淺埋偏壓隧道的設(shè)計研究

摘要：在隧道修建中，通常會出現(xiàn)淺埋偏壓的情況，特別是在隧道進出口處和沿山傍河處淺埋偏壓隧道圍巖多為IV級以上軟弱圍巖，力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，而且受偏壓影響，地應(yīng)力分布不均，這就使淺埋偏壓隧道穩(wěn)定性分析變得很困難，使得在隧道進洞施工中很難實現(xiàn)施工質(zhì)量、安全質(zhì)量的精準(zhǔn)控制。本文以某工程隧道出口淺埋偏壓地段為研究對象，針對隧道出口段埋深較淺且存在偏壓、圍巖破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育、穩(wěn)定性能等特點，對隧道洞口淺埋段采取地表預(yù)注漿設(shè)計進行加固，闡述注漿施工工藝，改善軟弱圍巖成拱穩(wěn)定條件。

關(guān)鍵詞：洞口淺埋;偏壓;隧道設(shè)計

引言

近年來，伴隨著我國社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高，同時生活理論也有了很大的轉(zhuǎn)變，越來越注重綠色環(huán)保。對工程建設(shè)環(huán)保要求也越來越高，尤其是對隧道洞口段的環(huán)保要求，相關(guān)設(shè)計施工規(guī)范均作了洞口位置規(guī)范性要求，強調(diào)早進洞、晚出洞，即適當(dāng)延長洞VI和隧道長度，提倡零開挖洞口。讓隧道洞口周圍的植被、建筑物得到妥善保護，洞口段圍巖一般比較破碎、地質(zhì)條件較差，如何遵循盡量減少對巖體擾動原則提高洞口段巖體和邊、仰坡穩(wěn)定性，確保安全、環(huán)保進洞方式值得研究，筆者通過對隧道口淺埋段地表預(yù)注漿軟弱圍巖預(yù)加固措施作出了研究分析，并對如何處理這些問題提出了自己的看法。以供參考。

1 工程概況

該隧道位于改建工程Kl+364-KI+474段，隧道出口緊鄰村莊，距離民房約30m.隧道全長110m，整個隧道位于R=350圓曲線上。為降低公路建設(shè)對隧道附近居民帶來影響，避免原設(shè)計方案進洞深挖方造成環(huán)境破壞，著力保護山區(qū)村莊周圍原始風(fēng)貌，采用隧道早進洞、晚出洞環(huán)保設(shè)計理念達(dá)到零開挖進洞要求，隧道出口端洞口淺埋偏壓段襯砌長度達(dá)56 m。隧道位于兩大山脈間，地形起伏大，溝壑縱橫。隧道軸線海拔高程介于241.2m-268.1m，隧道最大埋深31.3m，山體地勢陡峭，中部起伏不平，植被發(fā)育，隧道洞口段風(fēng)化非常嚴(yán)重，為角礫粉質(zhì)粘土及強-中風(fēng)化千枚狀板巖，穩(wěn)定性極差，洞口段均為V級圍巖。

2 洞口淺埋段襯砌結(jié)構(gòu)及施工方案設(shè)計

2.1襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

隧道洞口淺埋段襯砌形式采用V級圍巖加強段復(fù)合式襯砌支護設(shè)計斷面，針對隧道洞口段軟弱圍巖、淺埋偏壓特點，結(jié)合地表預(yù)注漿加固對超前支護、初期支護及二襯進行加強設(shè)計，支護參數(shù)如下。

1）鋼架，采用I18工字鋼彎制而成，接頭形式為墊板加高強螺栓，考慮到淺埋偏壓等多種不利因素，拱架設(shè)計間距取0.8m一榀，縱向采用擔(dān)2鋼筋連接，環(huán)向間距取1.0m。

2）系統(tǒng)錨桿，采用L=4.0m25mm中空注漿錨桿，拱部及側(cè)墻設(shè)置，環(huán)向間距0.8m，縱向間距配合鋼拱架使用取0.6m，錨桿呈梅花形布置，錨桿尾部與鋼拱架連接，錨桿必須設(shè)計鋼墊板。

3）噴射混凝土，采用25cm厚C25網(wǎng)噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)間距20cm×20cm，鋼筋網(wǎng)焊接鋼拱架。

4）二次襯砌，采用50cm厚FS型C25鋼筋混凝土，主筋采用22鋼筋，縱向間距20cm，構(gòu)造筋采用12鋼筋，環(huán)向間距25cm。洞口范圍20m內(nèi)超前支護采用注漿長管棚，設(shè)置范圍為拱部120，環(huán)向間距40cm，管棚采用108×6cm熱軋無縫鋼管，每節(jié)長4m-6m，管棚注漿采用1：1水泥漿，注漿壓力0.5MPa-2.0MPa。

