隧道洞身淺埋偏壓段處理方案淺析

王鵬

【摘 要】 隨著我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，研究其洞身淺埋偏壓段的處理方案凸顯出重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了隧道淺埋偏壓機(jī)理。在探討隧道洞身淺埋偏壓段的施工方法及順序的基礎(chǔ)上，研究了洞身處理方案。

【關(guān)鍵詞】 隧道洞身；淺埋偏壓段；處理方案

一、前言

作為一種需要充分考慮實(shí)際建造環(huán)境的工程項(xiàng)目，隧道建設(shè)在近期得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。研究隧道洞身淺埋偏壓段的處理方案，能夠更好地控制隧道建設(shè)的實(shí)際效果，優(yōu)化洞身施工質(zhì)量。本文從概述相關(guān)內(nèi)容著手本課題的相關(guān)研究。

二、概述

我國(guó)的地質(zhì)環(huán)境千變?nèi)f化，而交通路線貫穿大江南北。其中會(huì)出現(xiàn)許多交通路線需要開(kāi)挖隧道的情況。而在丘陵或者山地環(huán)境中，有一些隧道開(kāi)挖地點(diǎn)，洞口會(huì)出現(xiàn)偏壓和淺埋的情況。這些情況給工程施工帶來(lái)了一定的難度，給施工和后期工程的使用帶來(lái)了一定的安全問(wèn)題。所以，在施工的時(shí)候就需要全面考慮，結(jié)合實(shí)際，科學(xué)妥善的處理好偏壓和淺埋問(wèn)題。

在各種不利條件中，偏壓對(duì)隧道施工潛在的威脅最大。偏壓會(huì)造成隧道的不平衡受力，輕則可使隧道凈空輪廓變形，重則破壞隧道整體結(jié)構(gòu)。該隧道的偏壓來(lái)自左右兩側(cè)山體不對(duì)稱，洞口左側(cè)沖溝發(fā)育，相對(duì)右側(cè)邊坡較高，由于隧道不適合明挖，為確保進(jìn)洞施工安全，首先加固邊坡及抑坡；其次在左側(cè)增加了擴(kuò)大基礎(chǔ)擋墻減少山體側(cè)向推力，并在擋墻后拱頂部位回填土，以增加結(jié)構(gòu)重量，加強(qiáng)平衡穩(wěn)定；進(jìn)洞前再次施工超前長(zhǎng)管棚，以形成加固承載環(huán)，加強(qiáng)開(kāi)挖面圍巖穩(wěn)定。

隧道淺埋段，土層在施工擾動(dòng)后很難形成穩(wěn)定受力圈，地表先沉降，輔助施工處理不好很容易造成塌方事故?？紤]該隧道進(jìn)口巖體主要為細(xì)角礫土，自身穩(wěn)定性差，采用地表注漿加固邊仰坡；進(jìn)洞時(shí)采用套拱法進(jìn)洞，施做超前管棚并注漿，使破碎巖體粘結(jié)為整體，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力，減少塌方幾率，增大安全系數(shù)。

三、隧道淺埋偏壓機(jī)理

1.隧道偏壓原因

隧道偏壓是指由于各種原因引起圍巖壓力呈明顯的不均勻性，從而使支護(hù)受偏壓荷載的隧道。主要有以下幾個(gè)方面原因：

（一）施工原因，因施工方法不當(dāng)引起開(kāi)挖斷面局部坍塌，從而改變了圍巖壓力的相對(duì)穩(wěn)定性，造成應(yīng)力集中而引起隧道偏壓。如處理得當(dāng)，一般不會(huì)影響正常施工。

（二）地質(zhì)原因，圍巖產(chǎn)狀傾斜，節(jié)理發(fā)育，其間又有軟弱結(jié)構(gòu)面或滑動(dòng)面，自穩(wěn)能力極差，施工中一旦受到干擾，巖體就會(huì)沿層理面出現(xiàn)滑動(dòng)。

