偏压隧道的原因分析与处理

偏压隧道的原因分析与处理

摘要:随着我国铁路、公路基础交通设施建设的迅猛发展,隧道工程施工技术也得到了大幅提升。近年来,我国铁路、公路工程隧道穿越恶劣地质条件的情况时有发生，因此加大复杂地质条件下隧道施工技术的研究,对于提升铁路、公路施工质量具有十分重要的意义。本文对偏压隧道施工技术展开深入探讨。

关键词:偏压隧道不良影响施工技术方法

一、引言

偏压隧道是指由于客观原因而致围岩压力呈现出较为明显的不均匀性,在偏压荷载作用下对隧道的支护和施工产生不利影响。随着我国铁路、公路网布局的不断完善,在相对复杂条件下进行隧道建设的情况越来越多,而偏压隧道建设占据了一定的比例。下面就对偏压隧道的施工进行探讨。

二、偏压对隧道产生的原因分析

偏压现象对隧道的影响通常体现在隧道衬砌结构的受力、洞口边仰坡的稳定性,以及隧道施工这几个方面:

1 偏压会对隧道衬砌结构的受力产生影响

若隧道有偏压现象存在,则作用于隧道衬砌上的荷载必然是不对称的,这极易引起衬砌结构发生剪切破坏,尤其是地形、地质因素所引起的偏压,更会对隧道结构体系产生较大影响。偏压是引发隧道洞口段发生衬砌裂缝的主要原因,偏压荷载越大,则引发裂缝的几率就越大,偏压引起的裂缝走向通常为纵向裂缝和斜向裂缝。

2 偏压现象对洞口边仰坡的不良影响

在偏压和隧道开挖的双重作用下,隧道围岩应力的释放,会导致隧道洞口段山体产生变形,进而出现一定的水平位移。如果围岩强度较低,一旦含水量增大就容易被软化,使隧道深埋侧山体产生下滑的偏压推力,对浅埋侧围岩产生挤压效应,进而导致地表开裂现象,使洞内二次衬砌的裂纹扩展、变形加重;地表越陡则偏压越严重,在偏压力作用下,极容易引起边坡失稳

现象。

偏压对隧道边坡的影响是很大的,若是软弱黄土层、冲积专人碎石土和坡崩积土层等特殊地质土,对边坡的影响则会更大。

3 偏压现象会对隧道工程的施工产生不良影响

在偏压地质条件下开展隧道工程施工工序复杂,技术要求也更高,尤其是对隧道开挖的方法、开挖的顺序及其支护形式均有较高的要求。在具体施工中必须采取有力措施以避免因施工不当而引起的隧道局部塌方,使隧道围岩压力牌相对稳定的状态。在偏压隧道施工实践中应当遵循“短开挖、强支护、及时密贴、实回填、严治水、勤量测”的施工原则,还应对隧道洞内及洞口处边坡进行现场准确的测量,并通过测量数据的分析与判断,确保隧道施工及建成后围岩支护的状态趋于稳定。

三、处理偏压隧道施工技术探析

由于支护结构受围岩的压力不均匀,软岩偏压隧道局部应力较大,这就更易产生大规模的结构破坏现象。而且软岩开挖之后,隧道洞壁岩体会承受较大因开挖而产生的高地应力,发生破坏性的岩体松弛变形,引发隧道坍方事故。因此,在偏压隧道施工过程中,必须要遵循软岩偏压隧道施工的基本原则,选择适宜的施工方法,采取必要的辅助施工措施,进行及时有效的施工,才能将有害的偏压控制起来。

