陳坑隧道洞口失穩(wěn)加固措施探討

石定山

（龍巖廈蓉高速公路擴建工程管理有限公司，福建 龍巖 364000）

陳坑隧道洞口失穩(wěn)加固措施探討

石定山

（龍巖廈蓉高速公路擴建工程管理有限公司，福建 龍巖 364000）

針對陳坑隧道出口成洞面失穩(wěn)情況，分析隧道洞口段水文地質(zhì)條件、失穩(wěn)狀況及原因，通過采取地表注漿、施作洞內(nèi)管棚等措施加固不良地質(zhì)地段，并對加固處理效果進行了評價。

隧道；洞口成洞面；地表注漿；管棚

1 工程概況

陳坑隧道為分離式雙洞，隧道右洞進口樁號YK133+502，出口樁號YK134+101，長599m；左洞進口樁號ZK133+493，出口樁號ZK134+116，長623m。隧道地處低山丘陵區(qū)，隧道軸線方向為南西向，隧道區(qū)山體呈東西向展布，地勢較陡；表層覆蓋殘坡積土層，局部強風化變質(zhì)砂巖裸露，植被稍發(fā)育。進出洞口天然坡度為25o～30o，洞身山體坡度為20o～30o。下伏震旦系樓子壩組變質(zhì)砂巖及印支期侵入花崗巖。

2 水文地質(zhì)條件

隧道地表2.20～8.00m為坡積亞粘土，磚紅、黃色，稍濕-濕，硬塑。下伏變質(zhì)砂巖，地表下8.00～21.60m為強風化變質(zhì)砂巖，灰、褐灰、褐黃色，散體狀，風化程度高，巖芯為砂土狀，手捏即散，含風化碎屑及碎石。地表下21.60～59.90m為弱風化變質(zhì)砂巖，青灰、灰色，變質(zhì)砂巖變余結(jié)構(gòu)，中厚層狀，稍有風化蝕變現(xiàn)象，巖石較堅硬，錘擊聲脆，裂隙較發(fā)育，巖芯為碎塊-中長柱狀，TCR=57%～90%，RQD=10%～61%，巖層產(chǎn)狀為：181°∠66°。存在一構(gòu)造破碎帶，灰白色、灰、灰綠色，巖石為變質(zhì)砂巖破碎成構(gòu)造角礫，由細小破碎物及構(gòu)造泥膠結(jié)，膠結(jié)松散，錘擊易碎，厚度0.67～12.20m。

隧道測區(qū)內(nèi)地下水類型主要為強風化層中的網(wǎng)狀孔隙裂隙潛水及基巖裂隙水，屬弱透水層，主要接受大氣降水補給，地下水富水性較差，水量不大，隧道左洞進、出洞口段和右洞進口段地下水水位低于路面設(shè)計標高，右洞出口段及左右洞洞身段地下水水位高于路面設(shè)計標高，地下水主要聚集在斷層破碎帶和基巖裂隙中。

3 施工情況及地表開裂

隧道右洞出口上方靠近截水溝地表出現(xiàn)多條裂縫，裂縫最長15m，裂縫寬最大約3cm，洞口初支侵入二襯5～10cm，說明洞口斜坡土體處于極限平衡狀態(tài)。該地段覆土較厚，為坡積亞粘土，含少量碎礫石，土層垂直厚度5～7m，下部為強風化變質(zhì)砂巖。洞口右側(cè)下方為花崗巖強風化層，花崗巖與變質(zhì)砂巖全斷層接觸，寬8～10m，帶內(nèi)巖石破碎，裂隙發(fā)育，洞口下方現(xiàn)有開挖坡體底部斷裂帶內(nèi)見地下水出露，并有構(gòu)造角礫巖呈土夾礫出現(xiàn)，顏色為綠灰色，該斷裂與隧道小角度相交，對近洞口的圍巖穩(wěn)定影響較大。為確保成洞面及成洞面至截水溝范圍內(nèi)坡面土體的穩(wěn)定，需要采取加固處理措施。

4 原因分析

根據(jù)地表開裂范圍及特點，結(jié)合現(xiàn)場地形、地貌及水文地質(zhì)條件等因素綜合分析，隧道右洞出口地表開裂、初支侵入二襯的主要原因如下：

斷裂破碎帶與隧道小角度相交，對近洞口的圍巖穩(wěn)定影響較大；隧道進出口地表覆蓋為全、強風化變質(zhì)砂巖，力學性質(zhì)復(fù)雜，同時因該段屬淺埋偏壓，地層應(yīng)力分布不均，難以實現(xiàn)安全進洞；原設(shè)計成洞面施作φ22mm錨桿群的設(shè)計主要起組合作用，對提高圍巖強度作用不大，不能有效提高圍巖穩(wěn)定性。

通過分析，認為采取地表注漿及洞內(nèi)管棚相結(jié)合的措施方案能有效提高洞口段圍巖強度和地層的整體穩(wěn)定性。

5 處理措施

5.1 地表注漿

地表注漿能改善土體的物理力學性能，提高土體強度和地層的整體穩(wěn)定性，降低地層的滲透性，從而起到防止地表裂縫發(fā)展，保證隧道開挖后地層的穩(wěn)定及后期運營安全。

5.1.1 注漿方式

采用鋼花管注漿法全孔一次性劈裂注漿方式，注漿孔按梅花型布置，間距2.5m，詳見圖1。鉆孔注漿深度5～20m，平均深度15.0m，地表設(shè)置錨網(wǎng)噴砼止?jié){盤，厚度不小于50cm。

