陳坑隧道洞口失穩加固措施探討

石定山

（龍巖廈蓉高速公路擴建工程管理有限公司，福建 龍巖 364000）

陳坑隧道洞口失穩加固措施探討

石定山

（龍巖廈蓉高速公路擴建工程管理有限公司，福建 龍巖 364000）

針對陳坑隧道出口成洞面失穩情況，分析隧道洞口段水文地質條件、失穩狀況及原因，通過采取地表注漿、施作洞內管棚等措施加固不良地質地段，并對加固處理效果進行了評價。

隧道；洞口成洞面；地表注漿；管棚

1 工程概況

陳坑隧道為分離式雙洞，隧道右洞進口樁號YK133+502，出口樁號YK134+101，長599m；左洞進口樁號ZK133+493，出口樁號ZK134+116，長623m。隧道地處低山丘陵區，隧道軸線方向為南西向，隧道區山體呈東西向展布，地勢較陡；表層覆蓋殘坡積土層，局部強風化變質砂巖裸露，植被稍發育。進出洞口天然坡度為25o～30o，洞身山體坡度為20o～30o。下伏震旦系樓子壩組變質砂巖及印支期侵入花崗巖。

2 水文地質條件

隧道地表2.20～8.00m為坡積亞粘土，磚紅、黃色，稍濕-濕，硬塑。下伏變質砂巖，地表下8.00～21.60m為強風化變質砂巖，灰、褐灰、褐黃色，散體狀，風化程度高，巖芯為砂土狀，手捏即散，含風化碎屑及碎石。地表下21.60～59.90m為弱風化變質砂巖，青灰、灰色，變質砂巖變余結構，中厚層狀，稍有風化蝕變現象，巖石較堅硬，錘擊聲脆，裂隙較發育，巖芯為碎塊-中長柱狀，TCR=57%～90%，RQD=10%～61%，巖層產狀為：181°∠66°。存在一構造破碎帶，灰白色、灰、灰綠色，巖石為變質砂巖破碎成構造角礫，由細小破碎物及構造泥膠結，膠結松散，錘擊易碎，厚度0.67～12.20m。

隧道測區內地下水類型主要為強風化層中的網狀孔隙裂隙潛水及基巖裂隙水，屬弱透水層，主要接受大氣降水補給，地下水富水性較差，水量不大，隧道左洞進、出洞口段和右洞進口段地下水水位低于路面設計標高，右洞出口段及左右洞洞身段地下水水位高于路面設計標高，地下水主要聚集在斷層破碎帶和基巖裂隙中。

3 施工情況及地表開裂

隧道右洞出口上方靠近截水溝地表出現多條裂縫，裂縫最長15m，裂縫寬最大約3cm，洞口初支侵入二襯5～10cm，說明洞口斜坡土體處于極限平衡狀態。該地段覆土較厚，為坡積亞粘土，含少量碎礫石，土層垂直厚度5～7m，下部為強風化變質砂巖。洞口右側下方為花崗巖強風化層，花崗巖與變質砂巖全斷層接觸，寬8～10m，帶內巖石破碎，裂隙發育，洞口下方現有開挖坡體底部斷裂帶內見地下水出露，并有構造角礫巖呈土夾礫出現，顏色為綠灰色，該斷裂與隧道小角度相交，對近洞口的圍巖穩定影響較大。為確保成洞面及成洞面至截水溝范圍內坡面土體的穩定，需要采取加固處理措施。

4 原因分析

根據地表開裂范圍及特點，結合現場地形、地貌及水文地質條件等因素綜合分析，隧道右洞出口地表開裂、初支侵入二襯的主要原因如下：

斷裂破碎帶與隧道小角度相交，對近洞口的圍巖穩定影響較大；隧道進出口地表覆蓋為全、強風化變質砂巖，力學性質復雜，同時因該段屬淺埋偏壓，地層應力分布不均，難以實現安全進洞；原設計成洞面施作φ22mm錨桿群的設計主要起組合作用，對提高圍巖強度作用不大，不能有效提高圍巖穩定性。

通過分析，認為采取地表注漿及洞內管棚相結合的措施方案能有效提高洞口段圍巖強度和地層的整體穩定性。

5 處理措施

5.1 地表注漿

地表注漿能改善土體的物理力學性能，提高土體強度和地層的整體穩定性，降低地層的滲透性，從而起到防止地表裂縫發展，保證隧道開挖后地層的穩定及后期運營安全。

5.1.1 注漿方式

采用鋼花管注漿法全孔一次性劈裂注漿方式，注漿孔按梅花型布置，間距2.5m，詳見圖1。鉆孔注漿深度5～20m，平均深度15.0m，地表設置錨網噴砼止漿盤，厚度不小于50cm。

