隧道偏压浅埋段施工方案(洞口).doc

XX隧道洞口偏压浅埋段处理方案

1 工程概况
线路全长15.1km。该段概算投资9.23亿元，计划工期18个月。
2 地质及工程情况
2.1 地质情况
隧址区地形起伏，山势险峻，隧道轴线与黄土梁峁走向近于垂直，出口段为三叠系中统铜川组基岩，岩石破碎严重，稳定性较差。隧道上部地表暴露第四系上更新统风积黄土，厚度约10米，第四系中更新统风积黄土在隧道上部偶有出露，期间存在数层古土壤，呈褐黄色、棕红色，结构致密，偶见大孔隙，坚硬—硬塑。地下水主要为松散岩类空隙潜水和基岩裂隙水，洞口段水量较丰富。
2.2 工程原设计状况及变更设计
XX隧道右线出口端明洞口设计里程为YK41+075，设计暗洞进洞里程为YK41+065，原设计出口采用超前大管棚支护进洞，管棚Φ108×8，长度40米。
为了尽量减少占地该隧道多次改线，原设计的洞口位置也相应调整。原设计的进洞方案因时间仓促未做修改，进场后经现场实测YK41+065洞顶高出原地面约1米，由于洞口段山体地势呈向线路右侧缓倾的单面坡，所以洞右侧拱部高出原地面约2米，左侧深埋。通过对现场地形测量计算，YK41+065—YK41+060段管棚将基本外露。从YK41+035开始洞顶覆盖层达到约10米厚。对YK41+063中心拱顶及中心拱顶右侧6.5米两处点向下钻探知，山顶坡积黄土厚分别为13米、13.5米，坡积土下部为基岩。
详细地形测量及洞口照片见后附图1-3。

3 施工方案
为了保证进洞安全，在原设计超前大管棚支护进洞基础上增加了偏压挡墙、地表注浆安全措施，制定了地表注浆—偏压挡墙—超前管棚—回填—暗洞开挖的施工顺序方法。
3.1 地表注浆
由于洞口围岩破碎，稳定性差，而且围岩的产状对进洞施工影响较大，因此必须对洞口及地表进行加固。地表注浆加固的作用是增强土体相互嵌接，提高土体自撑能力。在地表沿垂直于地表方向施打导管（Φ50mm）并注浆，导管长度以达到拱部开挖线为准。由于导管在注浆后对拱部以上一定范围的土体有悬挂牵引作用，从而加强土体在开挖后的整体作用和自稳能力。
地表注浆的范围为纵向：40米（YK41+025-YK41+065），横向：隧道中心线左右各15米（其中YK41+025-YK41+065段右侧15米，左侧5.4米）。间距2米×2米，梅花形布置。深度至拱顶开挖线位置，梅根长度由横断面图确定，管壁四周每隔15厘米交错布眼，眼孔直径8毫米。
注浆孔布置图如下：

3.1.1 施工方法
工艺流程：平整场地—孔位放样—钻孔—清孔—注浆管安放—堵塞注浆孔口间隙—水泥浆制作—开始注浆—检查注浆效果。
1.先测量放样定出准备的地表加固范围，然后进行原地面清表。根据设计图纸进行孔位放样，并对每个孔深进行书面交底。
2.钻机钻孔
采用直径100mm地质潜孔钻机钻孔。钻机就位后钻孔的深度根据钻孔平台（或地面）标高与隧道开挖线确定，钻孔要求定位精确、竖直、圆顺，各点深度以现场测量为准。
3.清孔下管
用小直径钢管对钻孔进行清理。力求做到孔内无渣，无粉尘。管材采用φ50×5mmPVC管，根据现场实际情况决定长度，管四周每隔15cm钻φ8mm钻小孔，按梅花形布置。
4.止浆塞及止浆盘
止浆塞采用PVC高强花管管口，并留两个小孔。PVC管安装入孔后，管尾端地面开挖直径0.5m深0.2m的凹坑，用C15混凝土回填至地面作止浆盘。
5.注浆施工
在花管内注入水泥浆，注浆压力为3MPa，注浆后结束后用水泥浆填充花管。其注浆参数及步骤如下：
①注浆管采用PVC管，注浆间距2米×2米，呈梅花型布置。
②浆液材料选用：纯水泥浆，水灰比为1:1，浆液的扩散半径为1.5米。
③注浆压力是给予浆液在土层中渗透、扩散、劈裂及压实的能量，其大小决定着注浆效果的好坏和费用的高低。本注浆岩性属于风化裂隙岩石（上部为土），注浆压力初压为0.5~1.0MPa，浆液终压控制在1.5—3.0Mpa。
④单孔注浆量：由围岩的孔隙率确定，施工时可按下式控制

