隧道淺埋地段圍巖加固技術(shù)研究

李明

【摘要】隧道淺埋隧道大部分屬于特殊地形，它具有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶、軟弱圍巖、難以形成承載拱等不利因素，嚴(yán)重影響了淺埋隧道的施工工程質(zhì)量。本文即結(jié)合具體工程案例詳細(xì)闡述了隧道淺埋地段圍巖加固技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】隧道；淺埋；軟弱圍巖；加固；加強超前小導(dǎo)管

一、工程概況

胡麻營隧道全長403 米，該隧道所經(jīng)地形起伏不大，地表大部分地段基巖裸露，洞身溝谷發(fā)育，且大部分為廠區(qū)和城市居民區(qū)，隧道最大埋深約56m。其中，隧道下穿廠區(qū)三處淺埋地段設(shè)計為長管棚施工， 淺埋地段巖層分布有全新統(tǒng)洪積粉質(zhì)黏土，角礫土和人工填筑碎石土，強風(fēng)化石英云母片巖，為 Ⅴ級圍巖，成洞條件差。地表覆蓋層人工填筑碎石土，層厚約 3m，淺埋段地表有流水溝經(jīng)過，地表民房及廠房密集。

二、隧道淺埋地段圍巖加固的相關(guān)技術(shù)

（一）三臺階臨時仰拱法

工藝原理：三臺階臨時仰拱法所采用的施工方法是2層短臺階、1層長臺階分開平行開挖。混凝土仰拱和初期支護封閉是為了保護圍巖自身承載力，有效控制初值支護變形，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)反饋施工來及時調(diào)整支護參數(shù)和二次襯砌混凝土的施工時間。

三臺階臨時仰拱法與傳統(tǒng)施工方法相比，可以多個作業(yè)面平行作業(yè)，初期支護工序操作便捷，有利于機械化快速施工，適應(yīng)性也高于傳統(tǒng)施工方法。采用短臺階，分步平行開挖，爆破施工分成多個作業(yè)面進(jìn)行，將集中爆破化為分散爆破，既減少對圍巖的擾動，又充分利用時間，還增加了爆破臨空面，降低炸藥消耗。分步平行施作拱墻初期支護，混凝土仰拱超前施作及時閉合構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護體系，保護圍巖的天然承載力，有效抑制圍巖變形。全斷面一次施作防水層和灌筑混凝土襯砌，確保了混凝土襯砌施工質(zhì)量。監(jiān)控量測信息反饋指導(dǎo)施工，及時調(diào)整支護參數(shù)。本文所研究的隧道開挖過程中，三臺階臨時仰拱法分為上、中、下臺階和仰拱四部分，4個開挖面，4個不同位置相互錯位同時開挖，在分部時同時支護，進(jìn)而形成支護整體。不僅可以逐步推向縱深，最重要的是可以有效縮短作業(yè)循環(huán)時間。其實質(zhì)是利用核心土施壓于掌子面，尤其拱腳處的特殊設(shè)計提高了鋼架支護的穩(wěn)定性，也增強了初期支護強度，對受力結(jié)構(gòu)起著完善作用。

（二）CRD施工法

CRD 施工法采用預(yù)留核心土的方法，將大斷面隧道分成4個相對獨立的小洞室，之后對四個小洞室展開分部施工，遵循以下施工原則：小分部，短臺階，短循環(huán)，快封閉，勤測量，強支護。隨挖隨撐，及時做好初期支護。然而這種施工工藝分布較多，不利于機械化作業(yè)，后續(xù)開挖和拆除支護會影響前面施工形成的力學(xué)平衡體系，多次改變圍巖應(yīng)力，可能會出現(xiàn)較大的變形量。一般軟巖淺埋隧道會出現(xiàn)拱部圍巖受拉區(qū)連通，破壞洞體穩(wěn)定性，臨時支護中鋼架、錨桿、網(wǎng)片及噴砼強度都按照永久性支護體系參數(shù)執(zhí)行。由于始終保留1.5 m 長核心土，為增大未封閉前的拱腳接觸面積。在兩拱腳位置支墊8 cm 厚，30×30 cm 規(guī)格的木板，控制拱腳的下沉速率。CRD 法施工中臨時支護的拆除，應(yīng)在全斷面完成閉合，各斷面位移基本穩(wěn)定后，才能拆除。

三、超前小導(dǎo)管加固施工技術(shù)

（一）方案選擇

采用加強小導(dǎo)管超前短管棚施工技術(shù)主要利用了加強小導(dǎo)管施工取消了長管棚施工時的洞內(nèi)開挖工作室，減小了開挖斷面；增加超前小導(dǎo)管前后循環(huán)的搭接長度，使超前小導(dǎo)管與工字鋼架構(gòu)成棚架體系。工期方面，按照加強超前小導(dǎo)管正常施工，下穿農(nóng)科所單向掘進(jìn)施工工期約3個月，下穿廠區(qū)單向掘進(jìn)施工工期約2.5個月，廠區(qū)雙向掘進(jìn)工期約1.5個月；成本方面，按照380m雙層超前小導(dǎo)管，綜合費用約912萬元。