（三）地形原因，隧道傍山，地面顯著傾斜，側(cè)壓力較大，且隧道埋深較淺。

2.隧道淺埋偏壓判斷

（一）施工原因引起的偏壓，由于開(kāi)挖不當(dāng)或支護(hù)不及時(shí)引起一側(cè)圍巖發(fā)生局部坍塌，或回填不實(shí)造成不穩(wěn)定土體，人為造成了偏壓的地質(zhì)構(gòu)造。

（二）地質(zhì)構(gòu)造引起的偏壓，地質(zhì)構(gòu)造常在多裂隙圍巖（以Ⅲ、Ⅳ級(jí)較為突出）中引起隧道偏壓，其壓力分布主要與下列因素有關(guān)：①圍巖的工程地質(zhì)條件及控制性裂隙、節(jié)理或?qū)永恚ńy(tǒng)稱為軟弱面）的產(chǎn)狀及其與隧道軸線的組合關(guān)系：②圍巖擾動(dòng)范圍；③控制性軟弱面的強(qiáng)度以及作用在軟弱面上的法向力大小等；④隧道一側(cè)受2個(gè)傾斜的軟弱面（傾角為α）及一組節(jié)理面所切割時(shí)，會(huì)形成不穩(wěn)定塊體，當(dāng)圍巖的內(nèi)摩擦角?小于弱面傾角α?xí)r，巖層將沿弱面滑動(dòng)并產(chǎn)生偏壓。

（三）地形引起的偏壓中圍巖類別、地面坡度和覆蓋層厚度是判別隧道偏壓的三個(gè)重要因素。當(dāng)隧道外側(cè)拱肩至地表面的垂直距離t值等于或小于下表所列數(shù)值時(shí)，應(yīng)視為偏壓隧道。

四、隧道洞身淺埋偏壓段的施工方法及順序

1.鉆孔

采用鉆機(jī)鉆孔。為保障施工安全，確保施工質(zhì)量和進(jìn)度，鉆孔的總體施工安排是；“由上向下，由兩頭向中間”。即鉆機(jī)首先搬運(yùn)至施工范圍的兩端，并由偏壓側(cè)最高點(diǎn)向下布置，由兩端同時(shí)向中間推進(jìn)。每臺(tái)鉆機(jī)一次施工兩排，先施工偏壓一側(cè)的鉆孔，然后施工另一排鉆孔。鉆孔采用小循環(huán)鉆進(jìn)施工方法，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，需對(duì)孔內(nèi)泥漿進(jìn)行洗孔，然后下入鋼花管。

2.鋼花管人孔安裝

安裝鋼花管分兩類：一類為混凝土蓋板以外的部分，鋼管高出地面或止?jié){塞頂面30cm。另一部分為混凝土蓋板以內(nèi)的部分，鋼管高出混凝土頂面30cm。

3.施工記錄

注漿要詳細(xì)記錄清楚每個(gè)孔、每個(gè)段次的注漿量、注漿壓力、注漿時(shí)間，地表冒漿的位置、形狀、冒漿量大小。

4.質(zhì)量檢查

專職質(zhì)檢員負(fù)責(zé)檢查督促鉆孔孔徑、孔深，鋼花管長(zhǎng)度，焊接質(zhì)量，膠帶密封質(zhì)量，注漿配合比、注漿壓力、注漿量等要滿足設(shè)計(jì)要求。

5.注漿方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，鋼花管注漿方法是：在鋼花管入孔時(shí)，用一根PVC軟管隨鋼管伸入孔底，鋼管下到孔底后，即進(jìn)行第一次注漿。由于鉆孔時(shí)孔底有殘?jiān)退?，水泥漿從孔底向上反向壓漿，將殘?jiān)退當(dāng)D出孔外，使鋼管與孔壁之間全部充填凈水泥漿，從而保證鋼管周圍有一層水泥漿保護(hù)層，水泥漿凝固后便形成鋼管水泥體復(fù)合群樁。當(dāng)?shù)谝淮巫{后10—l4h，即進(jìn)行二次劈裂注漿，使鉆孔周圍的水泥漿進(jìn)一步擴(kuò)容增大，同時(shí)充填第一次注漿產(chǎn)生的收縮空隙，再一次增加土體的強(qiáng)度，劈裂注漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后即封孔。