其中：Q-浆液注入量
R0-注浆有效扩散半径（3.1~3.6）
l-注浆段长度（m）
n-岩体裂隙率或孔隙率（1.3%~1.8%）
β-浆液的充盈系数（0.3~0.9）
1：1水泥浆用量：根据单孔注浆量计算公式，算出浆液理论用量，依此反推水泥理论用量，在注浆过程中应以实际发生量为准。浆液搅拌过程中严格按配合比下料，以确保浆液质量与强度。
⑤注浆机就位：就位时应考虑场地的布局合理，安放应平稳牢固，底座下可垫设木板并用抓钉嵌牢，以增强注浆机的稳定性。
⑥安止浆塞：注浆前在管口加设止浆盘，将管端稳固。止浆塞的作法：在管口接10mmPVC板，上钻排气孔与注浆孔，具体结构尺寸详见下图：

⑦注浆：注浆前检查注浆泵、管路及接头的牢固程度，防止浆液冲出伤人。注浆泵先在现场进行运转实验，工作压力满足注浆压力后可进行注浆。注浆液为1：1水泥液浆，注浆时应根据地质的变化而采取不同的角度注浆。注浆过程中，值班人员在现场严格控制注浆初压、终压、注浆起止时间及注浆量，并随时作好记录。当出气孔冒浆，终压达到设计要求时，即可结束注浆。
工艺流程如下图所示。

清 孔
钻机钻孔
测量布孔
平整场地

注 浆
安止浆塞
下PVC管管

⑩注浆后用水泥砂浆填充以增强其受力与强度。堵口时可采用胶皮管用铁丝拧紧或采用木楔塞实。
注浆施工工艺流程：
采用ZBW-80型注浆泵进行注浆，注浆工艺流程如下图：
水泥浆
注浆泵
高压水泥浆
压力表
岩体

3.1.2 注意事项
1.顶管完成后，各项技术指标经监理检查达到设计要求后方可开始注浆。注浆时应密切监视压力的变化，发现异常及时处理。

2.注浆注意防止串浆和跑浆，若发生串浆或跑浆要停止注浆，分析原因及时解决。
3.注浆顺序：先灌注边孔，使松散的围岩形成一个相对封闭的注浆环境，达到不露浆、不跑浆；然后依次向内推进。每排注浆孔中，间隔交替注浆。根据实际的地质条件，注浆方式采用分段前进式注浆。
4.注浆结束：进浆量小于2.2—2.5L/min；注浆压力逐步升高，达到设计终压后稳定10 min以上。
5.钻孔孔位严格按设计孔位开孔，孔口位置偏差不超过孔深1%，注浆参数必须通过试验确定最优方案。注浆过程要时刻注意注浆压力的变化，如注浆压力突然增大或减小，应停机检查，查明原因后方可进行。注浆结束后，应采用最大注浆压力封闭一段时间。
3.2 偏压挡墙
XX隧道右洞出口处地形起伏较大，地表覆盖黄土。根据现场实际情况，判定山体地表覆盖层有向下滑动趋势，为此在洞口山体外侧施做反压挡墙，并在隧道顶部回片石混凝土，防止由于浅埋造成的隧道失稳。
因隧道口紧邻河道，根据探测黄土覆盖层较厚（约10米），所以反压挡墙采用C25钢筋混凝土桩基础，桩长13米（保证桩嵌入微风化岩层3米），挡墙范围YK41+065—YK41+050，采用C25钢筋混凝土，挡墙内侧隧道顶部采用C10片石混凝土回填。反压挡墙图如下：

挡土墙结构示意图
施工方法
挡土墙基础施工前要做好排水，防止地表水、地下水流入基坑。基坑两侧要较挡土墙底板宽出不小于50cm。特别是靠近山体侧要采取必要的安全防护，确保安全。基础梁采用整体浇注，挡墙采用分段浇注方法，每段5米。

