论文部分内容阅读
摘要：不良地段围岩隧道施工容易引发隧道崩塌、围岩松弛、地表沉陷等安全问题，加固技术是针对这一问题必须采取的施工措施。本文就隧道不良地质地段围岩几种加固技术进行分析，特别对高压旋喷桩预支护技术与地表注浆加固技术进行了详细分析，并对其他技术做了浅略介绍。
关键词：围岩加固；地表加固；管棚法
Abstract: poor areas surrounding rock tunnel construction is easy to cause safety problems such as collapse, the relaxation of surrounding rock, surface subsidence, strengthening technology is aimed at the problem of construction measures must be taken. Several reinforcement technique in this paper, the adverse geological tunnel section of surrounding rock is analyzed, especially the high pressure jet grouting pile to advance protection and surface grouting reinforcement technology are analyzed in detail, and the other technology to introduce the pale slightly.
Key words: reinforcement of surrounding rock; The surface of the reinforcement; Pipe roof method
中图分类号：U452.1+2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、围岩加固及其原理
围岩加固技术是指在不良地質地段隧道开挖中，为了防治隧道崩塌、围岩松弛、地表沉陷等，在开挖前对掌子面进行加固或从地表对隧道开挖前方的岩体进行加固的工程措施。
加固原理：隧道预支护力是由围岩结构的极限自承能力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力共同组成的。围岩结构的自承能力能通过预支护措施以及采取合理开挖措施得以维持。完整围岩中只需提供比较小的支护抗力，依靠围岩自身的自稳能力，就能维持稳定；应选择好合适的支护时机，具有一定自承能力的围岩就能够充分发挥围岩的自承能力；对于破碎围岩，应进行预支护和刚性支护，来整体维持围岩的稳定。
二、隧道不良地质地段围岩加固技术
（一）高压旋喷桩预支护
1、加固原理：梁拱效应、壳效应、改善土的物理力学性质。
2、优缺点：质量优、均匀性好; 强度高，承载力大;抗渗性好; 效率高; 安全可靠; 可控性强; 经济实用，成本较低。但桩长受限制，一般水平旋喷桩长 8—15m；在风化破碎围岩中，成孔效率低; 浆液扩散范围较小，对有结石物或硬物阻碍时无法达到所需加固范围; 水灰比较大，固结体收缩也较大；在砂质不均匀的土层中可能会产生问题。
3、适用范围：适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地层。对于含大粒径块石、大量植物有机质以及地下水流速过大和已涌水的场地，适用性差，应根据现场适应结果确定。
4、施工技术
(1)平整钻机场坪，根据围岩稳定程度确定两侧边坡开挖坡率，一般采用1:0.2；采用网喷防护，混凝土喷射厚度为10 cm;采用邦钢筋，间距20 ~25 cm深用必22短锚杆，L=1-V1.5 m，间距1.5 m,梅花型布置。
(2)开挖上部，在洞口2m段采用"4 2超前小导管注浆(设2环，外插角150，每根长3.5 m，环向间距0.4 m)和喷锚支护，架设格栅钢架，掌子面开挖成1:0. 2的斜坡面，喷射混凝土(10~20 cm)封闭，并加设25 cm X 25 cm钢筋网，在拱部范围内以30^-60cm间距布设X40 cm钻孔。同时进行旋喷试 验，确定最佳的旋喷速度、拔出速度、旋喷压力等参数。
(3)钻机就位后，在预加固范围内分段钻孔，每段长度为10~20m，钻孔尽量平行隧道轴线，最大外插角不大于7}。钻孔完毕，开启旋喷装置，自孔底喷射浆液，边喷边旋转，采用后退法旋喷注浆，注浆压力由小增大，注浆量由大变小。距孔口2m范围内不旋喷，以防止损坏工作面。当单孔注浆量达到设计值时，停止旋喷。旋喷材料采用425“普通硅酸盐水泥，水灰比为1 " U.8^'1.5 " 1.0，旋喷压力为5 ~,3;>MPa(压力根据地质情况、旋喷孔深度等调整)，单孔注浆量按照为旋喷孔直径，I.为旋喷孔深度)计算。
(4)拔出喷嘴，用木栓塞住钻孔口，防止浆液流失。同时对注浆过程中的记录予以整理、分析、总结，并调整制定下一段旋喷注浆参数。
