淺埋偏壓隧道的設(shè)計(jì)研究

摘要：在隧道修建中，通常會(huì)出現(xiàn)淺埋偏壓的情況，特別是在隧道進(jìn)出口處和沿山傍河處淺埋偏壓隧道圍巖多為IV級(jí)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(jìn)洞施工中很難實(shí)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(duì)象，針對(duì)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(diǎn)，對(duì)隧道洞口淺埋段采取地表預(yù)注漿設(shè)計(jì)進(jìn)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(jì)

引言

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，人們的生活水平有了很大提高，同時(shí)生活理論也有了很大的轉(zhuǎn)變，越來(lái)越注重綠色環(huán)保。對(duì)工程建設(shè)環(huán)保要求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)隧道洞口段的環(huán)保要求，相關(guān)設(shè)計(jì)施工規(guī)范均作了洞口位置規(guī)范性要求，強(qiáng)調(diào)早進(jìn)洞、晚出洞，即適當(dāng)延長(zhǎng)洞VI和隧道長(zhǎng)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(hù)，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(duì)巖體擾動(dòng)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(jìn)洞方式值得研究，筆者通過對(duì)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(duì)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(zhǎng)110m，整個(gè)隧道位于R=350圓曲線上。為降低公路建設(shè)對(duì)隧道附近居民帶來(lái)影響，避免原設(shè)計(jì)方案進(jìn)洞深挖方造成環(huán)境破壞，著力保護(hù)山區(qū)村莊周圍原始風(fēng)貌，采用隧道早進(jìn)洞、晚出洞環(huán)保設(shè)計(jì)理念達(dá)到零開挖進(jìn)洞要求，隧道出口端洞口淺埋偏壓段襯砌長(zhǎng)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(shì)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(qiáng)-中風(fēng)化千枚狀板巖，穩(wěn)定性極差，洞口段均為V級(jí)圍巖。

2 洞口淺埋段襯砌結(jié)構(gòu)及施工方案設(shè)計(jì)

2.1襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隧道洞口淺埋段襯砌形式采用V級(jí)圍巖加強(qiáng)段復(fù)合式襯砌支護(hù)設(shè)計(jì)斷面，針對(duì)隧道洞口段軟弱圍巖、淺埋偏壓特點(diǎn)，結(jié)合地表預(yù)注漿加固對(duì)超前支護(hù)、初期支護(hù)及二襯進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，支護(hù)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(qiáng)螺栓，考慮到淺埋偏壓等多種不利因素，拱架設(shè)計(jì)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(jì)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(hù)采用注漿長(zhǎng)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(wú)縫鋼管，每節(jié)長(zhǎng)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(jì)

V級(jí)圍巖加強(qiáng)段采用臺(tái)階分部法開挖，要求先進(jìn)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(shí)施作拱部初期支護(hù)以加強(qiáng)開挖工作面穩(wěn)定性，核心土以及下部開挖在初期支護(hù)保護(hù)下進(jìn)行，施工安全性好，一般環(huán)形進(jìn)尺0.5m-1.0m，下臺(tái)階長(zhǎng)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(shí)上部斷面初期支護(hù)每榀鋼拱架增加4根鎖腳錨桿.隧道施工開挖時(shí)少擾動(dòng)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(hù)及時(shí)可靠。二次襯砌采用混凝土運(yùn)輸車、輸送泵和襯砌模板臺(tái)車機(jī)械化配套施工方案確保混凝土質(zhì)量達(dá)到內(nèi)實(shí)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(diǎn)，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(shí)間可控、漿液結(jié)石率高、結(jié)合體早期強(qiáng)度大特征，在相對(duì)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(lái)松散圍巖膠結(jié)成一個(gè)整體，改善隧道成拱穩(wěn)定條件，保證工程安全順利掘進(jìn)。

3.1 地表預(yù)注漿方案設(shè)計(jì)

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(jìn)洞，通過分析需要對(duì)隧道進(jìn)洞段地表軟弱圍巖進(jìn)行地表注漿預(yù)加固，即開挖進(jìn)洞前在洞身軸線兩側(cè)各8m范嗣地表進(jìn)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(qiáng)度復(fù)合圍巖，保證隧道安全順利進(jìn)洞.注漿需要在原地面清表及整平后方可進(jìn)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(cuò)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(jìn)行.注漿量根據(jù)漿液擴(kuò)散半徑計(jì)算確定.考慮注漿范圍相互重疊的原則，擴(kuò)散半徑Rk按Rk=（0.6-0.7）R計(jì)算，注漿采用分段后退式注漿，一階段為1.5m-2.0m，注漿次序?yàn)橛赏舛鴥?nèi)，先形成止?jié){帷幕然后縱橫向每隔3個(gè)孔依次注漿至注滿所有孔;施工時(shí)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(xiàng)

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(jìn)口方向按順序進(jìn)行，注漿時(shí)采取先外后內(nèi)形成止?jié){帷幕.后縱橫向每隔3個(gè)孔錯(cuò)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(chǎng)。

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(jì)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(duì)地表下1.5m孔深范圍用水泥砂漿密封。

6）壓漿，采用壓漿機(jī)將配制好雙漿液壓人孔中。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所術(shù)，在隧道設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(jìn)洞、晚出洞”零開挖進(jìn)洞實(shí)施提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

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