（注：钢筋图中N1钢筋要贯通第一次施工耳墙周边，对称增加二衬中N3、N4钢筋，确保二衬钢筋完整。N13钢筋要留够接茬长度贴在模板内。）
3.3 超前大管棚
管棚的作用原理是通过管棚注浆支撑开挖土体，管棚在土体内形成棚架结构，通过掌子面后未开挖的土体和钢拱架对已开挖的土体进行支撑。
顶部采用φ108长管棚支护，并设C25钢筋砼护拱，长度为 2米，护拱厚度为0.45m。拱内预埋φ133导向钢管，环向间距50cm，仰角1°（不包括线路纵坡），钢管与钢拱利用φ25钢筋固定焊接牢固。
3.3.1 工作程序
1.长管棚及套拱施工顺序：施工准备　　　测量放出轮廓线　　立钢拱架　　　　　　　焊导向管　　　　套拱砼　　　钻孔　　　安装管棚　　　　注浆。
1.1施工准备
疏导洞身附近的水源，砌筑顶沟；增设环型截水沟，拦截地表水；完善排水系统，使地表水尽快顺畅地排出洞口范围。
1.2 测量放出轮廓线
施工前，测量人员对洞口附近要进行纵横断面测量，根据测量结果找出最佳进洞里程右洞出口为YK41+065，以保证对原地面的破坏程度降至最低。洞门仰坡，根据地质情况用GA2型SNS主动防护系统防护,必要时也可采用水平锚杆、挂网、喷砼加固，保证其稳定。
测量人员首先放出护拱的开挖轮廓线，先用挖掘机开挖，然后人工修边。其次测量放样出隧道设计轮廓线并按 50cm 的间距标出管棚的位置。
1.3立钢拱架
钢拱架没有明确规格，是设计文件有说明还是自行设计?
按划出的内轮廓线位置安设，每榀钢拱架由5节工字钢组成，端受地形限制计划分两次安装，先安设拱部的3节弧形工字钢此处的工字钢是否包在套拱混凝土内？若包在内，则和套拱混凝土底部如何进行连接？若不包在混凝土内是否前后描述有误。
，待该段管棚钻孔、注浆施工完成后，连接位于下部的右右侧工字钢及底部工字钢。钢拱架之间用Φ25mm长度1.0m钢筋纵向联接，环向间距1.0m，钢筋间平行布置；为防止钢拱下沉或发生位移，在拱底砼基础预埋钢联接板，钢拱与联接钢板采用焊接。
1.4焊导向管
钢拱架架设必须垂直于隧道中线，上下左右偏差小于±2cm。每榀钢拱架纵向间距0.5m。用全站仪在钢拱外缘将导向管精确定位，并在钢拱上刻好标记，导向管采用Φ133×4无缝钢管，每根长2.0m，沿隧道轴线布置，环向间距50cm，外插角度为1°，焊接于钢拱架顶部，用Φ25螺纹钢做箍筋，加强导向管与钢拱架的联接，防止在钻孔时导向管错位。
1.5套拱砼
套拱对于控制钢管的钻孔方向至关重要。套拱材料采用 C25的钢筋混凝土。浇注时利用定制钢拱架拱胎，拱胎表面铺设一层胶合板。拱架安装垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm。在钢拱架上，沿隧道开挖轮廓线纵向焊上Φ 133mm 壁厚 4mm导向管，外插角1°。焊好后用3cm厚木板支侧模和外模，将其固定后灌注护拱砼，砼要振捣密实。
1.6钻孔
首先在洞口搭设脚手架作为钻机平台。其次引入水电管线，水压力不小于3.5Kg／cm2，安装钻孔机接通水管即可开钻，必须备有若干个异型接头，管前端安装环形钻头，一边钻孔
一边高压水将钻碴冲出。随着钻孔进尺应随时检查孔眼的方向与仰角，以免超过误差限度。钻眼达到设计长度后，检查管内钻碴是否冲洗干净，否则再用较小钻头加高压水在管内钻除余碴。
施钻深孔时，当第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，接长第二根钻杆，又重新钻孔，直至钻孔达到要求深度（比管棚长0.5m以上）后，按同样方法拆卸钻杆，钻机退回原位。钻孔时，要确保孔径比管棚外径大15～20mm。
注：如果经常出现塌孔造成成孔后送管困难甚至不能达到设计长度，宜根据实际情况改用跟管钻进工艺。
1.7安装管棚
采用管棚钻机钻孔并顶进长管棚钢管，钢管接头应在隧道同一断面上错开,纵向同一横断面内的接头数量不大于50%,相邻钢管的接头至少错开1米。接头采用外径98mm长度40cm无缝钢管内插、点焊连接；并把钢管打入岩土内，以固定钢管不易滑出孔口。钢管插进完毕后，钻进其它孔眼。钢管口与孔口周壁用水泥砂浆密封。
1.8注浆
其作用是利用浆液的渗透作用和压密作用将周围岩体预先加固并封堵围岩的裂隙水，这样既能起到超前预支护的作用，同时也加强了管棚的强度和刚度。
（1）注浆参数：注浆材料及配合比 C20水泥砂,水灰比 1：1
水玻璃浓度 35波美度 水玻璃模数 2.4
注浆压力 初压 0.5- 1.0Mpa 终压 2.0Mpa
（ 2 ）浆液扩散半径：不小于 0.5m ；
1.8.1工艺流程