(5) 5~7天后，浆液固化，强度达1. 5~2.0MPa时进行开挖，进尺控制在1~2m，采用喷锚、格栅钢架支护，进人一下一开挖循环。
(6)两次旋喷段的搭接长度不小于2 m。
（二）地表注浆加固
隧道开工往往容易出现失稳塌方情况，尤其是在雨季施工，地表土体易受到雨水冲刷和洞内施工，使隧道顶覆盖层更加减小，增大偏压荷载。地面注浆的可以提高地表岩土体的整体强度和刚度，降低围岩的通透水性，改善隧道成拱，进而达到保护水资源、保证工程安全之目的。这种方法在浅埋、地表塌陷区的加固效果和注浆处治效果显著，因此根据施工的实际地质状况和施工外部环境采取地表加固技术。
1、施工工艺
隧道开挖轮廓线与地表最小距离大于4.5米，地面坡度缓于1：0.8的碎石土质地段属于一般情况下的浅埋偏压隧道施工，具体加固方法如下：挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm，和一层φ22钢筋骨网，间距60×40cm，挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管，小导管间距1.0×1.0m，长5~8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层，减小由于隧道施工引起的地表沉降，保障施工安全。
2、施工质量控制要点
（1）小导管用凿岩机钻孔，当坡面较陡无法直接操作时可搭设脚手架平台。小导管要比喷射混凝土面高出10~15cm，并用塑料布或棉絮等材料封住管口，防止混凝土作业时堵塞导管，影响注浆时的进浆效果。
（2）洞身覆盖层厚度小于小导管的长度时必须调整小导管的长度，防止小导管端头侵入隧道开挖轮廓线内。地表加固必须超前洞内施工10米距离，地表加固后再组织洞内开挖作业。
（3）喷射混凝土作业时自下而上进行，从洞口向大里程方向分段施工。以减少喷射混凝土回弹料落入未喷面的量。
（4）混凝土凝固后加强洒水养护，尤其在晴天有太阳照射时必须保证每天洒水5次以上。
（5）地表分片分段清理，清表一段及进行封闭一段，不可一次性大面积清除地表，防止混凝土封闭不及时造成下雨冲刷使边坡失稳。
（6）地表加固后在洞顶地面布置沉降观测点，当洞内开挖掌子面里程至观测点断面里程时开始进行地表沉降观测。
（三）管棚法
管棚法布配置形式和形状可根据地形、地层及地表建筑的位置而灵活变化。管棚支护具有布置形式灵活，适用范围广，支护范围广，支护刚度大，对变形控制好的优点。在管棚送管过程中，前期靠人工送管，后期需借助钻机顶进，直至孔底，在洞身段施工中不便于管棚施工工序顺利开展，一般仅限于进出洞口的加固，但是对于没有承压水的隧道破碎带，也可以在洞身段使用。
（四）管幕法
管幕法属于大刚度管棚，是管棚中的特例，是与施工方法相关的联动体系。通过顶入钢管组成管幕，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体。
管幕法不影响地面交通、地层扰动小; 无噪声、无振动，可以 24h 施工; 不抽取地下水，地面沉降小; 可以在既有建筑物邻近施工，一般不需对建筑进行基础托换和地下管线改移; 管幕钢管锁口注浆片可有效防止渗漏水。管幕法适用范围较广，但需要结合主体结构设计与施工方法整体考虑。从国外已有的工程实例来看，管幕法适用于回填土、砂土、黏土、岩层等各种地层。
（五）小导管注浆加固
小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同時小导管还可起到超前管棚预支护作用。
1、工艺原理：在软弱土层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。
2、特点：小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法之一。小导管注浆仅作为地下工程施工防坍塌和沉陷的辅助手段。小导管超前注浆设计应根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用不同的设计参数。
3、适用范围：小导管适用于处于无粘结、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层；小导管施工只是对开挖掌子面局部土层进行加固，开挖土层不宜长时间暴露，应坚持先支撑后开挖的原则；同时小导管注浆也可用于各种临时性的地层加固。
参考文献
[1]冯若谦,周文杰,张书荃. 中国白银山隧道施工技术[J]. 宁夏工程技术,2007(02).
[2]王军辉.鹰嘴岩隧道软弱破碎岩体的开挖与施工[J].水力发电，2008（5）.
[3]陈炳祥,易国华.长大隧道快速施工管理技术应用研究[J]. 铁道工程学报, 2008,(03).
[4]杜传球. 准朔铁路岛宝沟隧道浅埋不良地质段施工技术[J]. 山西建筑,2009(35) .
[5]卿三惠，黄润秋.乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究[J].现代隧道技术.2005，42（2）.
