淺埋、偏壓四車道隧道洞口加固、處理技術(shù)應(yīng)用

韓海龍，董亞奎

湖南路橋建設(shè)集團(tuán)隧道分公司，湖南 韶山 410004

1 工程概況

宴崗隧道位于虎門鎮(zhèn)宴崗北端，為雙洞分修小凈距短隧道，左線隧道起訖樁號(hào)ZK49+861～ZK50+171，全長310m，右線隧道起訖樁號(hào)YK49+866～YK50+166，全長300m。左右線隧道均位于直線上，縱坡均為人字坡，右線隧道縱坡為1.25%和-0.9%，左線隧道縱坡為1.25%和-0.898%，路面橫坡2%。設(shè)計(jì)單洞為四車道，開挖最大寬度為21.28m。斷面型式采用三心圓拱形設(shè)計(jì)。

隧道最大埋深為36m，洞口埋深最淺處不到2m，屬超淺埋隧道，洞身圍巖為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖為主，局部為弱風(fēng)化混合片麻巖，節(jié)理發(fā)育，巖狀破碎，存在差異風(fēng)化和球狀風(fēng)化，圍巖等級(jí)高，巖石松散、易滑、孔隙大、層間結(jié)構(gòu)力差，輕觸即落，洞頂自穩(wěn)能力差（隧道范圍內(nèi)巖土力學(xué)指標(biāo)見表1）。隧道地表水主要為雨后暫時(shí)性流水，向附近溝槽排泄，未見蓄積。表水極不發(fā)育，由于地形陡峻，表水易排泄而不易下滲，因此地下水埋藏深，水量較小。

隧道進(jìn)出口自然山坡較緩（進(jìn)口約20°，出口約17°），埋深較淺，洞口及洞身地面橫坡為1:2～1:2.5，地形偏壓嚴(yán)重。

表1 隧道范圍內(nèi)巖土力學(xué)指標(biāo)

2 施工重難點(diǎn)及加固處理原理

由于洞口圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，松散破碎，同時(shí)受偏壓影響，開挖過程雖然采用超前長管棚和超前小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施，但由于洞口圍巖具有松散、易滑等特性，開挖過程中極易出現(xiàn)層間滑動(dòng)現(xiàn)象，如不對(duì)土層進(jìn)行加固處理，在偏壓和土體松散滑動(dòng)的雙重作用下，一經(jīng)開挖，極易致使隧道出現(xiàn)斜向剪切破壞，造成坍塌事故，對(duì)施工安全極為不利。針對(duì)隧道進(jìn)出口埋深較淺，圍巖松散易滑動(dòng)及偏壓嚴(yán)重的特點(diǎn)，擬采用鋼管樁注漿加固處理方案。

地表注漿是目前應(yīng)用較為廣泛的一種地層加固方法，它采用高壓注漿工藝，將水泥或化學(xué)漿液等注入地層，以改善地層性質(zhì)，在注漿過程中，注漿管出口的漿液對(duì)周圍地層施加了附加壓應(yīng)力，填充地層裂隙，與地層巖體膠結(jié)，改善地層受力結(jié)構(gòu)，起到填充、擠密、防水和改良地層受力狀態(tài)的作用。在隧道洞口地表處理過程中，同時(shí)還起到地層防滑、減輕洞門偏壓受力，以確保隧道暗洞開挖施工安全的作用。

鋼管樁注漿加固是采用鉆孔無縫鋼管進(jìn)行地表注漿，利用漿液填充松散巖體間孔隙，使?jié){液包裹碎石，與鋼管共同形成支撐骨架，使松散巖體固結(jié)為整體；同時(shí)由于鋼管深入穩(wěn)定巖層，多根導(dǎo)管利用漿液固結(jié)同巖層形成受力整體，達(dá)到排樁地下連續(xù)墻效應(yīng)，有效阻止巖體在偏壓側(cè)向應(yīng)力作用下的側(cè)向位移，確保隧道施工與運(yùn)營安全。

3 施工方法及工藝

3.1 施工方案

隧道進(jìn)出口自然山坡較緩（進(jìn)口約20°，出口約17°），埋深較淺，洞口及洞身地面橫坡1:2～1:2.5，地形偏壓嚴(yán)重。為保證施工安全和減少地形偏壓對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，施工前擬對(duì)該類地段進(jìn)行φ75鋼管樁注漿加固處理。鋼管樁縱橫交錯(cuò)布置，縱橫向間距1.5m×1.5m。注漿材料采用水泥砂漿，水灰比為0.8:1～1:1，注漿壓力為 1MPa ～2MPa。

1）地表注漿縱向加固范圍：進(jìn)出口自明暗交界處向隧道方向20m范圍；

2）地表注漿橫向加固范圍：隧道中線左右側(cè)15m范圍；

3）地表注漿豎向加固范圍：當(dāng)隧道邊墻基底處于碎塊狀弱風(fēng)化混合片麻巖內(nèi)時(shí)，鋼管樁加固深度按樁底嵌入弱風(fēng)化混合片麻巖以下1m控制；當(dāng)隧道洞身完全處于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖內(nèi)時(shí)，鋼管樁加固深度按樁底嵌入邊墻底以下1m控制；隧道洞身范圍內(nèi)鋼管樁樁底按嵌入襯砌開挖輪廓線以外0.5m控制；

4）為加強(qiáng)鋼管樁剛度，在其內(nèi)設(shè)3根φ22HRB335鋼筋籠；為加強(qiáng)鋼筋籠的整體性，沿鋼管樁樁身每隔0.25m設(shè)置一道φ6圓環(huán)狀封閉箍筋，且與主筋焊接牢靠。

