淺埋偏壓隧道的設計研究

摘要：在隧道修建中，通常會出現淺埋偏壓的情況，特別是在隧道進出口處和沿山傍河處淺埋偏壓隧道圍巖多為IV級以上軟弱圍巖，力學性質復雜，而且受偏壓影響，地應力分布不均，這就使淺埋偏壓隧道穩定性分析變得很困難，使得在隧道進洞施工中很難實現施工質量、安全質量的精準控制。本文以某工程隧道出口淺埋偏壓地段為研究對象，針對隧道出口段埋深較淺且存在偏壓、圍巖破碎、節理裂隙發育、穩定性能等特點，對隧道洞口淺埋段采取地表預注漿設計進行加固，闡述注漿施工工藝，改善軟弱圍巖成拱穩定條件。

關鍵詞：洞口淺埋;偏壓;隧道設計

引言

近年來，伴隨著我國社會經濟水平的不斷發展，人們的生活水平有了很大提高，同時生活理論也有了很大的轉變，越來越注重綠色環保。對工程建設環保要求也越來越高，尤其是對隧道洞口段的環保要求，相關設計施工規范均作了洞口位置規范性要求，強調早進洞、晚出洞，即適當延長洞VI和隧道長度，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，洞口段圍巖一般比較破碎、地質條件較差，如何遵循盡量減少對巖體擾動原則提高洞口段巖體和邊、仰坡穩定性，確保安全、環保進洞方式值得研究，筆者通過對隧道口淺埋段地表預注漿軟弱圍巖預加固措施作出了研究分析，并對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110m，整個隧道位于R=350圓曲線上。為降低公路建設對隧道附近居民帶來影響，避免原設計方案進洞深挖方造成環境破壞，著力保護山區村莊周圍原始風貌，采用隧道早進洞、晚出洞環保設計理念達到零開挖進洞要求，隧道出口端洞口淺埋偏壓段襯砌長度達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，山體地勢陡峭，中部起伏不平，植被發育，隧道洞口段風化非常嚴重，為角礫粉質粘土及強-中風化千枚狀板巖，穩定性極差，洞口段均為V級圍巖。

2 洞口淺埋段襯砌結構及施工方案設計

2.1襯砌結構設計

隧道洞口淺埋段襯砌形式采用V級圍巖加強段復合式襯砌支護設計斷面，針對隧道洞口段軟弱圍巖、淺埋偏壓特點，結合地表預注漿加固對超前支護、初期支護及二襯進行加強設計，支護參數如下。

1）鋼架，采用I18工字鋼彎制而成，接頭形式為墊板加高強螺栓，考慮到淺埋偏壓等多種不利因素，拱架設計間距取0.8m一榀，縱向采用擔2鋼筋連接，環向間距取1.0m。

2）系統錨桿，采用L=4.0m25mm中空注漿錨桿，拱部及側墻設置，環向間距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，錨桿必須設計鋼墊板。

3）噴射混凝土，采用25cm厚C25網噴射混凝土，鋼筋網間距20cm×20cm，鋼筋網焊接鋼拱架。

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，構造筋采用12鋼筋，環向間距25cm。洞口范圍20m內超前支護采用注漿長管棚，設置范圍為拱部120，環向間距40cm，管棚采用108×6cm熱軋無縫鋼管，每節長4m-6m，管棚注漿采用1：1水泥漿，注漿壓力0.5MPa-2.0MPa。

2.2施工方案設計

V級圍巖加強段采用臺階分部法開挖，要求先進行上弧形導坑開挖，留核心土支擋開挖工作面，有利于及時施作拱部初期支護以加強開挖工作面穩定性，核心土以及下部開挖在初期支護保護下進行，施工安全性好，一般環形進尺0.5m-1.0m，下臺階長度為開挖毛洞徑1.5倍，為避免初支拱腳下沉，隧道下部斷面開挖時上部斷面初期支護每榀鋼拱架增加4根鎖腳錨桿.隧道施工開挖時少擾動巖體，嚴格控制超、欠挖，用風鎬修邊，修去欠挖部分，鋼筋網和鋼支撐密貼圍巖面，支撐緊密，再加C15混凝土預制墊塊楔緊使初期支護及時可靠。二次襯砌采用混凝土運輸車、輸送泵和襯砌模板臺車機械化配套施工方案確保混凝土質量達到內實外光。

3隧道地表預注漿加固處理

根據隧道洞口段地形地貌以及地質特征，結合工程本身特點，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間可控、漿液結石率高、結合體早期強度大特征，在相對較高灌漿壓力，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位置使雙漿液在劈裂孔隙或裂隙中混合并迅速凝結，形成結合體使原來松散圍巖膠結成一個整體，改善隧道成拱穩定條件，保證工程安全順利掘進。

3.1 地表預注漿方案設計

隧道出口洞門左側發育有洼地，右側地形陡峻，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洞，通過分析需要對隧道進洞段地表軟弱圍巖進行地表注漿預加固，即開挖進洞前在洞身軸線兩側各8m范嗣地表進行豎向鉆孔分段注入l：1水泥-水玻璃雙漿液，將松散圍巖膠結成足夠強度復合圍巖，保證隧道安全順利進洞.注漿需要在原地面清表及整平后方可進行。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交錯布孔眼，孔眼直徑10mm，詳見圖1

圖1地表預注漿加固斷面圖

3.2注漿參數

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行.注漿量根據漿液擴散半徑計算確定.考慮注漿范圍相互重疊的原則，擴散半徑Rk按Rk=（0.6-0.7）R計算，注漿采用分段后退式注漿，一階段為1.5m-2.0m，注漿次序為由外而內，先形成止漿帷幕然后縱橫向每隔3個孔依次注漿至注滿所有孔;施工時注漿孔不得加水并要求加設止漿措施防止漿液外泛。

3.3施工工藝及注意事項

隧道洞臼淺埋段軟弱圍巖注漿主要采用帷幕注漿法，縱向由隧道口向進口方向按順序進行，注漿時采取先外后內形成止漿帷幕.后縱橫向每隔3個孔錯開依次注漿，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，整平施工現場。

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計孔底便于自上而下分段式注漿。

3）清孔，采用高壓風吹盡孔內泥漿雜物。

4）下管，鉆孔內放入75×5mm PVC塑料管，塑料管下半段設置成打孔注漿花管。

5）封孔，為f確保注漿壓力及注漿效果，需要對地表下1.5m孔深范圍用水泥砂漿密封。

6）壓漿，采用壓漿機將配制好雙漿液壓人孔中。

4結語

綜上所術，在隧道設計上力求更科學合理外，更多要體現“以人為本”的隧道設計新理念，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生。本文通過對隧道洞口淺埋段軟弱圍巖預注漿處理，極大改善洞口段圍巖巖土力學指標，提升圍巖成拱穩定條件。為基于環保理念隧道“早進洞、晚出洞”零開挖進洞實施提供有力保障。

參考文獻：

[1]JTGD70-2004，公路隧道設計規范[s].

[2]王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.