5.1.2 擴散半徑及注漿壓力

通過現(xiàn)場注漿試驗，檢測設(shè)計擴散半徑1.5m范圍注漿效果確定注漿壓力（注漿壓力不小于3.0MPa）。

5.1.3 注漿材料及配合比選取

采用水泥單漿液和水泥-水玻璃雙漿液相結(jié)合注漿，材料配比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。主要考慮漿液初凝時間、抗壓強度、擴散性和注漿機械適宜性。水泥采用P.042.5R普通硅酸鹽水泥漿，水玻璃濃度35Be′，模數(shù)2.8。最終選取配比為：單液漿水灰比1:1，雙液漿水灰比0.8:1，水玻璃占水泥質(zhì)量15%。

5.1.4 注漿量

按下列公式進行估算：

式中 Q—注漿量（m3）；

K1—漿液損失系數(shù)，一般取值（1.05～1.1）；

R—漿液擴散半徑（m）；

H—注漿深度（m）；

η—巖土空隙率；

K2—填充系數(shù)（小于1）。

現(xiàn)場取值：K1=1.05、R=1.5m、H=1m、η=0.3、K2=0.85、Q=1.89m3。

5.1.5 地表注漿施工情況

地表注漿歷時3個月，共鉆造158孔，總計1580m，壓注1:1水泥漿液2712m3，水泥-水玻璃漿液171m3，竄孔14個，冒漿3處。

5.2 洞內(nèi)大管棚

為保證侵限地段換拱及溝谷段開挖施工安全，洞內(nèi)增設(shè)超前大管棚（見圖2、圖3）。

圖2 大管棚橫斷面圖

圖3 大管棚縱斷面圖

5.2.1 管棚參數(shù)

大管棚長度不小于35m，鋼管軸線與襯砌外緣夾角1.5°，環(huán)向間距30～35cm，共計41根，采用φ89mm×3.5mm無縫鋼管，每節(jié)長度4～6m，絲扣連接，為保證注漿效果均采用鋼花管，管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段110cm。

5.2.2 導(dǎo)向墻參數(shù)

采用C30砼澆筑，內(nèi)設(shè)I20工字鋼4榀；導(dǎo)向管采用φ150mm×5mm無縫鋼管，長2m，露出導(dǎo)向墻0.5m，以確保施工精度。

5.2.3 導(dǎo)向墻拱腳

設(shè)置4根φ89mm鎖腳鋼管，鋼管內(nèi)置2根φ22mm鋼筋，注漿結(jié)束后將鋼筋熱彎與導(dǎo)向墻中鋼架焊接牢固，防止導(dǎo)向墻下沉。

5.2.4 注漿

采用水泥漿液，水灰比為1:1（重量比），注漿壓力0.5～2.5MPa。

5.2.5 管棚施工情況

管棚施工耗時1個月，總計鉆孔1520m，最長鉆設(shè)41m，平均37.1m；注1:1水泥漿液120m3。

6 施工效果評價

現(xiàn)場鉆孔取芯顯示拱腰位置至拱頂以上8m范圍注漿效果明顯，結(jié)石率91%，巖體28d抗壓強度平均5.8MPa，達到預(yù)期效果。

根據(jù)現(xiàn)場隧道開挖情況，管棚施工精度較高，管棚未侵入開挖凈空，距離開挖外輪廓5～20cm，且在施工中嚴格控制了超欠挖。所注漿液彌補了地表注漿在該段的不足，管棚四周均為水泥漿液包裹，漿液固結(jié)圍巖達率93%，擴散半徑0.3m，管棚施工取得了縱向成梁、環(huán)向成拱的效果。

地表注漿與大管棚相結(jié)合加固措施，保證了隧道侵限段換拱安全，并成功穿越淺埋偏壓軟巖地段，在加固完成后的施工中隧道拱頂最大下沉量36.1mm，最大收斂12.7mm，最大下沉速率6.8mm/t，洞內(nèi)初支未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，表明地表注漿與洞內(nèi)管棚綜合處理措施起到了很好的效果。

7 結(jié)語

我國南方因其獨特的氣候、地形地貌及水文地質(zhì)條件，對埋深淺、圍巖遇水易軟化的地質(zhì)地段，在隧道設(shè)計施工時，應(yīng)詳細調(diào)查地形條件及地表水發(fā)育情況，對于地表水發(fā)育地區(qū)應(yīng)提早處理，防止地表水入滲土體，引起巖土體結(jié)構(gòu)變差、礦物軟化、抗剪強度降低及自重增加，出現(xiàn)地表下沉變形現(xiàn)象。

地表注漿為地表加固常用措施，其各參數(shù)的選擇均應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定。當注漿深度在10m范圍內(nèi)時采用鋼花管法全孔一次性注漿，操作較為簡單，并能取得較好的注漿效果；當注漿深度大于15m時，采用袖閥管法注漿能較好保證注漿效果。

大管棚為隧道超前預(yù)支護中最有效的輔助工法之一，但其施工難度較大，成本較高，且工期長，在條件允許的情況下應(yīng)盡量采用其它輔助工法代替，如雙層小導(dǎo)管注漿等。

[1]張虎.地表注漿在隧道工程中的應(yīng)用[J].公路，2006（3）：37-40.

[2]邊蘇城.地表注漿加固地層在極度淺埋隧道中的應(yīng)用[J].山西建筑，2007（9）：12-13.

[3]黃振鶴.隧道洞口滑坡、高邊坡治理技術(shù)[J].交通標準化，2005，157（9）：78-80.

U452.11

A

1671-3362（2013）07-0100-02