1.8.2 注浆的技术要求

1 .注浆时一般总是先注无水孔，后注有水孔。在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定，一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭，卸下进浆管，进入下一循环。
2.注浆结束的标准：①注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆 10min 以上；②进浆量一般为 20 - 30L/min 。注浆结束后及时清除管内浆液，并用 M30水泥砂浆紧密充填管棚钢管，增强钢管的强度和刚度。

3.时刻注意观察注浆管周围防水胶泥变化情况，防止浆液压力增加时将其冲裂。
4 .注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。
1.8.3 钢花管制作
管棚材料采用φ108mm×8热轧无缝钢管，管节长度3-6m，环向间距50cm。钢管设置于衬砌拱部，管心与衬砌设计外轮廓线间距大于30cm，平行路面中线布置。
管口段4.5m钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径15mm。

管头加工成锥形以便送入，接头采用内插管连接。为防止浆液倒流，每根管棚尾部均安装孔口密封阀。
3.3.2 施工工艺流程

　长管棚施工工艺框图
钻机就位
钻机固定
测量布孔
钻孔及接长钻杆
钻机退出
分节顶进、焊接管棚钢管
管棚钻机撤出
注　　浆
浆液制备
效果检查
结束

4 处理效果及监控量测
注浆后经过对开挖掌子面围岩观察发现破碎围岩缝隙中充满了浆液，围岩的完整程度得到明显改善。为分析注浆效果，在现场布置了监控量测点测量净空收敛及拱顶下沉，净空收敛监测结果表明，注浆后隧道断面净空收敛稳定速度较快，10天左右即完成变形的70%，20天左右基本完成收敛变形。净空收敛值较小，最终稳定收敛量不到13mm。拱顶下沉与净空收敛变形具有一致的特征，即前10天即完成拱顶下沉量的70%，20天左右基本完成下沉
变形。拱顶下沉值较小，最终稳定量为13mm。这两项隧道变形结果综合表明注浆效果明显。
挡墙和超前管棚施做完成后，在隧道顶部回填片石混凝土为暗掘创造了条件，而且在长管棚防护下确保了掘进安全。
5 结束语
目前该隧道主体已经全部完工，洞口工程等待回填绿化（详见图4）。此三种方案也为隧道浅埋偏压情况提供了良好的解决办法，适用于隧道口设计不周全，或进洞位置受地形限制的设计。右洞出口（YK41+065—YK41+025）浅埋偏压段通过采取了地表注浆、反压挡墙、长大管棚三种措施，虽然施工困难和缓慢，但工程进展比较顺利，经过多次现场量测，偏压产生的位移很小，均在合理范围之内。浅埋偏压的治理，虽然工程投资增加了，但工程施工安全得到了保证。从长远看，由于对山体及洞内做了加强处理，为今后隧道运营安全提供了保障。

图片1 XX隧道右洞出口原地形图

图片2 XX隧道右洞出口原地形图

图片3 XX隧道右洞出口原地形图

图片4 XX隧道右洞出口原地形图（完成）

参考文献：
高速公路工程施工组织设计（投标 道路 桥梁 隧道）
[福建]高速公路工程施工组织设计（投标 路基 桥涵 隧道 中铁建）
[四川]二级公路改建实施性施工组织设计（道路 桥涵 隧道）