隧道洞口施工地表預(yù)加固技術(shù)及應(yīng)用思考研究

王鐵文

（中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司 200333）

1 隧道洞口施工特點(diǎn)和預(yù)加固技術(shù)施工原則

1.1 隧道洞口施工特點(diǎn)

隧道工程洞口施工是整個(gè)項(xiàng)目最為重要也是難度最高的一個(gè)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)施工的質(zhì)量將直接影響后期工作的進(jìn)展以及整個(gè)隧道工程的施工質(zhì)量。為此，在進(jìn)行隧道洞口設(shè)計(jì)施工時(shí)需緊密結(jié)合隧道洞口施工的特點(diǎn)開(kāi)展，選擇合適的隧道洞口位置并確定采用科學(xué)合理的隧道施工方案。由于隧道洞口類(lèi)型、進(jìn)洞的方案等都會(huì)受到地形地質(zhì)、線路走向和地物等的影響，所以可將隧道洞口施工的特點(diǎn)概括為以下幾點(diǎn)：

第一，隧道洞口如果周?chē)菓已禄蚴瞧露容^陡的山體，受到不利地形條件的影響，如果施工操作不當(dāng)，尤其大型機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖作業(yè)時(shí)很容易引起山體崩塌、滑坡等問(wèn)題。洞口穿越山體的表層還會(huì)加劇巖石的風(fēng)化，巖性較差，在隧道洞口開(kāi)挖施工時(shí)容易破壞山體的平衡，出現(xiàn)滑坡問(wèn)題。為此，需針對(duì)實(shí)際隧道洞口施工的特點(diǎn)合理選擇進(jìn)洞方式，在開(kāi)挖前做好對(duì)山體的預(yù)加固處理，才能保證后期施工的安全，使隧道洞口施工順利完成。

第二，隧道軸線及其巖層，隧道周?chē)纳襟w整體是斜交走向的，因此山體會(huì)對(duì)隧道洞口施工產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致洞口施工出現(xiàn)偏壓而影響整體施工的質(zhì)量。

第三，隧道洞口如果在淺埋層區(qū)域，洞口圍巖是軟弱性土，隧道洞口施工成型難度更大，尤其對(duì)于仰坡山體處理時(shí)無(wú)法采用常規(guī)洞口施工手段，會(huì)在隧道開(kāi)挖時(shí)對(duì)原山體形態(tài)造成破壞。而如果山體本身穩(wěn)定性較差，洞口施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件較差，就會(huì)給施工帶來(lái)很大的麻煩，增加安全隱患出現(xiàn)的概率，可能會(huì)出現(xiàn)連續(xù)性的山體崩塌，嚴(yán)重危害施工安全，給現(xiàn)場(chǎng)施工人員帶來(lái)傷害。

1.2 隧道洞口施工預(yù)加固技術(shù)應(yīng)用原則

1）盡量以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境為目的開(kāi)展預(yù)加固施工

為減少因施工活動(dòng)給周邊生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的破壞，尤其應(yīng)保護(hù)周?chē)乇碇脖?，保護(hù)土壤不受侵害，施工時(shí)可采取必要的環(huán)境保護(hù)措施。例如設(shè)置警示牌，保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)不受人為破壞，同時(shí)也是為了防止無(wú)關(guān)人員和設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)而增加安全事故發(fā)生的概率；減少開(kāi)挖次數(shù)和頻率以免洞口因大面積挖掘而出現(xiàn)山體崩塌等安全事故。只有保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，才能進(jìn)一步提升施工過(guò)程的安全，從而為保證施工效率和質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2）嚴(yán)格遵循施工方案，采用正確的施工方法

在實(shí)際施工中必須嚴(yán)格按照具體的方案開(kāi)展，且需采用正確的施工方法，嚴(yán)格按照施工要求做好每一個(gè)工序的施工，并對(duì)每一道工序和每一個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查。一般采用自上而下，先支護(hù)后開(kāi)挖的方式，可最大程度上減少施工對(duì)邊坡構(gòu)成的損害。當(dāng)邊坡本身就不穩(wěn)定，洞口位于淺層位置、洞口周邊的地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)更要利用自然進(jìn)洞的方式以提升工程施工的安全性。

