浅埋、偏压四车道隧道洞口加固、处理技术应用

韩海龙，董亚奎

湖南路桥建设集团隧道分公司，湖南 韶山 410004

1 工程概况

宴岗隧道位于虎门镇宴岗北端，为双洞分修小净距短隧道，左线隧道起讫桩号ZK49+861～ZK50+171，全长310m，右线隧道起讫桩号YK49+866～YK50+166，全长300m。左右线隧道均位于直线上，纵坡均为人字坡，右线隧道纵坡为1.25%和-0.9%，左线隧道纵坡为1.25%和-0.898%，路面横坡2%。设计单洞为四车道，开挖最大宽度为21.28m。断面型式采用三心圆拱形设计。

隧道最大埋深为36m，洞口埋深最浅处不到2m，属超浅埋隧道，洞身围岩为碎块状强风化混合片麻岩为主，局部为弱风化混合片麻岩，节理发育，岩状破碎，存在差异风化和球状风化，围岩等级高，岩石松散、易滑、孔隙大、层间结构力差，轻触即落，洞顶自稳能力差（隧道范围内岩土力学指标见表1）。隧道地表水主要为雨后暂时性流水，向附近沟槽排泄，未见蓄积。表水极不发育，由于地形陡峻，表水易排泄而不易下渗，因此地下水埋藏深，水量较小。

隧道进出口自然山坡较缓（进口约20°，出口约17°），埋深较浅，洞口及洞身地面横坡为1:2～1:2.5，地形偏压严重。

表1 隧道范围内岩土力学指标

2 施工重难点及加固处理原理

由于洞口围岩风化严重，松散破碎，同时受偏压影响，开挖过程虽然采用超前长管棚和超前小导管等预支护措施，但由于洞口围岩具有松散、易滑等特性，开挖过程中极易出现层间滑动现象，如不对土层进行加固处理，在偏压和土体松散滑动的双重作用下，一经开挖，极易致使隧道出现斜向剪切破坏，造成坍塌事故，对施工安全极为不利。针对隧道进出口埋深较浅，围岩松散易滑动及偏压严重的特点，拟采用钢管桩注浆加固处理方案。

地表注浆是目前应用较为广泛的一种地层加固方法，它采用高压注浆工艺，将水泥或化学浆液等注入地层，以改善地层性质，在注浆过程中，注浆管出口的浆液对周围地层施加了附加压应力，填充地层裂隙，与地层岩体胶结，改善地层受力结构，起到填充、挤密、防水和改良地层受力状态的作用。在隧道洞口地表处理过程中，同时还起到地层防滑、减轻洞门偏压受力，以确保隧道暗洞开挖施工安全的作用。

钢管桩注浆加固是采用钻孔无缝钢管进行地表注浆，利用浆液填充松散岩体间孔隙，使浆液包裹碎石，与钢管共同形成支撑骨架，使松散岩体固结为整体；同时由于钢管深入稳定岩层，多根导管利用浆液固结同岩层形成受力整体，达到排桩地下连续墙效应，有效阻止岩体在偏压侧向应力作用下的侧向位移，确保隧道施工与运营安全。

3 施工方法及工艺

3.1 施工方案

隧道进出口自然山坡较缓（进口约20°，出口约17°），埋深较浅，洞口及洞身地面横坡1:2～1:2.5，地形偏压严重。为保证施工安全和减少地形偏压对结构的不利影响，施工前拟对该类地段进行φ75钢管桩注浆加固处理。钢管桩纵横交错布置，纵横向间距1.5m×1.5m。注浆材料采用水泥砂浆，水灰比为0.8:1～1:1，注浆压力为 1MPa ～2MPa。

1）地表注浆纵向加固范围：进出口自明暗交界处向隧道方向20m范围；

2）地表注浆横向加固范围：隧道中线左右侧15m范围；

3）地表注浆竖向加固范围：当隧道边墙基底处于碎块状弱风化混合片麻岩内时，钢管桩加固深度按桩底嵌入弱风化混合片麻岩以下1m控制；当隧道洞身完全处于碎块状强风化混合片麻岩内时，钢管桩加固深度按桩底嵌入边墙底以下1m控制；隧道洞身范围内钢管桩桩底按嵌入衬砌开挖轮廓线以外0.5m控制；

