淺埋偏壓隧道施工技術探討

張鳳愛

(河北省高速公路承秦籌建處 河北 秦皇島 066000)

0 引言

隧道地質條件多變復雜，隧址常常經過一些淺埋偏壓破碎地段，施工中由于對圍巖預測的不準確或施工不規范在開挖時容易出現塌方冒頂等事故，產生影響施工進度、人員傷亡、財產損失的嚴重后果，在社會上造成很壞的影響。研究快速、安全、經濟的通過隧道淺埋破碎地段是高速公路建設的未來重大課題方向，也是現場施工必須解決的重要問題。

1 工程背景

承秦高速公路大窯溝隧道，位于秦皇島市青龍滿族自治區廣茶山村，為分離式雙洞隧道，其中左線隧道全長370m，右線隧道全長470m。隧道圍巖巖體受構造運動影響比較嚴重，巖體破碎。圍巖級別為Ⅴ～Ⅳ級，圍巖整體穩定性較差。注漿段RK126+900～RK126+990，長90m，該段洞頂埋深較淺，最大6m，最小4m，圍巖為為強風化花崗巖，節理裂隙發育，巖石呈碎石狀，巖體為碎裂塊狀。開挖時極有可能出現大面積的坍塌、冒頂現象，安全風險大。如何安全順利通過此段淺埋偏壓區域是該隧道施工的重難點工程，通過多方案比選論證，決定對該淺埋偏壓區域實施地面高壓預注漿處理，通過地表注漿改善固結松散圍巖，提高圍巖強度，進而達到保證工程安全的目的。

2 淺埋偏壓段關鍵工序施工方法和技術措施

2.1 地表注漿加固

注漿法是利用壓力將能固化的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中，并擠壓松散圍巖，使破碎圍巖連成整體，達到改善固結松散圍巖的作用，使其物理力學性能得到改善的一種方法。

注漿范圍決定于圍巖可根據圍巖地質情況如孔隙率、注漿壓力，施工方法等因素定。一般情況，注漿加固帷幕的半徑為隧道開挖半徑的2～3倍。

本次注漿在大窯溝隧道RK126+900～RK126+990處，注漿范圍長90m，寬28.5m。注漿孔間距為1.5*1.5m，梅花狀布置。注漿小導管為Φ50鋼管，壁厚5mm，注漿管前端鉆花孔，鉆孔直徑1cm，間距40mm，梅花形布置，導管尾部50cm不設花孔。注漿小導管管身設有Φ10mm的注漿孔，當水泥漿注入導管之后，水泥漿會通過注漿孔進入巖層之中，從而能夠起到固定破碎巖層，連接各分散巖層，使單一破碎的巖體連成整體的作用。

2.2 洞身開挖

對于淺埋偏壓段采用留核心土環形開挖，開挖長度不應過長，以0.5～1.0米為宜，核心土面積不應小于整個斷面面積的50%，核心土與下臺階開挖應在上臺階支護完成后、噴射混凝土強度達到設計強度的70%后進行。

淺埋偏壓段為Ⅴ級強風化圍巖，圍巖地質條件差，自穩時間短，為加強圍巖的自穩能力，每次掘進對前面洞身輪廓線外的圍巖采取超前小導管預支護，注漿加固拱圈圍巖，形成小導管剛性骨架和加固圍巖圈共同作用的受力體系，確保后續掘進施工安全。考慮到進口段淺埋偏壓十分嚴重，超前注漿小導管環向間距設計為35cm，確保超前預支護效果。

在隧道初級支護中還設置有徑向系統錨桿，并且系統錨桿采用注漿效果很好的Φ25中空注漿錨桿，錨桿梅花型布設，長度3.5m。為增加錨桿對圍巖的加固效果，施工時將拱圈及中間巖柱內的錨桿間距設計為@=100×60cm。此外，增加加固中間巖柱的兩側對穿中空注漿錨桿，確保淺埋偏壓小凈距隧道中間巖柱的穩定性。

