浅埋偏压隧道的设计研究

浅埋偏压隧道的设计研究

发表时间：2016-09-01T15:06:14.747Z 来源：《基层建设》2015年6期作者：缪小金[导读] 摘要：在隧道修建中，通常会出现浅埋偏压的情况，特别是在隧道进出口处和沿山傍河处浅埋偏压隧道围岩多为IV级以上软弱围岩

衢州市科峰工程规划设计研究有限公司

摘要：在隧道修建中，通常会出现浅埋偏压的情况，特别是在隧道进出口处和沿山傍河处浅埋偏压隧道围岩多为IV级以上软弱围岩，力学性质复杂，而且受偏压影响，地应力分布不均，这就使浅埋偏压隧道稳定性分析变得很困难，使得在隧道进洞施工中很难实现施工质量、安全质量的精准控制。本文以某工程隧道出口浅埋偏压地段为研究对象，针对隧道出口段埋深较浅且存在偏压、围岩破碎、节理裂隙发育、稳定性能等特点，对隧道洞口浅埋段采取地表预注浆设计进行加固，阐述注浆施工工艺，改善软弱围岩成拱稳定条件。

关键词：洞口浅埋；偏压；隧道设计

引言

近年来，伴随着我国社会经济水平的不断发展，人们的生活水平有了很大提高，同时生活理论也有了很大的转变，越来越注重绿色环保。对工程建设环保要求也越来越高，尤其是对隧道洞口段的环保要求，相关设计施工规范均作了洞口位置规范性要求，强调早进洞、晚出洞，即适当延长洞VI和隧道长度，提倡零开挖洞口。让隧道洞口周围的植被、建筑物得到妥善保护，洞口段围岩一般比较破碎、地质条件较差，如何遵循尽量减少对岩体扰动原则提高洞口段岩体和边、仰坡稳定性，确保安全、环保进洞方式值得研究，笔者通过对隧道口浅埋段地表预注浆软弱围岩预加固措施作出了研究分析，并对如何处理这些问题提出了自己的看法。以供参考。

1 工程概况

该隧道位于改建工程Kl+364-KI+474段，隧道出口紧邻村庄，距离民房约30m.隧道全长110m，整个隧道位于R=350圆曲线上。为降低公路建设对隧道附近居民带来影响，避免原设计方案进洞深挖方造成环境破坏，着力保护山区村庄周围原始风貌，采用隧道早进洞、晚出洞环保设计理念达到零开挖进洞要求，隧道出口端洞口浅埋偏压段衬砌长度达56 m。隧道位于两大山脉间，地形起伏大，沟壑纵横。隧道轴线海拔高程介于241.2m-268.1m，隧道最大埋深31.3m，山体地势陡峭，中部起伏不平，植被发育，隧道洞口段风化非常严重，为角砾粉质粘土及强－中风化千枚状板岩，稳定性极差，洞口段均为V级围岩。

2 洞口浅埋段衬砌结构及施工方案设计

2.1衬砌结构设计

隧道洞口浅埋段衬砌形式采用V级围岩加强段复合式衬砌支护设计断面，针对隧道洞口段软弱围岩、浅埋偏压特点，结合地表预注浆加固对超前支护、初期支护及二衬进行加强设计，支护参数如下。 1）钢架，采用I18工字钢弯制而成，接头形式为垫板加高强螺栓，考虑到浅埋偏压等多种不利因素，拱架设计间距取0.8m一榀，纵向采用担2钢筋连接，环向间距取1.0m。

2）系统锚杆，采用L=4.0m25mm中空注浆锚杆，拱部及侧墙设置，环向间距0.8m，纵向间距配合钢拱架使用取0.6m，锚杆呈梅花形布置，锚杆尾部与钢拱架连接，锚杆必须设计钢垫板。

3）喷射混凝土，采用25cm厚C25网喷射混凝土，钢筋网间距20cm×20cm，钢筋网焊接钢拱架。 4）二次衬砌，采用50cm厚FS型C25钢筋混凝土，主筋采用22钢筋，纵向间距20cm，构造筋采用12钢筋，环向间距25cm。洞口范围20m 内超前支护采用注浆长管棚，设置范围为拱部120，环向间距40cm，管棚采用108×6cm热轧无缝钢管，每节长4m-6m，管棚注浆采用1：1水泥浆，注浆压力0.5MPa-2.0MPa。

