隧道洞口施工地表预加固技术及应用

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摘要:基于隧道洞口围岩特点,对隧道洞口施工原则和地表预加固技术及适用范围进行介绍,隧道洞口地表预加固技术在某公路大坝隧道中的应用取得预期效果。

Abstract: Based on the feature of tunnel entrance rock,the principles of tunnel entrance construction and the earth surface pre-strengthening technology and its application range are introduced in the paper. The application of tunnel entrance earth surface pre-strengthening technology on a highway dam tunnel achieves the desired results.

关键词:隧道;注浆;喷射注浆;锚杆

Key words: tunnel;grouting;jet grouting;anchor rod

中图分类号:U45 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0131-01

0引言

山岭地区峰谷起伏大,地面横坡陡,隧道洞口处岩性较差,多为强风化岩体或是第四纪土层,易受地表水或地下水影响。隧道洞口的稳定关系到隧道能否顺利进洞并进行施工,是隧道施工各环节的关键。在坡面滑动、崩塌可能性大,偏压严重,或地表可能严重下沉时,在隧道开挖之前需采取地表加固等辅助措施。

1施工原则及地表预加固技术

1.1 隧道洞口工程特点①洞口部位穿过山体表层,山体表层岩石风化较重,稳定性差。如果洞口开挖破坏了原山体坡面的平衡状态,易导致滑坡;如果洞口在山体陡坡或悬崖处,即使围岩条件较好,也极可能出现崩塌,一般在进洞前,需先加固仰坡山体;②洞口处于浅埋地段,并且围岩破碎软弱,隧道口部成洞较困难;③隧道轴线与山体或岩层走向斜交,山体对洞口形成偏压。

传统洞口段工程施工方法的主要弊端是在开挖边仰坡土石方时,难免破坏原山体自然平衡状态,如果洞口地质及水文条件差,山体不稳定,一经施工就会不断出现边仰坡坍塌,顺层滑动,古滑动体复活等工程病害,给施工带来很大的困难。

1.2 隧道洞口施工原则隧道未开挖时,山坡是稳定的,无疑“早进洞、晚出洞”的施工原则有利于稳定。在“早进洞、晚出洞”的施工原则基础上,文献中提出“自然进洞”的施工原则,就是在保持洞口原自然坡面的情况下,借助一些辅助施工措施提前进洞,主要包括:①施工中尽量减小对原地表植被的破坏,以保护土体稳定;②少开挖,特别应避免山体清方大开挖;③采取由下而上的施工方法,先支护、后开挖,以减少高边坡威胁;④隧道洞口存在地层滑坡、崩塌、泥石流等自然灾害时,应先治理,后进洞。

对于隧道洞口浅埋、地质条件复杂、围岩不稳定、雨季施工等不利条件下,应该推行“自然进洞”的原则。

1.3 隧道洞口施工地表预加固技术根据洞口特点和“自然进洞”的施工原则,借助地表注浆加固等辅助施工措施提前进洞,能有效解决洞口的工程病害问题,保护洞口边、仰坡稳定,降低洞口防护成本。常用的加固方法有深孔注浆、地面锚杆、高压喷射注浆等。

地表注浆应用在地质水文条件复杂,埋深浅,节理发育,地下水丰富或存在偏压的情况,主要适用于无黏性砂及砂卵石、亚黏土地层。当浅埋隧道洞口围岩自稳能力差,甚至没有自稳能力时,可加固地层,同时也起到堵水作用,改善隧道成洞条件,降低地表下沉,减轻偏压和地下水对开挖的影响。目前常选用的注浆材料有单液水泥浆、水泥一水玻璃双液浆。

砂浆锚杆在洞口段预计破裂范围内设置,使其与岩土体结成一体,砂浆锚杆起到“锲子”的作用,抑制隧道开挖后岩土体的移动,防止边、仰坡塌方或滑动。主要适用于洞口浅埋、地面荷载不对称而产生偏压的情况。

地表高压旋喷注浆适用于含水软弱地层,如第四纪的冲(洪)积层、残积层。对于砂类土、黄土等常规注浆难以堵水的地层,采用喷射注浆效果较好。预加固区施工参数应根据实际施工能力和场地条件来确定。对铁路隧道来说,单线隧道地表横向加固取14～22m,双线隧道地表横向加固取24～30m。地表纵向加固范围根据洞口段覆盖层厚度及地质条件决定。

隧道施工地表注浆等加固工程措施的技术优点有六个特点:①提高围岩的自稳时间和自身承载能力,改善岩土体的物理力学性能,缩小开挖变形产生的松弛区范围,减小围岩对初期支护的压力;②锚杆、注浆管可起到悬挂岩土体作用,防止塌方冒顶;③加固充填矿洞及其坍塌体,使围岩整体性得到加强;④封堵地表水下渗通道,防止地表水下渗软化围岩;⑤保证隧道的长期稳定,不留隐患;⑥施工方便,工程造价低。

2地表加固技术的应用及发展

地表加固辅助工法在洞口段施工中得到较多应用。地表注浆愈来愈多地在隧道洞口施工中得到应用,效果良好并对地下水及环境无污染,为“绿色注浆材料”。

3地表注浆工程实例

3.1 工程概况某隧道位全长717m,为单向双车道隧道。隧道口处在一滑坡体前缘,洞口埋深1.5m,至路面标高需下挖9.9m。滑坡体周界明显,略呈环谷地貌。前缘碎石土被山沟水切割成狭沟陡岸,滑坡体中前部有多处出水点,形成软塑状砂黏土。滑坡轴大致与隧道平行,中部宽约50m,下部宽65m,厚8～15cm,属暂时稳定的牵引中型滑坡。洞口段下挖9.9m后,滑坡体易产生新的活动与扩展。经勘察研究,选定地表钻孔注浆加固方案。

3.2 注浆加固效果地表钻孔注浆加固滑坡体工期72d,累计钻孔延长12048m,注双液浆1826m3。经过注浆加固,改善了土体的物理力学性能,经钻孔抽样检查,证明土体空隙已被浆液充填,孔隙率降低,强度提高1～3倍,内摩擦角由注浆前的21°提高为28～31°。洞口段下挖后,围岩稳定,仅有微弱的渗水现象,洞内地层裂隙水明显减少。

4结束语

在隧道洞口段坡面滑动、崩塌可能性大,偏压严重,或地表可能严重下沉时,采用地面加固的方法加固地层是洞口施工的有效方法,常用的方法有深孔注浆、地面锚杆、高压喷射注浆等。通过地表加固措施,可提高围岩的自稳时间和自身承载能力,改善围岩物理力学性能,缩小开挖变形产生的松驰区范围,减小围岩对初期支护的压力;锚杆、注浆管可起到悬挂岩土体作用,防止塌方冒顶;加固充填矿洞及其坍塌体,使围岩整体性得到加强;封堵地表水下渗通道,防止地表水下渗软化围岩。大风坝隧道洞口段经过地表钻孔注浆加固,围岩强度提高了1～3倍,内摩擦角由注浆前的21°提高为28～31°,注浆加固工程取得了理想的技术、经济效果。

参考文献:

[1]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.