注漿鋼管樁布置圖見圖1。

圖1 注漿鋼管樁布置圖

5）豎向鋼管樁注漿結(jié)束后，進(jìn)行隧道縱向注漿長管棚的施作，用以固結(jié)鋼管樁注漿未觸及的開挖輪廓線以外0.5m范圍的松散巖層，掩護(hù)后續(xù)開挖施工安全進(jìn)行。

3.2 施工方法

施工程序：施工準(zhǔn)備→測量放線→鉆孔→下管→下鋼筋籠→注漿→封閉。

注漿工藝流程圖見圖2。

圖2 注漿工藝流程圖

1）施工準(zhǔn)備。施工前進(jìn)行坡面清理及設(shè)備檢修進(jìn)場，注漿用鋼管樁及鋼筋籠加工完成備用；

2）測量放線。根據(jù)方案采用全站儀進(jìn)行孔位放樣，鉆孔位置采用白灰打點(diǎn)標(biāo)記。同時(shí)根據(jù)地表點(diǎn)位實(shí)測高程及方案原則進(jìn)行各孔鉆孔深度計(jì)算；

3）鉆孔。采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑φ89mm，鉆孔過程中應(yīng)做好鉆探記錄，及時(shí)反饋于注漿施工中用以調(diào)整優(yōu)化注漿參數(shù)。鉆孔深度參考放樣過程中數(shù)據(jù)。孔位縱橫向間距1.5m×1.5m，梅花型布置；

4）注漿管安設(shè)。鉆孔成孔后，按放樣過程中形成的深度數(shù)據(jù)下管。

鋼管樁采用φ75×5mm冷軋無縫鋼管，鋼管上鉆注漿孔，孔徑φ10mm～16mm，沿鉆孔深度方向孔間距15cm～20cm，孔位呈梅花型布置，鋼管地表孔口段2.0m范圍內(nèi)不鉆孔，以作為止?jié){段。

長鋼管接頭處采用絲扣連接，絲扣螺紋段長大于15cm。相鄰兩根鋼管樁的接頭要錯(cuò)開，其平面方向錯(cuò)開長度不小于1.0m，垂直于鉆孔深度方向同一水平截面內(nèi)接頭數(shù)不大于50%。

鋼管施工誤差：鋼管開口間距誤差不大于5cm，鋼管末端徑向不大于20cm，沿相鄰鋼管方向不大于10cm；

5）下鋼筋籠。鋼筋籠采用3根HRB335φ22鋼筋與φ6圓環(huán)狀封閉箍筋焊接而成。預(yù)制鋼筋籠直接吊裝入鋼管樁內(nèi)，封孔，預(yù)留注漿管及回氣孔。鋼筋籠與鋼管樁截面圖見圖3。

6）注漿。鋼管樁安設(shè)完成后進(jìn)行注漿施工。采用MZ-1型單液注漿機(jī)，注漿采用由外圍向中間、隔孔注漿的順序進(jìn)行，單孔一次性注漿完成。注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定注漿參數(shù)。注漿壓力不小于1.0MPa。注漿材料為水泥砂漿，水灰比為0.8:1～1:1（注漿施工參數(shù)表見表2）。注漿過程中做好注漿記錄，及時(shí)了解注漿壓力和流量變化情況，并繪制P-Q-t曲線進(jìn)行綜合分析，判斷注漿效果。

達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并保持20min以上時(shí)，可視為該孔注漿結(jié)束；

表2 注漿施工參數(shù)表

圖3 鋼筋籠與鋼管樁截面圖

圖4 長管棚與鋼筋籠截面圖

7）注漿完成后，施作檢查孔，取芯對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，地表加固后，漿液將松散巖體良好膠結(jié)后方可進(jìn)行隧道洞身開挖；

8）洞身開挖前，先實(shí)行縱向超前長管棚注漿預(yù)支護(hù)。采用φ108×6.5mm熱軋無縫側(cè)壁鉆孔鋼管，內(nèi)置4根HRB335φ25鋼筋籠，鋼筋籠采用φ32mm×3.5mm鋼管環(huán)焊接固定（見圖4）。鋼管環(huán)向間距40cm，外插角0.5°～1°，管棚長35m。注漿方法、工藝同豎向鋼管樁注漿。

4 施工效果

通過地表注漿地層固結(jié)后，經(jīng)開挖揭露顯示，碎石間孔隙由漿液填充，且漿液將松散碎石聯(lián)結(jié)成整體，形成板狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于隧道開挖輪廓范圍以外的鋼管樁深入基巖，且同固結(jié)層聯(lián)成整體，形成共同受力結(jié)構(gòu)，有效控制了由于偏壓造成的地層滑動(dòng)。

縱向注漿長管棚的施工使縱橫向漿液聯(lián)結(jié)為整體，共同固結(jié)松散巖石，且形成了均質(zhì)連續(xù)的棚式超前預(yù)支護(hù)，有效掩護(hù)后續(xù)開挖施工的安全進(jìn)行，防止淺埋隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

地表注漿技術(shù)在隧道工程及地下工程中較多應(yīng)用，且技術(shù)已趨于成熟化，對(duì)待特殊地層、特殊受力結(jié)構(gòu)下的技術(shù)改進(jìn)應(yīng)用方法越來越多。本文針對(duì)淺埋、偏壓、圍巖松散地層的地表鋼管樁和地下長管棚相結(jié)合的處理技術(shù)，開拓了一些新的思路和方案，希望能為類似工程提供一定的經(jīng)驗(yàn)積累。

[1]楊新紅.淺埋偏壓隧道施工技術(shù).山西建筑，2007，33.

[2]公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70-2004）.

[3]陳岳峰.淺埋地段圍巖穩(wěn)定性較差隧道施工工法[J].路橋科技，2010，64.