4）为加强钢管桩刚度，在其内设3根φ22HRB335钢筋笼；为加强钢筋笼的整体性，沿钢管桩桩身每隔0.25m设置一道φ6圆环状封闭箍筋，且与主筋焊接牢靠。

注浆钢管桩布置图见图1。

图1 注浆钢管桩布置图

5）竖向钢管桩注浆结束后，进行隧道纵向注浆长管棚的施作，用以固结钢管桩注浆未触及的开挖轮廓线以外0.5m范围的松散岩层，掩护后续开挖施工安全进行。

3.2 施工方法

施工程序：施工准备→测量放线→钻孔→下管→下钢筋笼→注浆→封闭。

注浆工艺流程图见图2。

图2 注浆工艺流程图

1）施工准备。施工前进行坡面清理及设备检修进场，注浆用钢管桩及钢筋笼加工完成备用；

2）测量放线。根据方案采用全站仪进行孔位放样，钻孔位置采用白灰打点标记。同时根据地表点位实测高程及方案原则进行各孔钻孔深度计算；

3）钻孔。采用潜孔钻机钻孔，钻孔直径φ89mm，钻孔过程中应做好钻探记录，及时反馈于注浆施工中用以调整优化注浆参数。钻孔深度参考放样过程中数据。孔位纵横向间距1.5m×1.5m，梅花型布置；

4）注浆管安设。钻孔成孔后，按放样过程中形成的深度数据下管。

钢管桩采用φ75×5mm冷轧无缝钢管，钢管上钻注浆孔，孔径φ10mm～16mm，沿钻孔深度方向孔间距15cm～20cm，孔位呈梅花型布置，钢管地表孔口段2.0m范围内不钻孔，以作为止浆段。

长钢管接头处采用丝扣连接，丝扣螺纹段长大于15cm。相邻两根钢管桩的接头要错开，其平面方向错开长度不小于1.0m，垂直于钻孔深度方向同一水平截面内接头数不大于50%。

钢管施工误差：钢管开口间距误差不大于5cm，钢管末端径向不大于20cm，沿相邻钢管方向不大于10cm；

5）下钢筋笼。钢筋笼采用3根HRB335φ22钢筋与φ6圆环状封闭箍筋焊接而成。预制钢筋笼直接吊装入钢管桩内，封孔，预留注浆管及回气孔。钢筋笼与钢管桩截面图见图3。

6）注浆。钢管桩安设完成后进行注浆施工。采用MZ-1型单液注浆机，注浆采用由外围向中间、隔孔注浆的顺序进行，单孔一次性注浆完成。注浆前应进行压水试验，通过试验确定注浆参数。注浆压力不小于1.0MPa。注浆材料为水泥砂浆，水灰比为0.8:1～1:1（注浆施工参数表见表2）。注浆过程中做好注浆记录，及时了解注浆压力和流量变化情况，并绘制P-Q-t曲线进行综合分析，判断注浆效果。

达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压并保持20min以上时，可视为该孔注浆结束；

表2 注浆施工参数表

图3 钢筋笼与钢管桩截面图

图4 长管棚与钢筋笼截面图

7）注浆完成后，施作检查孔，取芯对注浆效果进行检查，地表加固后，浆液将松散岩体良好胶结后方可进行隧道洞身开挖；

8）洞身开挖前，先实行纵向超前长管棚注浆预支护。采用φ108×6.5mm热轧无缝侧壁钻孔钢管，内置4根HRB335φ25钢筋笼，钢筋笼采用φ32mm×3.5mm钢管环焊接固定（见图4）。钢管环向间距40cm，外插角0.5°～1°，管棚长35m。注浆方法、工艺同竖向钢管桩注浆。

4 施工效果

通过地表注浆地层固结后，经开挖揭露显示，碎石间孔隙由浆液填充，且浆液将松散碎石联结成整体，形成板状结构。同时由于隧道开挖轮廓范围以外的钢管桩深入基岩，且同固结层联成整体，形成共同受力结构，有效控制了由于偏压造成的地层滑动。

纵向注浆长管棚的施工使纵横向浆液联结为整体，共同固结松散岩石，且形成了均质连续的棚式超前预支护，有效掩护后续开挖施工的安全进行，防止浅埋隧道的塌方风险。

5 结论

地表注浆技术在隧道工程及地下工程中较多应用，且技术已趋于成熟化，对待特殊地层、特殊受力结构下的技术改进应用方法越来越多。本文针对浅埋、偏压、围岩松散地层的地表钢管桩和地下长管棚相结合的处理技术，开拓了一些新的思路和方案，希望能为类似工程提供一定的经验积累。

[1]杨新红.浅埋偏压隧道施工技术.山西建筑，2007，33.

[2]公路隧道设计规范（JTG D70-2004）.

[3]陈岳峰.浅埋地段围岩稳定性较差隧道施工工法[J].路桥科技，2010，64.