张石高速公路某隧道浅埋破碎岩体地表加固预处理技术

添加人：admin 发布时间：2015/11/10 9:07:30 来源：中国破碎机网

　　张石高速公路某隧道浅埋破碎岩体地表加固预处理技术工程概况及存在问题长5*速公路k21+200-k21+400段野狐岭3隧道地处野狐岭山脊南坡，全长200米，属短隧道。该隧道最大埋深位于隧道中部为1S米，隧道进出口段埋深1~2米，其余埋深在10米~11米，基本属于浅埋隧道。从进洞口处旆工现场所揭露的围岩情况来看：岩体风化非常严重，属强风化岩体，岩石极度破碎，均以软破岩石为主，节隙发育，裂隙间咀狭层、次生泥化夹层、糜棱岩和小断层，整个岩体强度非常低。软弱夹层结构面是影响地下工程岩体稳定的一个重要因素，财及易J鼠崩破碎，照坪BSJtS剧滕，体上看隧道围岩基本没有自承能力。
　　隧道围岩破碎、埋深浅一直是隧道建设中的难题，如果处理不当，将会有重大的工程隐患，因为隧道上覆岩体自身不能形成自然压力拱，这样隧道上覆围岩产生的荷载都将作用在二次衬砌和中隔墙上，而二次衬砌和中隔墙的刚度远远小于周围岩体的刚度，很有可能被压裂甚至破坏。
　　该隧道设计采用的是“新奥法”旆工原理。新奥法是应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自身承载力为基点，采用锚杆和喷射厉±主要SJ户手段，及时地进行支护，控制围岩变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。最大限度的利用和发挥围岩自承能力是连拱隧道设计和施工的核心，而觚岭3隧道实际兄却是与‘新奥法，设计原则相违背的，如果不采取加固措施，仍帏鹕’新奥法，的原理进行施工，可能会造成如下后果：1.由于围岩基本没有自承能力，现场旆工过程中不得不进行超前支护和架钢隔栅，不仅旆工进度缓慢而且旆工条，很容易杖嗽鄙唆fn设备、机具损坏。
　　2.当隧道投入运营后，由于上覆岩体的重量作用在中隔墙和二次衬砌上，很可能由于荷载过大而产生裂隙甚至被压坏。
　　3.隧道中隔墙和衬砌是永久性的重黯，一旦被碟很塍复，并且后期加固和维护费用非常高，效果也不理想，给交通运营管理带来极大困难。
　　鉴于野狐岭3隧道目前的实际情况，科研坂目组和现场旆工单位经过几次现场实地研究后一致认为，应该对隧道地表进行注装加固处理。
　　场地工程地质条件野狐岭3隧道里程号为k21 +200-k21+400，同口页和洞室为碎石土夹杂亚粘土，其余部分为强风化玄武岩，玄武岩具有较发育的层理构造，下部为气孔状和杏仁状玄武岩，上部为致密块状玄武岩。由于气孔状玄武岩易吸水，使岩体的芫整性受到破坏和岩石的抗压、抗拉和抗剪强度很低。
　　文/郭建新岩体中气孔状构造以及裂隙的发育，导致了岩体的风各处不一，基本上属于强一弱风化玄武岩，很少见未风化岩体，总体来看该段岩体风化严重。
　　由于受到风化的影响，使得岩体的芫整性受到破坏，使该段岩体成为软硬相间和物性差异明显的不同岩快。根据钻孔资料显示，岩体的质量指标（RQP）很低，仅在30%~50%之间。从出洞口已开工的中导洞开挖的岩体来看，掌子面岩石极度破碎，以软弱破岩石为主，节理裂隙S育，裂隙间填充大量软弱夹层、次生泥化夹层、糜艇和小断层，整推体强度非常低，没有自承能力。
　　该隧道属于浅埋隧道，其埋深在进、出洞口段在1~2糊」10之间，隧道的最大埋深还不到20米。根据隧道埋深并结合围岩组成分析，如果隧道地表不进行加固处理，直接采用暗挖法将会造成隧道围岩讲塌。
　　该地区水量不大，根据钻孔揭露以及区域资料，地下水埋深对隧道旆工影响可以忽略不计，但由于隧滕深较浅，要防止地表雨水下渗至隧道内部。
　　地表加固治理方案根据野狐岭3隧道的埋深、场地工程地质条件和旆工方法，地表加固治理以提高隧道上覆岩体的整体性为主要目的。科研方和旆工方经过多次研究和论证比较，最后确定采用地表钻孔注浆和布设地面锚杆相结合的方法加固隧道上部地表岩体是可行的方案。