3）遵循先治理、后施工的原則

由于在隧道洞口施工中，施工活動(dòng)難免會(huì)給周邊山體帶來(lái)?yè)p害，為降低泥石流、山體崩塌等安全事故，應(yīng)遵循先治理自然災(zāi)害再進(jìn)行施工的原則，這樣施工過(guò)程安全性才會(huì)提高，降低施工的難度，使施工能順利開(kāi)展。

2 常見(jiàn)的隧道洞口施工地表預(yù)加固技術(shù)

結(jié)合具體隧道工程洞口施工特點(diǎn)，包括洞口的位置、進(jìn)洞方式、洞口周?chē)临|(zhì)水文條件、原山體穩(wěn)定性等，按照自然進(jìn)洞的原則，并結(jié)合地表注漿、洞內(nèi)支護(hù)、表層處理等施工技術(shù)措施進(jìn)行隧道洞口挖掘施工，不僅可以減少山體滑坡、崩塌等自然災(zāi)害的出現(xiàn)，而且還能提高仰坡山體的穩(wěn)定性，使隧洞洞口成洞更加簡(jiǎn)單且穩(wěn)定性更高，同時(shí)還能節(jié)約施工成本。在具體工程施工中，常見(jiàn)的洞口施工方法包括聲波法注漿、高壓噴射注漿和地面錨桿法施工。對(duì)于洞口位于淺層位置且周?chē)刭|(zhì)水文條件較差、原山體穩(wěn)定性較差、出現(xiàn)嚴(yán)重偏壓和地下水比較豐富的地段施工時(shí)，一般使用地表注漿預(yù)加固施工技術(shù)，在淺埋層或圍巖穩(wěn)定性較差的情況下，采用地表注漿方法不但可以起到加固地表地層的目的，而且還能避免地下水滲入洞口中，對(duì)于順利成洞、提高施工效率和質(zhì)量具有十分明顯的作用，能減少地表下沉和地下水滲漏、偏壓等對(duì)隧道洞口開(kāi)挖產(chǎn)生的影響。應(yīng)用較為廣泛的注漿施工材料主要有水泥和水玻璃雙液漿以及單液水泥漿?？偟膩?lái)說(shuō)，采用地表注漿加固技術(shù)，具有能延長(zhǎng)圍巖自穩(wěn)定時(shí)間、避免塌方置頂出現(xiàn)、加固充填洞口和塌陷體、封堵地表水等特點(diǎn)。以下對(duì)各個(gè)預(yù)加固施工技術(shù)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

2.1 聲波法注漿

聲波法注漿法的工作原理是，利用了巖層中聲波的傳播特點(diǎn)，即聲波可反映地表巖層的物理形態(tài)，當(dāng)巖層中的聲速越高則表明該巖層的密度和硬度越大，巖性相對(duì)較為穩(wěn)定。利用聲波法注漿，主要目的是為了使巖體之間的縫隙得到充分填塞，使?jié){液充分凝結(jié)，使原來(lái)破碎的巖體能凝結(jié)為一個(gè)整體，從而有利于提升整個(gè)圍巖層的穩(wěn)定性，使隧道洞口地表得以加固。此外，巖體被地下水和大氣包圍，在注漿以后巖體縫隙中的水或其他充填物被水泥結(jié)石替代，從實(shí)質(zhì)上提高巖層的密度和強(qiáng)度，使洞口加固效果進(jìn)一步提升。

2.2 高壓噴射注漿

地表高壓噴射注漿方法適合用在地下水量較大、土質(zhì)大部分是軟弱土的區(qū)域或地段隧道洞口施工中，尤其在殘積層、沖擊層等含水量很多的地層，采用常規(guī)注漿方法往往無(wú)法起到有效的加固效果，使得在后期洞口施工時(shí)因?yàn)閺?qiáng)烈的施工活動(dòng)而進(jìn)一步影響圍巖體的穩(wěn)定性，甚至引起地表水滲入而進(jìn)一步破壞土質(zhì)的強(qiáng)度。為此，采用高壓噴射注漿，不僅是為了提高地表巖層的穩(wěn)定性，也是為了避免地表水進(jìn)入到洞口中，從而提高整體隧道結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