1 偏压隧道的主要施工方法

偏压隧道施工的方法很多,但目前使用最多的施工方法为预留核心土短台阶分步开挖法和超短台阶分部开挖法。II类软质围岩段偏压隧道,可以采用短台阶法预留核心土开挖法,并配合适当的辅助施工手段为宜;而对于III类软质围岩段隧道的施工而言,采用超短台阶法开挖能够更为有效地解决偏压问题。这两种常用的施工方法,在施工时均要注意二次衬砌距掌子面不得超过隧道跨度的两倍,掌子面对已施作初期支护的约束能够有效抵抗部分偏压力。此外,隧道洞口偏压段应尽量避免仰坡开挖,而增设长度适当的偏压式明洞,在反压回填后再工展暗洞作业。隧道洞口段的施工步骤通常为:①施作洞顶截水沟,并布设地表观测网;②边仰坡开挖和支护,施作边仰坡上的锚杆、挂钢筋网和喷硷;③打设Φ108大管棚;④施作明洞并做好明洞回填工作;⑤施作如偏压墙、地表注浆等确定的辅助措施;⑥采用预选的方法进行暗洞施工;⑦在施作初期支护的基础上,及时施作二次衬砌。这里以超短台阶法为例介绍偏压隧道的施工工艺。对于III类围岩的隧道而言,在掘进时,把开挖面划分为起拱线以上的上导坑和下导坑左侧、下导坑右侧三个部分,交替开展从开挖至支护的各道工序,三个部分施工距离以3～5米为宜,具体的施工工艺流程如下:①开挖上导坑,循环进尺应与钢拱架纵向间距相同,但要注意每循环进尺不得超过一米,喷射C20混凝土±4cm厚,并按照顺序及时支立上导坑钢拱架、打设径向锚杆、挂钢筋网片,分两次按设计厚度完成本次循环的C20混凝土和初期支护混凝土;②上导坑超前3～5米,的中部修建上导坑材料的运输道。分步开挖左、右侧下导坑,每循环开挖应控制在3~5米,初喷边墙C20混凝土4cm厚,并及时支立边墙钢架、打设径向锚杆、挂钢筋网片、焊钢架连接筋,最后分次完成C20边墙喷射混凝土;③完成左右侧边墙后,即可开挖仰拱,按设计支立仰拱钢拱架,喷射仰拱初期支护混凝土,并绑扎仰拱钢筋,浇筑仰拱及充填用混凝土;④始终让二次衬砌与仰拱端头保持10～20米距离,铺设防水板、绑扎二次衬砌钢筋,并浇筑二次衬砌混凝土。

2 偏压隧道辅助施工措施

常用的辅助施工方法与措施有:

( 1) 洞外回填反压平衡法

适用于进出口段存在偏压的隧道。

施工工艺: 在偏压段隧道外纵向修建各种型式的挡土墙, 然后在挡墙与隧道间回填土石。

作用: 使隧道两侧土压力偏异减小, 同时可防止隧道施工中山体滑坡。

( 2) 洞外地表注浆固结法

适用于难于进行洞外回填反压, 且围岩经注浆加固能明显提高抗剪强度的偏压隧道。

施工工艺: 在偏压隧道段隧址区地表, 按泰沙基理论确定的假想滑动线组成的范围内, 打设570-160 的钢管进行地表注浆。钢管间距和管径根据岩体的裂隙率、充填率及地表横坡大小等确定, 钢管打设深度为从地表至假定滑动破裂线以下3~ 6 m。

当岩体裂隙率、孔隙率较大时, 选用间距大、管径大的注浆方式; 当岩体裂隙充填质软、充填较满、地表横坡大、围岩结构面组合不利时, 选用间距小、管径大的注浆方式。

作用: 通过地表注浆改良围岩物理力学特性, 使围岩能承受隧道开挖后形成的高应力, 并减弱隧道支护的偏压; 地表钢管注浆形成钢管桩, 通过地表加固注浆可形成一道地下防滑墙。

( 3) 洞内钢管注浆固结法

适用于洞外无法进行辅助施工, 围岩经注浆加固能明显提高抗剪强度的偏压隧道。

施工工艺: 初期支护施工完成后, 径向打设542花管, 间距根据围岩的裂隙率、充填率确定, 一般按1 m @ 1 m 梅花型布设, 花管长4~ 4. 5 m。注水灰比为1B1~ 1B0. 5 的水泥浆或水泥水玻璃浆, 注浆压力0. 5~ 1MPa。

作用: 固结松动圈围岩, 提高围岩抗剪强度; 使围岩能承受高应力, 减小支护上的松动压力; 使围岩与支护共同受力, 减少初期支护上承受的偏压荷载。

( 4) 径向自进式长锚杆( 锚索)