地表預(yù)加固技術(shù)在隧道洞口施工中的應(yīng)用

（中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500）

1 隧道洞口工程施工原則

1）要盡可能維護(hù)施工現(xiàn)場周邊的生態(tài)環(huán)境，減少人為破壞，以免地表植被遭到嚴(yán)重毀壞，影響該地區(qū)的水土保持。施工中需遵循不以犧牲環(huán)境為代價(jià)來換取高效率施工進(jìn)度的原則。只有保護(hù)好地表植被，才能進(jìn)一步增強(qiáng)施工現(xiàn)場的安全指數(shù)。

2）要盡量降低挖掘次數(shù)，避免洞口被大面積挖掘而損壞山體本身的性能。降低挖掘頻率可有效避免山體坍塌，排除施工中的安全隱患，降低安全事故的發(fā)生概率。

3）施工要遵循具體方案，使用正確的施工方法，嚴(yán)格按照施工步驟完成施工工序。此外，在施工中要采取自上而下的方式，即先支護(hù)、后開挖的施工方法，最大限度地減少施工過程中對高邊坡的威脅。

4）在洞口施工過程中，遇到泥石流和山體崩塌等自然災(zāi)害的概率較高，因此施工應(yīng)遵循先治理、后施工的原則，可有效降低施工難度，確保施工順利進(jìn)行。

2 隧道洞口施工地表預(yù)加固技術(shù)

2.1 聲波法注漿

聲波法注漿主要利用聲波向巖石層傳遞能量以引起巖石層的物理反應(yīng)。簡單而言，即通過提高巖層硬度，使巖石變得更加堅(jiān)硬和結(jié)實(shí)，這樣所傳遞的聲速就越快越好。使用聲波法注漿可將原來巖體內(nèi)的空隙填充完整，空隙內(nèi)的漿液也會逐漸凝膠和固結(jié)，同時(shí)也能將破碎程度較小的巖體凝結(jié)成一個(gè)整體。因?yàn)閹r體被地下水和氣體包圍著，所以當(dāng)漿體進(jìn)入到巖體空隙時(shí)，巖體內(nèi)的水就會被排出，從而提高巖體內(nèi)的液體密度，使洞口的加固效果更好。

2.2 地面描桿

地面錨桿的設(shè)置依據(jù)隧道洞口破壞范圍，其目的主要是將剩余巖體凝結(jié)到一起，阻礙隧道內(nèi)巖土體的移動。采用此類方法，在抑制邊坡和仰坡塌方或滑動方面效果明顯。另外，這類方法還適用于因洞口預(yù)埋較淺、地面荷載不平衡而造成偏差的情況。

2.3 高壓噴射

高壓噴射是利用高壓鉆機(jī)把噴嘴里的漿液噴射到土體內(nèi)，在高壓作用下，噴射流沖擊切割土體，隨著噴嘴的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退，土體顆粒與旋噴漿液充分?jǐn)嚢杌旌?，待凝固后，形成的水泥固結(jié)體，使加固土體具有梁效應(yīng)及帷幕效應(yīng)。對掌子面前方土體起到了防流砂、抗滑移、防滲透的作用，保證了地鐵隧道開挖支護(hù)安全、快速地進(jìn)行。高壓噴射特點(diǎn)：樁體間相互咬合，形成一種拱棚固結(jié)體，強(qiáng)度高；在高壓作用下，噴射流切割土體，使?jié){液與土體充分混合，均勻性強(qiáng)；噴漿射液限制在所設(shè)計(jì)的樁徑范圍內(nèi)，可控性強(qiáng)。

3 地表加固技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

在洞口段施工過程中，主要采用地表加固輔助工法。

1）在巴西的圣保羅城污水截流工程中，使用的是盾構(gòu)法，在向前挖掘時(shí)發(fā)生壓氣泄漏現(xiàn)象，造成了隧道坍塌，在地面上方的坍塌處使用了長4.5m的旋噴樁進(jìn)行加固，每個(gè)位置的布置方法均不相同，因此，施工的旋噴樁長度達(dá)8萬m。

2）位于浙江西北部天目山區(qū)的全長170m的顯嶺關(guān)隧道，明洞和暗洞長度分別為12m和158m，依照高速公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需設(shè)計(jì)雙連拱隧道，隧道的凈寬約為9.8m，限制高度為5m，最小的淺埋深度約3m，這樣就可能使110mⅤ和60mⅥ級圍巖處于偏壓狀態(tài)。暗洞內(nèi)采用的均是長度在160m左右的地表注漿，注漿孔為梅花形，Ⅵ級圍巖之間的距離為150cm，Ⅴ級圍巖之間的距離為200cm。

