偏壓隧道多數(shù)處于軟巖、淺埋且有較大地形橫坡的地段。

2淺埋隧道特性研究

淺埋隧道與深埋隧道相比，主要是難以形成承載拱。淺埋隧道多數(shù)有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶、軟弱圍巖等對(duì)隧道開挖有很大影響的特殊地形、地質(zhì)問題。在開挖過程中和開挖完成后會(huì)出現(xiàn)拱頂下沉急劇增大、隧道凈空收縮、地表開裂等，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)。

所以，在這種情況下，要采取掌子面穩(wěn)定措施和控制地表下沉措施。地表下沉與埋深有密切關(guān)系。埋深大時(shí)，在隧道橫斷面內(nèi)形成了承載拱，開挖引起的下沉局限在隧道周邊，而埋深淺時(shí)，沒有形成承載拱，開挖下沉?xí)苯舆_(dá)到地表面。在這種情況下，埋深小的隧道，因不能期待形成承載拱，故為防止支護(hù)下沉、增強(qiáng)支撐力而應(yīng)采取必要的措施，并研究采用藥液壓注、垂直錨桿等輔助施工方法。淺埋隧道掌子面前方的先行下沉很大，會(huì)造成很大的地表下沉，因此，研究前方地層的改善、管棚、水平高壓旋噴等輔助方法是必要的。因此淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工一直是隧道施工過程中需要面臨和解決的重要課題之一。

3超前支護(hù)

在軟弱破碎地質(zhì)隧道施工中，雖然采用深孔注漿達(dá)到了止水固結(jié)的目的，但固結(jié)范圍有限，加上地質(zhì)及注漿有些不確定因素，為保障施工萬無一失，一般在開挖前均采取超前支護(hù)，超前支護(hù)一般采用超前錨桿或超前小導(dǎo)管。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工需要解決的問題是掌子面的穩(wěn)定性和合理化施工(安全而快速的施工)兩大問題。對(duì)掌子面穩(wěn)定性起重要作用的超前支護(hù)，是確保掌子面前方穩(wěn)定不可缺少的手段。從作用效果看，超前支護(hù)可有以下幾方面作用。

(1)梁效果:超前支護(hù)的結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)沿隧道縱方向的梁結(jié)構(gòu)，發(fā)揮一個(gè)剛性梁的效果。(2)殼效果:超前支護(hù)可在掌子面前方形成一個(gè)殼結(jié)構(gòu)，以其厚度和剛性來保證隧道掌子面及其周邊圍巖的穩(wěn)定。(3)改良效果:把隧道周邊圍巖的強(qiáng)度加以改善，這是注漿法的主要效果。

3.1 超前錨桿

在隧道周邊，未開挖前先施作超前錨桿，起到預(yù)先加固的作用，其主要參數(shù)為:

全苗桿的直徑φ=20mm～30mm;

長(zhǎng)度1=3.0m～5.0m;

間距d=0.3m～0.5m;

外插角α=10＂～15＂。

錨桿一般采用普通砂漿錨桿，特殊情況下可采用藥包錨桿或邁式錨桿。

3.2 小導(dǎo)管注槳

小導(dǎo)管超前注漿，是在地基灌漿法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)圍巖加固止水技術(shù)，它同時(shí)具有超前支護(hù)作用，是不良地質(zhì)隧道與地下工程施工常用的一種開挖輔助措施。

在隧道開挖掌子面上，沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線以外0.2m～0.3m，鉆孔安裝小的鋼花管，然后進(jìn)行高壓注漿加固，等漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行開挖。其主要參數(shù)為:

小導(dǎo)管的直徑φ=40mm～60mm;

長(zhǎng)度1=3.0m～5.0m;

間距d=0.3m～1.0m。

3.2.1 技術(shù)特點(diǎn)

超前支護(hù)體系，提高了巖體的穩(wěn)定性，控制了圍巖松弛變形，增強(qiáng)了施工的安全性。加固效果好，注漿質(zhì)量易于控制。采用常規(guī)小型機(jī)械，無需配備專用設(shè)備，工藝操作簡(jiǎn)便。

3.2.2 適用范圍

適用于風(fēng)化很嚴(yán)重、節(jié)理很發(fā)育和碎石土、礫石土等各種軟弱圍巖條件下。

的隧道及地下工程地層加固，也可用于處理坍方主體。

3.2.3 主要技術(shù)措施

小導(dǎo)管水泥一水玻璃雙液預(yù)注漿止水加固松散圍巖。

3.3 管棚

當(dāng)圍巖十分軟弱、破碎、變形量很大時(shí)，一般在V、VI級(jí)大變形的條件下，可采用長(zhǎng)管棚的超前加固措施，其主要參數(shù)為:

管棚的直徑φ＝108llum～180llum;

長(zhǎng)度1=10m～40m;

間距d=0.5m～1.0m;

注漿壓力F=1.5MPao～3.0MPao

管棚法的基本原理就是在開挖之前將一個(gè)傘形的金屬保護(hù)棚架預(yù)先安放在隧道開挖輪廓線的外弧線上，該棚架由一定間距排列的大慣性矩的鋼管構(gòu)成，起到保護(hù)下部地層開挖的作用，一般超前長(zhǎng)度在5m～30m，有短管棚、長(zhǎng)管棚。先用鉆機(jī)打一定深度的鉆孔，然后插入金屬鋼管，再用注漿機(jī)壓入水泥砂漿或混合漿液，待其凝固后就可以開挖。在法國(guó)馬賽地鐵2號(hào)工程、日本第一福田尾隧道、成渝高速公路中梁山隧道工程、北京第三使館區(qū)的供熱管線工程的暗挖隧道等都使用了該工法。

4深孔注漿

淺埋偏壓軟弱圍巖隧道的顯著特點(diǎn)就是地下水對(duì)施工的影響。這類隧道地下水發(fā)育，除裂隙水外，往往與地表水串通，形成補(bǔ)給通道，使施工長(zhǎng)期處于地下水干擾之中。并且軟弱破碎地層地下水一般不能形成集中水流往往以散水形式從坑道周壁或隧底流出，施工處理更加困難。為了防止或減輕地下水對(duì)施工特別是對(duì)開挖的影響，必須對(duì)地下水進(jìn)行處理。近年來，在淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工中探索出許多行之有效的辦法，使這些隧道的施工得以正常進(jìn)行，并加快了施工進(jìn)度，提高了工程質(zhì)量，保障了施工安全。淺埋偏壓軟弱圍巖隧道處理地下水原則一般是以堵截為主，排引為輔。堵截地下水的方法主要有兩類:一類是整段進(jìn)行注漿止水，并加固松散巖體，這種辦法是將整段巖層結(jié)構(gòu)通過高壓注漿進(jìn)行調(diào)整，相當(dāng)于提高圍巖等級(jí)，使圍巖在原有基礎(chǔ)上整個(gè)綜合指標(biāo)得以改善，主要措施有深孔劈裂、擠壓注漿。另一類是對(duì)隧道開挖輪廓線以外進(jìn)行環(huán)形注漿，形成止水帷幕，防止或減小地下水進(jìn)入開挖工作面，這種辦法并不能改變開挖段的巖體結(jié)構(gòu)。主要措施有淺孔注漿、管棚注漿、小導(dǎo)管注漿、中空錨桿注漿以及目前正處于研究階段的水平旋噴注漿技術(shù)等。排水輔助措施有導(dǎo)坑、鉆孔排水等方法，目的是排水降壓。下面主要介紹深孔注漿。

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