关键词：围岩加固；地表加固；管棚法
Abstract: poor areas surrounding rock tunnel construction is easy to cause safety problems such as collapse, the relaxation of surrounding rock, surface subsidence, strengthening technology is aimed at the problem of construction measures must be taken. Several reinforcement technique in this paper, the adverse geological tunnel section of surrounding rock is analyzed, especially the high pressure jet grouting pile to advance protection and surface grouting reinforcement technology are analyzed in detail, and the other technology to introduce the pale slightly.
Key words: reinforcement of surrounding rock; The surface of the reinforcement; Pipe roof method
中图分类号：U452.1+2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、围岩加固及其原理
围岩加固技术是指在不良地質地段隧道开挖中，为了防治隧道崩塌、围岩松弛、地表沉陷等，在开挖前对掌子面进行加固或从地表对隧道开挖前方的岩体进行加固的工程措施。
加固原理：隧道预支护力是由围岩结构的极限自承能力和支护结构直接对围岩提供的支护抗力共同组成的。围岩结构的自承能力能通过预支护措施以及采取合理开挖措施得以维持。完整围岩中只需提供比较小的支护抗力，依靠围岩自身的自稳能力，就能维持稳定；应选择好合适的支护时机，具有一定自承能力的围岩就能够充分发挥围岩的自承能力；对于破碎围岩，应进行预支护和刚性支护，来整体维持围岩的稳定。
二、隧道不良地质地段围岩加固技术
（一）高压旋喷桩预支护
1、加固原理：梁拱效应、壳效应、改善土的物理力学性质。
2、优缺点：质量优、均匀性好; 强度高，承载力大;抗渗性好; 效率高; 安全可靠; 可控性强; 经济实用，成本较低。但桩长受限制，一般水平旋喷桩长 8—15m；在风化破碎围岩中，成孔效率低; 浆液扩散范围较小，对有结石物或硬物阻碍时无法达到所需加固范围; 水灰比较大，固结体收缩也较大；在砂质不均匀的土层中可能会产生问题。
3、适用范围：适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地层。对于含大粒径块石、大量植物有机质以及地下水流速过大和已涌水的场地，适用性差，应根据现场适应结果确定。
4、施工技术
(1)平整钻机场坪，根据围岩稳定程度确定两侧边坡开挖坡率，一般采用1:0.2；采用网喷防护，混凝土喷射厚度为10 cm;采用邦钢筋，间距20 ~25 cm深用必22短锚杆，L=1-V1.5 m，间距1.5 m,梅花型布置。
(2)开挖上部，在洞口2m段采用"4 2超前小导管注浆(设2环，外插角150，每根长3.5 m，环向间距0.4 m)和喷锚支护，架设格栅钢架，掌子面开挖成1:0. 2的斜坡面，喷射混凝土(10~20 cm)封闭，并加设25 cm X 25 cm钢筋网，在拱部范围内以30^-60cm间距布设X40 cm钻孔。同时进行旋喷试 验，确定最佳的旋喷速度、拔出速度、旋喷压力等参数。
(3)钻机就位后，在预加固范围内分段钻孔，每段长度为10~20m，钻孔尽量平行隧道轴线，最大外插角不大于7}。钻孔完毕，开启旋喷装置，自孔底喷射浆液，边喷边旋转，采用后退法旋喷注浆，注浆压力由小增大，注浆量由大变小。距孔口2m范围内不旋喷，以防止损坏工作面。当单孔注浆量达到设计值时，停止旋喷。旋喷材料采用425“普通硅酸盐水泥，水灰比为1 " U.8^'1.5 " 1.0，旋喷压力为5 ~,3;>MPa(压力根据地质情况、旋喷孔深度等调整)，单孔注浆量按照为旋喷孔直径，I.为旋喷孔深度)计算。
(4)拔出喷嘴，用木栓塞住钻孔口，防止浆液流失。同时对注浆过程中的记录予以整理、分析、总结，并调整制定下一段旋喷注浆参数。
(5) 5~7天后，浆液固化，强度达1. 5~2.0MPa时进行开挖，进尺控制在1~2m，采用喷锚、格栅钢架支护，进人一下一开挖循环。
(6)两次旋喷段的搭接长度不小于2 m。
（二）地表注浆加固