（二）加強超前小導(dǎo)管技術(shù)原理

1、施工安全性強

加強小導(dǎo)管超前短管棚取消了長管棚施工時的洞內(nèi)開挖工作室，減小了開挖斷面，且增加超前小導(dǎo)管前后循環(huán)的搭接長度，從而有效地減小了桿體的變形，防止圍巖的崩塌，并有效控制地表沉降。

2、形成加固圈即殼效應(yīng)，就是通過超前小導(dǎo)管配合水泥—水玻璃雙液注漿在拱部140°范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱，以提高圍巖自承能力和穩(wěn)定性。

3、使超前小導(dǎo)管與工字鋼架構(gòu)成棚架體系，使淺埋段開挖始終在超前小導(dǎo)管梁體效應(yīng)的支護下采用合理的開挖方法分部、分臺階開挖，安全可靠，超前小導(dǎo)管施工鉆孔淺而快，并且可使用多臺鉆機同時施鉆，從而在確保安全的前提下加快施工進(jìn)度。

（三）加強超前小導(dǎo)管施工工藝

拱部140°范圍內(nèi)采用小導(dǎo)管短管棚預(yù)注漿超前支護，加固土體，維持掌子面穩(wěn)定，改善開挖面條件，增強圍巖的自承載能力，控制地層變形。

1、小導(dǎo)管加工及制作

小導(dǎo)管采用42，壁厚4.0mm，長為3.5m的熱軋無縫鋼管，在管身設(shè)注漿孔，孔徑6mm～8mm，孔間距15cm，梅花形布置，前端加工成錐形，尾部長度不小于30cm作為不鉆孔的止?jié){段。

2、小導(dǎo)管打設(shè)及安裝

鉆眼沿隧道開挖面5°～10°外插角布置，環(huán)向間距30cm，上下兩排梅花形布置，前后兩環(huán)小導(dǎo)管搭接長度不小于2.0m。每3榀鋼架施作一循環(huán)。開挖后及時施作錨噴和鋼支撐，并封閉掌子面，將導(dǎo)管端頭焊接在鋼支撐頂部，以形成整體。

3、注漿施工

注漿工藝設(shè)計：注漿采用水泥—水玻璃雙液漿注漿，水灰比為1∶1，并按1∶1體積比例配制雙液，注漿壓力初始壓力為0.5MPa，因軟弱圍巖淺埋段部分壓力一次達(dá)不到設(shè)計壓力2MPa，可分次注漿，在初始注漿初凝達(dá)到一定強度后，再二次注漿，當(dāng)注漿表針壓力達(dá)到2MPa時注漿結(jié)束。注漿采取由低孔位向高孔位，由拱腳到拱頂?shù)捻樞蜻M(jìn)行。通過注漿固結(jié)軟弱和松散巖體，使圍巖強度和自穩(wěn)能力得到提高，并將導(dǎo)管外露部分支于拱架上，共同組成預(yù)支護系統(tǒng)。

（四）施工要點及注意事項

1、淺埋段采用加強超前小導(dǎo)管替代長管棚支護，施工關(guān)鍵是確保小導(dǎo)管每循環(huán)搭接長度及小導(dǎo)管尾部與鋼架的焊接質(zhì)量，控制開挖循環(huán)進(jìn)尺，保持小導(dǎo)管搭接長度不小于2.0m，確保超前小導(dǎo)管不懸空，保證其桿體梁效應(yīng)。

2、初期支護完成后及時施作仰拱，盡早封閉成環(huán)，改善圍巖的應(yīng)力及變形狀態(tài)。加快二次襯砌，以有效地控制圍巖變形。

3、對隧道表水的處理

依據(jù)該隧道工程進(jìn)度，把上臺階的開挖里程工作準(zhǔn)備好。并從在淺埋段30m開始做好對淺埋段地表的排水組織處理工作。具體可以按照這樣的方案進(jìn)行：

（1）組織現(xiàn)場測量和查看

把設(shè)計圖紙與現(xiàn)場地質(zhì)地貌結(jié)合好，關(guān)鍵是做好隧道淺埋段地表橫縱斷面的相關(guān)測量工作。充分了解淺埋段隧道的實際埋深度，有針對性地做出相應(yīng)的工作方案來。

（2）做好地表的排水工作

要在左、仰坡的外圍建設(shè)排水溝，還要把地表所呈現(xiàn)出的散狀水，經(jīng)過攔截匯流入槽后就排出來?？梢詫ε潘疁喜捎肕7.5漿砌片石砌筑，其基本尺寸為120cm×90cm，凈空寬60cm、深60cm。在此基礎(chǔ)上，解決好由于這一處位置在自然的沖溝之處，必須建設(shè)好一條寬×深=30×30cm的輔助排水溝，徹底解決好地表排水這個問題。

結(jié)語：綜上，加強小導(dǎo)管超前短管棚施工技術(shù)主要利用了加強小導(dǎo)管施工，取消了長管棚施工時的洞內(nèi)開挖工作室，減小了開挖斷面；增加超前小導(dǎo)管前后循環(huán)的搭接長度，使超前小導(dǎo)管與工字鋼架構(gòu)成棚架體系，使淺埋段開挖始終在超前小導(dǎo)管的支護下加快施工進(jìn)度。對相同或類似工程具有一定的借鑒意義，具有較好的社會經(jīng)濟效益。

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