5.1.2 擴散半徑及注漿壓力

通過現場注漿試驗，檢測設計擴散半徑1.5m范圍注漿效果確定注漿壓力（注漿壓力不小于3.0MPa）。

5.1.3 注漿材料及配合比選取

采用水泥單漿液和水泥-水玻璃雙漿液相結合注漿，材料配比根據現場試驗確定。主要考慮漿液初凝時間、抗壓強度、擴散性和注漿機械適宜性。水泥采用P.042.5R普通硅酸鹽水泥漿，水玻璃濃度35Be′，模數2.8。最終選取配比為：單液漿水灰比1:1，雙液漿水灰比0.8:1，水玻璃占水泥質量15%。

5.1.4 注漿量

按下列公式進行估算：

式中 Q—注漿量（m3）；

K1—漿液損失系數，一般取值（1.05～1.1）；

R—漿液擴散半徑（m）；

H—注漿深度（m）；

η—巖土空隙率；

K2—填充系數（小于1）。

現場取值：K1=1.05、R=1.5m、H=1m、η=0.3、K2=0.85、Q=1.89m3。

5.1.5 地表注漿施工情況

地表注漿歷時3個月，共鉆造158孔，總計1580m，壓注1:1水泥漿液2712m3，水泥-水玻璃漿液171m3，竄孔14個，冒漿3處。

5.2 洞內大管棚

為保證侵限地段換拱及溝谷段開挖施工安全，洞內增設超前大管棚（見圖2、圖3）。

圖2 大管棚橫斷面圖

圖3 大管棚縱斷面圖

5.2.1 管棚參數

大管棚長度不小于35m，鋼管軸線與襯砌外緣夾角1.5°，環向間距30～35cm，共計41根，采用φ89mm×3.5mm無縫鋼管，每節長度4～6m，絲扣連接，為保證注漿效果均采用鋼花管，管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，尾部留不鉆孔的止漿段110cm。

5.2.2 導向墻參數

采用C30砼澆筑，內設I20工字鋼4榀；導向管采用φ150mm×5mm無縫鋼管，長2m，露出導向墻0.5m，以確保施工精度。

5.2.3 導向墻拱腳

設置4根φ89mm鎖腳鋼管，鋼管內置2根φ22mm鋼筋，注漿結束后將鋼筋熱彎與導向墻中鋼架焊接牢固，防止導向墻下沉。

5.2.4 注漿

采用水泥漿液，水灰比為1:1（重量比），注漿壓力0.5～2.5MPa。

5.2.5 管棚施工情況

管棚施工耗時1個月，總計鉆孔1520m，最長鉆設41m，平均37.1m；注1:1水泥漿液120m3。

6 施工效果評價

現場鉆孔取芯顯示拱腰位置至拱頂以上8m范圍注漿效果明顯，結石率91%，巖體28d抗壓強度平均5.8MPa，達到預期效果。

根據現場隧道開挖情況，管棚施工精度較高，管棚未侵入開挖凈空，距離開挖外輪廓5～20cm，且在施工中嚴格控制了超欠挖。所注漿液彌補了地表注漿在該段的不足，管棚四周均為水泥漿液包裹，漿液固結圍巖達率93%，擴散半徑0.3m，管棚施工取得了縱向成梁、環向成拱的效果。

地表注漿與大管棚相結合加固措施，保證了隧道侵限段換拱安全，并成功穿越淺埋偏壓軟巖地段，在加固完成后的施工中隧道拱頂最大下沉量36.1mm，最大收斂12.7mm，最大下沉速率6.8mm/t，洞內初支未出現開裂現象，表明地表注漿與洞內管棚綜合處理措施起到了很好的效果。

7 結語

我國南方因其獨特的氣候、地形地貌及水文地質條件，對埋深淺、圍巖遇水易軟化的地質地段，在隧道設計施工時，應詳細調查地形條件及地表水發育情況，對于地表水發育地區應提早處理，防止地表水入滲土體，引起巖土體結構變差、礦物軟化、抗剪強度降低及自重增加，出現地表下沉變形現象。

地表注漿為地表加固常用措施，其各參數的選擇均應通過現場試驗確定。當注漿深度在10m范圍內時采用鋼花管法全孔一次性注漿，操作較為簡單，并能取得較好的注漿效果；當注漿深度大于15m時，采用袖閥管法注漿能較好保證注漿效果。

大管棚為隧道超前預支護中最有效的輔助工法之一，但其施工難度較大，成本較高，且工期長，在條件允許的情況下應盡量采用其它輔助工法代替，如雙層小導管注漿等。

[1]張虎.地表注漿在隧道工程中的應用[J].公路，2006（3）：37-40.

[2]邊蘇城.地表注漿加固地層在極度淺埋隧道中的應用[J].山西建筑，2007（9）：12-13.

[3]黃振鶴.隧道洞口滑坡、高邊坡治理技術[J].交通標準化，2005，157（9）：78-80.

U452.11

A

1671-3362（2013）07-0100-02