3）靈山寺隧道是焦晉高速公路的一部分，隧道是左邊洞長為698m、右邊洞長為695m的分離式雙向4車道，洞高在5m以上，寬度約10m，開挖斷面的最大寬度為11.84m，高為9.88m，開挖的斷面面積為94.15m2。隧道所在之處的地質(zhì)條件較差，淺埋偏壓的情況較嚴(yán)重，鋁土的礦洞數(shù)量較多，山體的破壞情況比較嚴(yán)重，這些不利因素使進(jìn)洞施工前要使用地表注漿的方式對施工場地進(jìn)行加固。在進(jìn)洞口140m處、寬為16～22m位置進(jìn)行注漿，注漿深度控制在開挖輪廓線以外的隧道底部一直到地面；全長為4 050m的歌樂山隧道的出口是長72m、寬32m、厚2～5m的表土順基巖面滑坡，洞口是遇到水會慢慢融掉的段圍巖和容易風(fēng)化掉落的泥加砂巖，為了預(yù)防因開挖而造成洞口滑坡失去穩(wěn)定性，采用高壓噴射注漿的方式對洞口滑坡進(jìn)行地表土層加固，待漿體凝固后，再進(jìn)行開挖。

4 地表注漿工程實(shí)例

4.1 工程概況

某隧道全長717m，設(shè)計(jì)為單向雙車道。隧道出口處設(shè)計(jì)在滑坡體的前部，洞口深1.5m，還需向下挖10m左右。滑坡的周圍界限比較明顯，呈現(xiàn)環(huán)谷地貌。山溝里的水將前邊的碎石沖刷成狹溝陡岸，在滑坡體的中間靠前位置有很多出水點(diǎn)及軟塑砂狀黏土?；碌闹虚g寬約50m，下邊寬約65m，厚度在8～15cm，是一種暫時(shí)穩(wěn)定的牽引中型滑坡。在洞口向下挖9.9m后，滑坡體會比較容易產(chǎn)生新的活動和擴(kuò)展，因此采用地表鉆孔注漿加固的方法。

4.2 地表鉆孔注漿設(shè)計(jì)

注漿壓力范圍為0.3～0.5MPa，經(jīng)專業(yè)人員計(jì)算，注漿液體的擴(kuò)散半徑是52cm，設(shè)計(jì)注漿范圍如圖1，2所示。沿著隧道軸線的注漿長度是38.4m，沿著隧道的橫斷面的加固長度為23.4m，沿著隧道的縱軸方向鉆孔的深度分為A、B、C 3區(qū)，A區(qū)的鉆孔深度為8～10m，B區(qū)鉆孔深度為10～16m，C區(qū)的鉆孔深度為8m，鉆孔的形狀為梅花形，橫縱向孔距分別為90cm和80cm。

圖2 注漿設(shè)計(jì)橫斷面

注入的漿體主要是比例為1∶0.8的水泥和水玻璃的雙漿液，其中，水泥漿的水灰比為0.8∶1，水泥是42.5級的普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)M=2.7，原液濃度為40Be'。

單孔注漿量計(jì)算如式（1）所示：

式中，Qd為單孔注漿量，m3；R為漿液擴(kuò)散半徑，m，取0.52m；H為注漿孔深，m；n為土體孔隙率，取0.31；α為漿液的有效充填系數(shù)，取值0.7。

經(jīng)計(jì)算，當(dāng)H取8m時(shí)，Qd=1.47m3；當(dāng)H 取10m時(shí)，Qd＝1.84m3；當(dāng) H 取 16m 時(shí)，Qd=2.95m3。

4.3 注漿加固效果

利用地表鉆孔注漿的方式加固滑坡體的工期長度是72d，所有的鉆孔延長12 048m，總體注入的雙液漿是1 826m3。注漿加固使土體的物理性能發(fā)生質(zhì)的改變。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，漿體已經(jīng)將各個(gè)縫隙填充得很完美，將土地強(qiáng)度增加了好幾倍，也提升了摩擦系數(shù)。在洞口段向下挖掘后，圍巖相對比較穩(wěn)定，只有很少一部分出現(xiàn)滲水情況，洞內(nèi)底層裂隙的水減少比較明顯。

5 結(jié)語

綜上所述，在整體施工過程中，只有依照當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境和施工條件制定出合理可行的施工方案，才能使整個(gè)工程有效開展。在施工的隧道洞口使用比較超前的施工技術(shù)，對洞口的地表土進(jìn)行加固，洞口就會變得更加牢固，保證施工高效完成。