2.3 地面錨桿

根據(jù)隧道洞口的破壞范圍設(shè)置地面錨桿，使巖體能凝結(jié)在一起可起到阻礙隧道洞口內(nèi)巖土體移動(dòng)的效果。地面錨桿地表預(yù)加固技術(shù)在隧道洞口施工中的應(yīng)用，尤其可以起到防止邊坡受?chē)?yán)重?fù)p害，導(dǎo)致山體塌方和滑動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，將該方法用在洞口預(yù)埋深度較淺、地面荷載不平的地方，可以避免偏差問(wèn)題的出現(xiàn)。

3 地表預(yù)加固技術(shù)在具體隧道洞口工程施工中的應(yīng)用分析

3.1 工程概況

某隧道全長(zhǎng)約700m，預(yù)設(shè)計(jì)為單向的雙車(chē)道，隧道出口位置設(shè)設(shè)置在滑坡體前端，隧道洞口的深度約1.5m，滑坡四周界限明顯?；轮虚g寬約50m，下邊寬約60m，厚度約8～15m，是一種相對(duì)穩(wěn)定的滑坡類(lèi)型。在隧道洞口施工時(shí)向下挖深9m 后滑坡體會(huì)出現(xiàn)新的擴(kuò)展，這時(shí)則需要采用地表鉆孔注漿加固的方式。具體施工流程和工藝控制要點(diǎn)如下：

3.2 表層處理

若施工現(xiàn)場(chǎng)條件較差，原山體穩(wěn)定性較差甚至已經(jīng)出現(xiàn)了塌陷，這時(shí)則需先采用機(jī)械設(shè)備對(duì)塌陷的地方處理，比如噴射混凝土來(lái)控制塌陷位置再次出現(xiàn)塌陷。其次，使用注漿導(dǎo)管在坑壁周?chē)O(shè)置鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行錨噴支護(hù)，在坑底設(shè)置鋼拱架雙層支護(hù)并使用鋼筋連接拱架的上部，最后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片再次噴射支護(hù)，使填充物充分回填，避免雨水及其他雜物進(jìn)入洞內(nèi)，在完成二次混凝土襯砌施工后再返挖并進(jìn)行土方夯實(shí)回填，以保證洞內(nèi)的安全。

3.3 洞內(nèi)支護(hù)施工

首先，設(shè)置灌漿導(dǎo)管并進(jìn)行增強(qiáng)支護(hù)，控制好導(dǎo)管之間的距離和數(shù)量。其次，開(kāi)挖斷面并安裝拱架時(shí)要求使用導(dǎo)管在兩側(cè)的拱架底腳進(jìn)行鎖腳加固。此外，在導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置錨桿進(jìn)行注漿加固，最后進(jìn)行加密處理，使原來(lái)支護(hù)中間距離減小，進(jìn)一步提升地表加固的效果。

3.4 地表鉆孔注漿

采用地表鉆孔注漿加固時(shí)，注漿壓力值約0.3～0.5MPa，注漿液的擴(kuò)散半徑經(jīng)過(guò)計(jì)算得出是52cm，合理設(shè)計(jì)注漿的范圍如下圖1，2 所示。沿著隧道軸線注漿長(zhǎng)度約38m，沿著隧道橫斷面加固長(zhǎng)度約23m，沿著隧道縱軸方向鉆孔深度按照不同區(qū)域分別是10m，13m，8m，橫縱向孔距分別是90cm 與80cm。

圖1 ：注漿設(shè)計(jì)縱斷面

圖2 ：注漿設(shè)計(jì)橫斷面

在進(jìn)行注漿液體配置時(shí)，按照1：0.8 的比例將水泥與水玻璃混合并充分?jǐn)嚢?，控制水泥漿液水灰比為0.8：1，水泥選擇普通型硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)M=2.7，原液濃度是40Be’。單孔注漿量的計(jì)算公式是：Qd=πR2Hnα，其中是單孔注漿量，單位是m3，R 是漿液的擴(kuò)散半徑，單位是m，H 是注漿孔深，單位是m，n 是土體的孔隙率，取值0.31，α是漿液的有效充填系數(shù)，取值0.7。