6.注漿順序

注漿順序“先周圍，后中間”，“間隔跳孔注漿”。其中有混凝土蓋板部分的I類孔，在施工蓋板前也要進(jìn)行二次注漿。

7.注漿壓力

第一次注漿為常壓，第二次劈裂注漿壓力1MPa左右。注漿壓力與注漿量通常呈反向變化，即注漿壓力大時(shí)，表明地層密實(shí)度高，注漿量則?。环粗?，地層松散時(shí)，注漿壓力小，而注漿量大。當(dāng)注漿壓力始終在0.5MPa以下且注漿量異常時(shí)，要暫停注漿，查明原因再確定是否繼續(xù)注漿。

五、洞身處理方案

1. CDR法施工

隧道洞身開(kāi)挖方法工程一采用的是CDR法施工，CRD法開(kāi)挖施工步驟是：第1步左側(cè)上導(dǎo)坑開(kāi)挖；第2步左側(cè)上導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；第3步左側(cè)中導(dǎo)坑開(kāi)挖；第4步左側(cè)中導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；第5步右側(cè)上導(dǎo)坑開(kāi)挖；第6步右側(cè)上導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；第7步右側(cè)中導(dǎo)坑開(kāi)挖；第8步右側(cè)中導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；第9步左側(cè)下導(dǎo)坑開(kāi)挖；第l0步左側(cè)下導(dǎo)坑初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)；第11步右側(cè)下導(dǎo)坑開(kāi)挖；第12步右側(cè)下導(dǎo)坑初期支護(hù)（包括初期支護(hù)仰拱部分）和臨時(shí)支護(hù)。

按照正常的設(shè)計(jì)思維，要加強(qiáng)初期支護(hù)，只是對(duì)拱架的間距加密，型鋼強(qiáng)度提高等級(jí)，噴射混凝土加強(qiáng)度，工程一中不僅使用了以上加強(qiáng)方法，還進(jìn)一步優(yōu)化了設(shè)計(jì)：每間隔一榀型鋼，就用一榀格柵鋼架，來(lái)增強(qiáng)抵抗圍巖的突應(yīng)力，并在使用格柵鋼架的地方，把開(kāi)挖半徑調(diào)大，這樣就加大了格柵鋼架的噴射混凝土厚度，就像混凝土擋土墻一樣，抵抗外部的側(cè)應(yīng)力和壓應(yīng)力，每部分開(kāi)挖完成后，都立即支護(hù)與臨時(shí)仰拱和臨時(shí)中隔墻連接成環(huán)，起到及時(shí)封閉成環(huán)受力的作用。

2.調(diào)整施工方案

工程二的進(jìn)洞施工采用了減小開(kāi)挖斷面、調(diào)整爆破方案、加快支護(hù)速度等手段。因洞口位于懸崖邊緣，不具備采用側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工條件，采取了小斷面三臺(tái)階法的開(kāi)挖方案。隧道洞口圍巖主要為軟巖，但必須采用爆破開(kāi)挖。常規(guī)的爆破設(shè)計(jì)是將掏槽眼居隧中布置，但在工程二中，隧道洞身左側(cè)覆蓋層厚度較小，且風(fēng)化嚴(yán)重，為避免在爆破時(shí)造成隧道側(cè)壁坍塌，無(wú)法進(jìn)洞的局面，調(diào)整掏槽眼位置為偏離中線遠(yuǎn)離沖溝一側(cè)，自掏槽眼至隧道開(kāi)挖輪廓線按爆破原理逐環(huán)布置輔助眼，將爆破對(duì)洞身側(cè)壁圍巖的擾動(dòng)減小到最小程度。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)隧道洞身淺埋偏壓段處理方案的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的順利開(kāi)展有賴于其施工方法的不斷提升，有關(guān)人員應(yīng)該從隧道建設(shè)的客觀實(shí)際出發(fā)，充分比對(duì)隧道建設(shè)環(huán)境，研究制定最為優(yōu)化合理的淺埋偏壓段處理方案。

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