　　通过从地表向下钻注浆孔，把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机具压入所需加固的地层，经过凝胶硬化作用后充填、埔塞和连接地层中的缝隙，固结软弱松散岩体，使围岩强度和整体性得到显著提高。这种方法非常适用掷里、滕蛟性差、开挖引起塌方或存在偏压的地段。为使加固有较好的效果，砂装在达到设计强度的90%以上时，才能够进行下方隧道的开挖。
　　在地表进洞口方向沿隧道走向S0（长）米X30（竟）米范围内进行注装L平面布置。为确保加固质量，在隧道两侧各超出开挖轮廊线3米范围内布置注浆孔，以形成加固区与非加固区的过渡带，同时也防止隧道两侧冲沟雨水下渗到隧道内，起到隔水防渗的作用（见图U考虑到地层颗粒级配、密度、孔隙度、渗透系数等因素，采用梅花型布设注装孔，L间匪排间距均取为LS米，约布设714孔。
　　按具施工现场地层情况，单孔深度以隧为界限，十算和测量，平均钻孔深度16米，合计钻孔注浆孔下部即接近隧道轮廊处采用压力注浆，注砚压力控制在2~；注浆孔上段即接近地表处采用渗透-压力注浆，注卸1力控制在1~具体注浆压力还要根据现场试验孔的试验数据调整。
　　注浆砚液采用IV20的水泥砂浆，并添加早丨J.IVE0水泥砂装配比如下：砂为细度模数Me =1.9SS的细砂，水泥为425（普通桂酸盐水泥，用水量为130~ 150Kg/rri.配合比为①重量：7K泥：砂砂浆中需掺加水玻璃类早凝剂，使装液凝结时间控制在数分凋内，防止失水，达到尽快凝固。因在冬季施工，为确保工程质量，在装液中入水泥用量2%的防冻剂。
　　根据现场地层颗粒继配、岩土体孔隙率以及现场试验孔的试验结果来确定渗透半径。按照设计单位提供的工程地质勘查报告以及现场实际观察的结果，砚液渗透半径初步定为水平方向8米，垂直方向S米。
　　采用（20钢筋制作，实际长度与钻孔赌一致。
　　施工工艺考虑到现场旆工条件和防止环境芳染等因素，注浆孔施工应采用合适的钻机，注装采用高压注浆泵。
　　首先施工外围注浆孔，形成外围结石体屏障，防止装液严重外泻造成装液浪费。施工区注装孔，施工时隔HKSI.胯用2~4套施工钻机同时施工。）旆工前应按设计位置准确放孔，钻机按孔位准确就位。
　　（2）成孔至设计深度，下放注浆管至孔底以上3米。
　　（3）用气球体封孔后，搅伴水泥装液至设计要求，开始注浆。）注浆思见定压力或规定注浆量时停止注浆。
　　（S）终止注装后起拔注浆管，在孔内填入碎石至孔口位置，用注浆液补满注浆孔。）移至下一注装LM（1）~（S）步骤。
　　效果评价通过对野狐岭3隧道浅埋地层的注装加固，以及隧道仰拱的及时旆工和超前管棚的施工，使隧道地表的沉降、拱顶下沉和洞内隧道围岩的收敛变形符合设计规范要求，同时洞口段地层和隧道衬砌整体发生滑移的状况也明显减小，达到了安全施工的目的，使隧道中导洞成功贯通。
　　结论张石高速公路野狐岭3隧道属浅埋、破碎岩体，隧道围岩土体物助学性质极差。舰综合运用地表预注砚加固、管棚超前支护、格栅拱架和临时衬砌以及基底注浆等一系列处理技术，成功地解决了浅埋软弱围岩地段的隧道安全施工问题。通过总结野狐岭3隧道软弱岩层的处理和旆工，得出如下几点结论：（1）在浅埋软弱围岩地层开挖隧道时，应及时进行地表预加固，使隧道围岩封闭，形成自然压力拱，可提高隧道结构的承载能力。
　　（2）在开挖地质条件差且松软浅埋隧道时，隧道开挖轮廓应预留一定的沉降和收敛变形量。
　　（3）浅埋破碎岩体地段隧道旆工，应加强地表沉降观测和隧道拱顶下沉监测，并采取有效措旆控制围岩的收敛变形，以利于隧道的安全施工。
　　本文作者系河北省交通勘察设计研究院工程师，现正在北京科技大学土木与环境工程学院攻读博士学位