浅埋偏压隧道洞口施工技术研究

李文龙

（中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110136）

浅埋偏压隧道洞口施工技术研究

李文龙

（中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110136）

文章从隧道开挖和支护的安全性角度出发，论述了浅埋偏压隧道洞口设计与施工措施，并采用了三维快速拉格朗日差分法（FLAC3D）对在施工过程中的支护数据进行模拟，通过对开挖支护后围岩的应力场、位移场以及塑性区特征的分析针对性提出一些建设性建议，以期对施工有所帮助。

浅埋偏压；隧道洞口；施工技术；稳定性

当前我国基础设施建设正处于高速发展阶段，在道路建设的过程中，隧道建设规模同比远远大于道路建设规模，体现了我国交通正在由城市逐渐的延伸到山区，为经济发展注入了新的活力。然而，尽管说经过多年的实践和理论研究我国隧道施工技术已经趋于完善，但是对于浅埋偏压隧道洞口施工至今仍缺乏一个完整、可行的施工技术方案，很多情况下施工单位都是以其它施工技术为参照摸索施工，对施工进程造成了很大影响。基于此，笔者以自身的实践工作经验为基础结合相关的理论研究，对其施工进行了研究。

1 设计与施工

1.1 超前长管棚

在进行地下结构工程施工的过程中技术人员通常会采用超前长管棚这一支护技术。从理论上将，超前长管棚实际上就是在施工之前就在将要施工的地下结构衬砌拱圈隐埋弧线上通过设置惯性力矩加大的厚壁钢管的形式来达到预先支护的目的，从而确保了在施工的过程中由于洞顶覆盖较薄等因素导致的岩石坍塌或者地表下沉等现象的出现，此外采用超前长管棚这一施工设备和技术的可以确保施工过程中遇到松软地层的时候超前长管棚也能够结合围岩预注浆成为一种新的行之有效的施工方法，可以说具有很强的灵活操作性。同其它施工技术相比，超前长管棚的最大优势在于不需要大型的施工设备就能够应用，效果明显，因此可谓是解决浅埋偏压隧道洞口施工问题的一种有效措施。在实际的操作中，超前长管棚的施工标准一般为钢管长度大致在20M左右，在隧道洞口的拱部 120°C的范围内进行铺设，在施工的过程中遇到松软地层需要注浆的时候要保证水泥浆的水灰之比在1:0.8左右，注浆的压力保证在2MPa左右，当然由于地质环境和地理环境的不同，其施工所遇到的问题也是有着较大的差别的，因此需要因时、因地制宜，以标准为参照，结合具体的施工状况来选择合适的钢管和注浆技术，确保浅埋偏压隧道洞口施工的顺利完成。

1.2 施工支护

无论是超前长管棚还是超前小导管都侧重于在施工之前来加强浅埋偏压隧道洞口的围岩性能的方式确保施工的顺利完成，但是在施工的过程中隧道的围岩并不是一直稳定不变的，其性能会随着工程的进展出现新的变化，例如隧道洞口的仰坡会随着施工逐渐的出现多处不连续、不规则的喷锚裂纹，隧道洞口的拱部出现裂纹等，这些都会对施工造成严重的影响，因此需要采取增强措施来加强支护。对此笔者认为可以从以下几个方面着手：首先是在隧道洞口回填土石的一侧继续采用回填土石的方式来平衡隧道洞口的偏压力，也可以采取砌筑挡墙的方式来平衡偏压力，值得注意的是挡墙的厚度要在2M以上，挡墙的高度最少要和隧道洞口拱部持平，如此方能够确保平衡偏压力目标的实现；其次是在隧道洞口的拱腰位置采用打设小导管的方式来固结围岩，采用6M左右的钢管垂直打入围岩中，然后注入水泥、水玻璃双液浆，从而提高围岩的性能；最后是隧道洞口的下半断面落底后要即时的在隧道洞口拱脚位置设置水平横撑，两端与工字钢焊接，进一步形成共同支护环，提高支护效果。如此一来浅埋偏压隧道洞口施工中拱顶的下沉量将会逐渐的减小并趋于稳定，基本上不会产生新的裂缝。