2.2施工方案设计

V级围岩加强段采用台阶分部法开挖，要求先进行上弧形导坑开挖，留核心土支挡开挖工作面，有利于及时施作拱部初期支护以加强开挖工作面稳定性，核心土以及下部开挖在初期支护保护下进行，施工安全性好，一般环形进尺0.5m-1.0m，下台阶长度为开挖毛洞径1.5倍，为避免初支拱脚下沉，隧道下部断面开挖时上部断面初期支护每榀钢拱架增加4根锁脚锚杆.隧道施工开挖时少扰动岩体，严格控制超、欠挖，用风镐修边，修去欠挖部分，钢筋网和钢支撑密贴围岩面，支撑紧密，再加C15混凝土预制垫块楔紧使初期支护及时可靠。二次衬砌采用混凝土运输车、输送泵和衬砌模板台车机械化配套施工方案确保混凝土质量达到内实外光。 3隧道地表预注浆加固处理

根据隧道洞口段地形地貌以及地质特征，结合工程本身特点，通过分析确定洞口段软弱围岩加同采用水泥-水玻璃双液注浆，注浆从施工作用上看施工工艺属于静压注浆之固结注浆，在注浆理论上属于渗透注浆，主要通过注浆管将浆液均匀注入地层中，利用浆液速凝且凝固时间可控、浆液结石率高、结合体早期强度大特征，在相对较高灌浆压力，浆液以充填渗透和挤密等方式，赶走碎石土及岩体裂隙中水分和空气后占据位置使双浆液在劈裂孔隙或裂隙中混合并迅速凝结，形成结合体使原来松散围岩胶结成一个整体，改善隧道成拱稳定条件，保证工程安全顺利掘进。

3.1 地表预注浆方案设计

隧道出口洞门左侧发育有洼地，右侧地形陡峻，洞口段浅埋偏压较明显，隧道洞口处为河流.隧道出口K1+429-K1+464浅埋暗洞段隧道轴线位置埋深仅7m-9m，为确保施工安全顺利进洞，通过分析需要对隧道进洞段地表软弱围岩进行地表注浆预加固，即开挖进洞前在洞身轴线两侧各8m范嗣地表进行竖向钻孔分段注入l：1水泥-水玻璃双浆液，将松散围岩胶结成足够强度复合围岩，保证隧道安全顺利进洞.注浆需要在原地面清表及整平后方可进行。注浆管采用妒5×5mmPVC打孔塑料管，间距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交错布孔眼，孔眼直径10mm，详见图1

图1地表预注浆加固断面图

3.2注浆参数

注浆浆液采用水泥-水玻璃浆液，浆液为水灰比l：l水泥浆，水泥砂浆粘结剂采用42.5普通硅酸盐水泥，注浆压力为0MPa-2.0MPa，水玻璃按照水泥重量3%掺入起到速凝作用，水玻璃模数m=2.5-3.0，浓度Be=43-45.注浆浆液的浓度由稀到浓，注浆压力由低到高进行.注浆量根据浆液扩散半径计算确定.考虑注浆范围相互重叠的原则，扩散半径Rk按Rk=（0.6-0.7）R计算，注浆采用分段后退式注浆，一阶段为1.5m-

2.0m，注浆次序为由外而内，先形成止浆帷幕然后纵横向每隔3个孔依次注浆至注满所有孔；施工时注浆孔不得加水并要求加设止浆措施防止浆液外泛。

3.3施工工艺及注意事项

隧道洞臼浅埋段软弱围岩注浆主要采用帷幕注浆法，纵向由隧道口向进口方向按顺序进行，注浆时采取先外后内形成止浆帷幕.后纵横向每隔3个孔错开依次注浆，具体单孔又采取分段式注浆方式，施工次序主要有： 1）清表，清除地表植被，整平施工现场。

2）钻孔，注浆采取自上而下分段后退式注浆，注浆孔需一次成孔至设计孔底便于自上而下分段式注浆。 3）清孔，采用高压风吹尽孔内泥浆杂物。

4）下管，钻孔内放入75×5mm PVC塑料管，塑料管下半段设置成打孔注浆花管。 5）封孔，为f确保注浆压力及注浆效果，需要对地表下1.5m孔深范围用水泥砂浆密封。 6）压浆，采用压浆机将配制好双浆液压人孔中。 4结语

综上所术，在隧道设计上力求更科学合理外，更多要体现“以人为本”的隧道设计新理念，更加人性化。让隧道的使用者更加安全舒适，最大程度的减少交通事故的发生。本文通过对隧道洞口浅埋段软弱围岩预注浆处理，极大改善洞口段围岩岩土力学指标，提升围岩成拱稳定条件。为基于环保理念隧道“早进洞、晚出洞”零开挖进洞实施提供有力保障。

参考文献：

[1]JTGD70-2004，公路隧道设计规范[s].

[2]王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.