2.2施工方案設(shè)計

V級圍巖加強段采用臺階分部法開挖，要求先進行上弧形導(dǎo)坑開挖，留核心土支擋開挖工作面，有利于及時施作拱部初期支護以加強開挖工作面穩(wěn)定性，核心土以及下部開挖在初期支護保護下進行，施工安全性好，一般環(huán)形進尺0.5m-1.0m，下臺階長度為開挖毛洞徑1.5倍，為避免初支拱腳下沉，隧道下部斷面開挖時上部斷面初期支護每榀鋼拱架增加4根鎖腳錨桿.隧道施工開挖時少擾動巖體，嚴(yán)格控制超、欠挖，用風(fēng)鎬修邊，修去欠挖部分，鋼筋網(wǎng)和鋼支撐密貼圍巖面，支撐緊密，再加C15混凝土預(yù)制墊塊楔緊使初期支護及時可靠。二次襯砌采用混凝土運輸車、輸送泵和襯砌模板臺車機械化配套施工方案確?；炷临|(zhì)量達(dá)到內(nèi)實外光。

3隧道地表預(yù)注漿加固處理

根據(jù)隧道洞口段地形地貌以及地質(zhì)特征，結(jié)合工程本身特點，通過分析確定洞口段軟弱圍巖加同采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿從施工作用上看施工工藝屬于靜壓注漿之固結(jié)注漿，在注漿理論上屬于滲透注漿，主要通過注漿管將漿液均勻注入地層中，利用漿液速凝且凝固時間可控、漿液結(jié)石率高、結(jié)合體早期強度大特征，在相對較高灌漿壓力，漿液以充填滲透和擠密等方式，趕走碎石土及巖體裂隙中水分和空氣后占據(jù)位置使雙漿液在劈裂孔隙或裂隙中混合并迅速凝結(jié)，形成結(jié)合體使原來松散圍巖膠結(jié)成一個整體，改善隧道成拱穩(wěn)定條件，保證工程安全順利掘進。

3.1 地表預(yù)注漿方案設(shè)計

隧道出口洞門左側(cè)發(fā)育有洼地，右側(cè)地形陡峻，洞口段淺埋偏壓較明顯，隧道洞口處為河流.隧道出口K1+429-K1+464淺埋暗洞段隧道軸線位置埋深僅7m-9m，為確保施工安全順利進洞，通過分析需要對隧道進洞段地表軟弱圍巖進行地表注漿預(yù)加固，即開挖進洞前在洞身軸線兩側(cè)各8m范嗣地表進行豎向鉆孔分段注入l：1水泥-水玻璃雙漿液，將松散圍巖膠結(jié)成足夠強度復(fù)合圍巖，保證隧道安全順利進洞.注漿需要在原地面清表及整平后方可進行。注漿管采用妒5×5mmPVC打孔塑料管，間距2.0mx2.0m，梅花形布置;塑料花管段埋入原地面不小于1.5m，管壁每隔15cm交錯布孔眼，孔眼直徑10mm，詳見圖1

圖1地表預(yù)注漿加固斷面圖

3.2注漿參數(shù)

注漿漿液采用水泥-水玻璃漿液，漿液為水灰比l：l水泥漿，水泥砂漿粘結(jié)劑采用42.5普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為0MPa-2.0MPa，水玻璃按照水泥重量3%摻入起到速凝作用，水玻璃模數(shù)m=2.5-3.0，濃度Be=43-45.注漿漿液的濃度由稀到濃，注漿壓力由低到高進行.注漿量根據(jù)漿液擴散半徑計算確定.考慮注漿范圍相互重疊的原則，擴散半徑Rk按Rk=（0.6-0.7）R計算，注漿采用分段后退式注漿，一階段為1.5m-2.0m，注漿次序為由外而內(nèi)，先形成止?jié){帷幕然后縱橫向每隔3個孔依次注漿至注滿所有孔;施工時注漿孔不得加水并要求加設(shè)止?jié){措施防止?jié){液外泛。

3.3施工工藝及注意事項

隧道洞臼淺埋段軟弱圍巖注漿主要采用帷幕注漿法，縱向由隧道口向進口方向按順序進行，注漿時采取先外后內(nèi)形成止?jié){帷幕.后縱橫向每隔3個孔錯開依次注漿，具體單孔又采取分段式注漿方式，施工次序主要有：

1）清表，清除地表植被，整平施工現(xiàn)場。

2）鉆孔，注漿采取自上而下分段后退式注漿，注漿孔需一次成孔至設(shè)計孔底便于自上而下分段式注漿。

3）清孔，采用高壓風(fēng)吹盡孔內(nèi)泥漿雜物。

4）下管，鉆孔內(nèi)放入75×5mm PVC塑料管，塑料管下半段設(shè)置成打孔注漿花管。

5）封孔，為f確保注漿壓力及注漿效果，需要對地表下1.5m孔深范圍用水泥砂漿密封。

6）壓漿，采用壓漿機將配制好雙漿液壓人孔中。

4結(jié)語

綜上所術(shù)，在隧道設(shè)計上力求更科學(xué)合理外，更多要體現(xiàn)“以人為本”的隧道設(shè)計新理念，更加人性化。讓隧道的使用者更加安全舒適，最大程度的減少交通事故的發(fā)生。本文通過對隧道洞口淺埋段軟弱圍巖預(yù)注漿處理，極大改善洞口段圍巖巖土力學(xué)指標(biāo)，提升圍巖成拱穩(wěn)定條件。為基于環(huán)保理念隧道“早進洞、晚出洞”零開挖進洞實施提供有力保障。

參考文獻：

[1]JTGD70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范[s].

[2]王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.