3.5 質(zhì)量控制措施

第一，要求必須做好詳細(xì)的施工準(zhǔn)備，即在隧道進(jìn)洞之前應(yīng)先對(duì)仰坡進(jìn)行防護(hù)加固，平整洞頂?shù)牡乇碜龊门潘浪胧?。第二，?zhǔn)備好施工所用的材料設(shè)備，水泥漿液提前按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，選擇合理的施工方案和輔助施工技術(shù)。第三，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的安全質(zhì)量方面的控制，在保證施工經(jīng)濟(jì)安全的前提下還要加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境的破壞，盡量避免因施工活動(dòng)而對(duì)周邊原始山體和植被、土壤等產(chǎn)生破壞。第四，積極利用信息化技術(shù)做好對(duì)洞口施工的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，做好對(duì)地表沉降的觀測(cè)和地質(zhì)的超前預(yù)報(bào)，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工和動(dòng)態(tài)管理的方式方法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙問(wèn)題并進(jìn)行修正，以提高隧道洞口施工的實(shí)效性。

3.6 注漿加固效果

采用地表鉆孔注漿的方式進(jìn)行該隧道洞口地表加固，總工期為65 天，總體注入漿液約1800m3，通過(guò)注漿加固以后使山體發(fā)生了性質(zhì)上的變化，漿體使各個(gè)縫隙填充得十分飽滿緊實(shí)，提高了土地的強(qiáng)度，同時(shí)也提高了摩擦的系數(shù)。在洞口段向下挖掘后保持圍巖穩(wěn)定，基本無(wú)滲漏問(wèn)題出現(xiàn)。

4 地表預(yù)加固施工技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

在隧道洞口施工中采用地表預(yù)加固施工技術(shù)已經(jīng)成為隧道工程隧洞施工中必須關(guān)注的問(wèn)題，預(yù)加固技術(shù)的應(yīng)用不但能改善洞口周?chē)鷰r層的物理性質(zhì)，提高周?chē)鷰r層的穩(wěn)定性，而且還能為施工提供良好的施工條件，使洞口施工簡(jiǎn)化、可行性增強(qiáng)，從而保障工程施工的安全與質(zhì)量。此外，地表預(yù)加固技術(shù)的應(yīng)用能使隧道工程整體長(zhǎng)期處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不但消除了施工時(shí)的安全隱患，而且也提高了隧道工程整體的安全穩(wěn)定性。由于地表預(yù)加固技術(shù)突出的優(yōu)勢(shì)，目前已在國(guó)內(nèi)外隧道工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用，起到了良好的地表加固、封堵地表水滲入、保護(hù)周?chē)寥?、地下水和植被不被破壞等效果，預(yù)加固技術(shù)采用的注漿材料以水泥漿液為主，選擇高質(zhì)量的水泥原材料并進(jìn)行水泥漿液的合理配置，控制好水灰比可進(jìn)一步提升預(yù)加固的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隧道工程洞口開(kāi)挖施工作業(yè)時(shí)，因?yàn)楸旧硎┕l件極其復(fù)雜，加上受周?chē)襟w、圍巖層、水文地質(zhì)等因素的影響很容易對(duì)山體造成破壞而出現(xiàn)山體滑坡、塌方等事故，給施工帶來(lái)極大的困難，甚至?xí){施工人員的生命。為此，在隧道工程施工中，必須加強(qiáng)對(duì)洞口施工的質(zhì)量控制，根據(jù)工程施工特點(diǎn)，按照相應(yīng)的原則，尤其是自然進(jìn)洞的原則選擇合適的地表預(yù)加固施工技術(shù)及其質(zhì)量控制措施。常見(jiàn)的預(yù)加固技術(shù)有聲波法注漿、高壓噴射注漿和地面錨桿等，這些措施和方法都必須和具體土體情況結(jié)合起來(lái)才能發(fā)揮技術(shù)的最大作用，才能起到加固隧道洞口地表層的作用。