2 浅埋偏压隧道洞口稳定性分析

2.1 FLAC3D数值的计算

FLAC3D数值计算首先要做的就是确定浅埋偏压隧道洞口地段的岩体物理力学参数，对于这一点笔者认为可以通过确定岩层的组成部分结合相关的岩体力学参数表就可以正确的确定施工区域的岩体物理力学参数；其次是要确定初始地应力场，一般而言初始地应力场都是在施工区域的垂直方法按自重考虑，水平地应力侧压力系数取0.8即可；然后是截取浅埋偏压隧道洞口的Yk74+082.5剖面进行三维计算，在构建三维计算模型之时一般将水平方向视为X轴，隧道洞口的竖直方向视为Y轴，隧道开挖方向视为Z轴，其中X轴的取值在—60M到60M之间，Y轴的取值则在—60M到0M之间，Z轴的取值均为2M，最后采用台阶法进行Yk74+082.5剖面的挖掘，根据挖掘进行FLAC3D数值的计算。

2.2 位移场分析

采用台阶法进行开挖之后，由于应力的释放，浅埋偏压隧道洞口的围岩会出现一定的位移现象，此时就可以根据FLAC3D数值的计算结果对其位移场进行分析，从而确定其稳定性。例如在围岩位移表现为底板以竖向位移为主，拱部以水平位移为主，拱部位移幅度大于竖向位移幅度时，就可以直接的判定拱部的偏压值过大导致了该现象的出现，然后根据Yk74+082.5剖面FLAC3D数值计算结果来对处在浅埋偏压地段且围岩性能较弱的洞口及时的采取有效措施，使其尽早的形成封闭受力环，从而增强隧道洞口围岩的整体稳定性。

2.3 应力场分析

在隧道开挖之前，岩体的应力场处于一种平衡状态，一旦开挖隧道，这个平衡状态就会被打破，围岩各代表性路径上切向应力会显著的增加，并且越靠近开挖面增加的幅度也就越大，而径向应力则会显著的减小，同样越靠近开挖面减小的幅度越大。如此可以根据Yk74+082.5剖面开挖之后FLAC3D数值来确定开挖面的应力差，从而确定支护措施。例如随着开挖面应力场的显著增大，围岩在开挖出的双轴受力将会转变为单轴受力，而围岩的单轴受力强度要明显的低于双轴受力强度，这种情况下浅埋偏压隧道洞口围岩的性能处于一种不稳定状态，而在采取衬砌技术之后，围岩的径向应力会有所加大，切向应力也会有所减少，从而有效的减小了开挖面的应力差，使得开挖面继续维持双轴受力不变，确保了浅埋偏压隧道洞口围岩的稳定性。

3 结语

在不良地质条件下进行隧道施工，安全进洞是关键，因此在施工的过程中严格按照设计图纸进行施工的同时，当遇到隧道围岩发生变形的现象时应当采取适当的措施来加固围岩的性能，确保施工安全。以笔者的实践经验来看，浅埋偏压隧道洞口的施工应当加强监控量测，及时的分析地表、围岩以及初期支护的变形情况，严格的遵循“短进尺、强支护、勤观测”的原则来制定施工对策，做好施工初期的支护工作和地表防排水措施，确保浅埋偏压隧道洞口工程的顺利进行。

[1]王书刚,李术才,王刚,王向刚,林春金.浅埋偏压隧道洞口施工技术及稳定性分析研究[J].岩土力学.2006.10

[2]刘小军,张永兴.浅埋偏压隧道洞口段合理开挖工序及受力特征分析[J].岩石力学与工程学报.2011.S1

[3]张维.浅埋偏压软岩隧道洞口段失稳原因分析及其施工对策[J].公路交通科技(应用技术版).2012.04

Construction Technique of Shallow bias tunnel portal

LI Wen-long
(Railway 19th Bureau Group III Engineering Limited,Shenyang Liaoning 110136)

Articles from a security point of tunnel excavation and shoring,discusses the shallow,partial tunnel portal design and construction measures,and the use of three-dimensional fast Lagrangian method (FLAC3D)on the construction process of supporting data simulation,to make some constructive suggestions by the stress field,displacement field and plastic zone features rock excavation and support after the analysis targeted to help the construction.

Shallow bias; Tunnel Entrance; Construction Technology; Stability

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

（责任编辑：吴芳）

李文龙（1983-），男，辽宁辽阳人，研究方向：工程施工。