噴射混凝土施工后很短時間內，鋼架立即受力，并且其強度和剛度較大，可以承受淺埋偏壓段Ⅴ級圍巖的松動變形壓力，確保松散破碎圍巖開挖后的穩定性。考慮到大窯溝隧道進口Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段的工程特點，鋼拱架每榀縱向間距設計為60cm。噴射混凝土采用“濕噴”施工工藝，以降低粉塵污染，減少回彈量，在施工中嚴格控制水灰比，混合料應隨拌隨噴，當噴射作業分層進行時，后一層噴射應在前一層混凝土終凝后進行，另外回彈物不得重新用作噴射混凝土材料，噴射混凝土應適時進行養護，保證噴射混凝土質量。

淺埋偏壓段二次襯砌采用45cm～71cm厚的鋼筋混凝土，在洞身存在偏壓的一側，從拱頂向拱腳處二襯厚度由45cm漸變加厚至71cm，以增強二次襯砌抵抗圍巖變形的側壓力。對于大窯溝隧道進口淺埋偏壓Ⅴ級圍巖段，為保證洞內施工安全，二次襯砌需及時施工，以抵抗較大的圍巖變形壓力，二襯緊跟掌子面的距離保持40m內。二次襯砌采用鋼筋混凝土，以保證淺埋偏壓軟弱圍巖狀態下的隧道二襯結構的受力抗裂性能。二襯施工采用先墻后拱法，仰拱完成并回填后及時施工矮邊墻，再用10m長的自行式液壓全斷面二襯臺車一次澆注拱圈二襯模筑混凝土。二襯混凝土澆筑時要連續澆筑并由下向上從兩側向拱頂對稱澆筑，并用振搗器振實，澆筑過程中注意保證預埋件不移位。為保證混凝土澆筑密實，在拱頂處預留注漿孔，間距不大于3m，且每板臺車范圍內不應少于4個。拱頂注漿填充要在襯砌混凝土強度達到100%后進行。

2.3 監控量測

隧道支護結構應用新奧法原理采用復合式襯砌，要求在施個工過程中必須進行現場監控量測和超前地質預報，通過對量測數據進行分析和判斷，對圍巖與支護體系的穩定狀態進行監控和預測，并據此制定相應的施工技術與安全措施，以保證洞室周邊巖體的穩定性及支護結構的安全性。

針對淺埋偏壓隧道施工監測手段如下：

（1）地質超前預報

本項目隧道工程施工采用多地震波超前預報儀（TSP203），根據地震波的動力學特性和運動學特性判定前方圍巖是否存在斷層、溶洞、破碎帶及地下水等不良地質情況，給現場施工提供決策依據，及時調整施工方法和支護參數。

（2）應力-應變量測

采用應變計、應力盒、測力計等對初期支護中鋼拱架、錨桿及噴射混凝土以及二次襯砌進行受力變形檢測，進而檢驗和評價支護效果。

（3）隧道圍巖變形量測

通過洞內外變形收斂量測來監控洞室穩定狀態和評價隧道變形特征。主要量測項目包括凈空收斂量測、拱頂下沉量測和圍巖內部位移量測和地表沉降量測。

斷面監控量測拱頂下沉量結果(如圖1)表明：隧道拱頂下沉在前10d即完成拱頂下沉總量的70%，20d左右基本完成下沉變形量。拱頂下沉值較小，最終穩定下沉量為12mm。隧道量測結果綜合表明淺埋偏壓段隧道施工關鍵工序和主要技術措施得當，達到了預期效果。

圖1 拱頂下沉量與時間曲線關系

3 結語

針對承秦高速公路大窯溝淺埋偏壓隧道圍巖應力、變形的復雜情況，對淺埋偏壓段關鍵工序的施工方法和技術措施進行探討。地表注漿加固、新奧法開挖、實時監控圍巖變形綜合手段結合應用于大窯溝隧道Ⅴ級圍巖淺埋偏壓段施工中，實踐證明有效可行。

［1］陳少華，劉偉.小凈距隧道的結構受力特點及工程措施[A]//交通部公路司，編.“國際隧道研討會暨公路建設技術交流大會”論文集[C].北京：人民交通出版社，2002.

［2］JTGF60-2009公路隧道施工技術規范[S].

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