隧道开工往往容易出现失稳塌方情况，尤其是在雨季施工，地表土体易受到雨水冲刷和洞内施工，使隧道顶覆盖层更加减小，增大偏压荷载。地面注浆的可以提高地表岩土体的整体强度和刚度，降低围岩的通透水性，改善隧道成拱，进而达到保护水资源、保证工程安全之目的。这种方法在浅埋、地表塌陷区的加固效果和注浆处治效果显著，因此根据施工的实际地质状况和施工外部环境采取地表加固技术。
1、施工工艺
隧道开挖轮廓线与地表最小距离大于4.5米，地面坡度缓于1：0.8的碎石土质地段属于一般情况下的浅埋偏压隧道施工，具体加固方法如下：挂φ8钢筋网一层,网眼间距20×20cm，和一层φ22钢筋骨网，间距60×40cm，挂双层钢筋网后喷混凝土封闭地表。施设φ42注浆小导管，小导管间距1.0×1.0m，长5~8m。小导管压注水泥-水玻璃双液浆固结覆盖土层，减小由于隧道施工引起的地表沉降，保障施工安全。
2、施工质量控制要点
（1）小导管用凿岩机钻孔，当坡面较陡无法直接操作时可搭设脚手架平台。小导管要比喷射混凝土面高出10~15cm，并用塑料布或棉絮等材料封住管口，防止混凝土作业时堵塞导管，影响注浆时的进浆效果。
（2）洞身覆盖层厚度小于小导管的长度时必须调整小导管的长度，防止小导管端头侵入隧道开挖轮廓线内。地表加固必须超前洞内施工10米距离，地表加固后再组织洞内开挖作业。
（3）喷射混凝土作业时自下而上进行，从洞口向大里程方向分段施工。以减少喷射混凝土回弹料落入未喷面的量。
（4）混凝土凝固后加强洒水养护，尤其在晴天有太阳照射时必须保证每天洒水5次以上。
（5）地表分片分段清理，清表一段及进行封闭一段，不可一次性大面积清除地表，防止混凝土封闭不及时造成下雨冲刷使边坡失稳。
（6）地表加固后在洞顶地面布置沉降观测点，当洞内开挖掌子面里程至观测点断面里程时开始进行地表沉降观测。
（三）管棚法
管棚法布配置形式和形状可根据地形、地层及地表建筑的位置而灵活变化。管棚支护具有布置形式灵活，适用范围广，支护范围广，支护刚度大，对变形控制好的优点。在管棚送管过程中，前期靠人工送管，后期需借助钻机顶进，直至孔底，在洞身段施工中不便于管棚施工工序顺利开展，一般仅限于进出洞口的加固，但是对于没有承压水的隧道破碎带，也可以在洞身段使用。
（四）管幕法
管幕法属于大刚度管棚，是管棚中的特例，是与施工方法相关的联动体系。通过顶入钢管组成管幕，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体。
管幕法不影响地面交通、地层扰动小; 无噪声、无振动，可以 24h 施工; 不抽取地下水，地面沉降小; 可以在既有建筑物邻近施工，一般不需对建筑进行基础托换和地下管线改移; 管幕钢管锁口注浆片可有效防止渗漏水。管幕法适用范围较广，但需要结合主体结构设计与施工方法整体考虑。从国外已有的工程实例来看，管幕法适用于回填土、砂土、黏土、岩层等各种地层。
（五）小导管注浆加固
小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同時小导管还可起到超前管棚预支护作用。
1、工艺原理：在软弱土层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照一定的入射角度，打设一定数量的小导管，用注浆设备把配置好的注浆材料，通过小导管注入到软弱地层里，使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结，并使小导管和土体固结在一起，起到棚护和加固地层的作用。
2、特点：小导管注浆施工工艺简单，易于操作，施工安全，土层加固见效快，浆液损失少，成本低，是隧道施工中最常用的加固土层的方法之一。小导管注浆仅作为地下工程施工防坍塌和沉陷的辅助手段。小导管超前注浆设计应根据地质条件、隧道断面大小及支护结构型式选用不同的设计参数。
3、适用范围：小导管适用于处于无粘结、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层；小导管施工只是对开挖掌子面局部土层进行加固，开挖土层不宜长时间暴露，应坚持先支撑后开挖的原则；同时小导管注浆也可用于各种临时性的地层加固。
参考文献
[1]冯若谦,周文杰,张书荃. 中国白银山隧道施工技术[J]. 宁夏工程技术,2007(02).
[2]王军辉.鹰嘴岩隧道软弱破碎岩体的开挖与施工[J].水力发电，2008（5）.
[3]陈炳祥,易国华.长大隧道快速施工管理技术应用研究[J]. 铁道工程学报, 2008,(03).
[4]杜传球. 准朔铁路岛宝沟隧道浅埋不良地质段施工技术[J]. 山西建筑,2009(35) .
[5]卿三惠，黄润秋.乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究[J].现代隧道技术.2005，42（2）.