隧道偏压地段围岩预加固技术

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1、学堂堡隧道浅埋偏压地段围岩预加固及预支护技术五处西南公司张恩惠杨光【内容提要】针对渝怀铁路学堂堡隧道浅埋偏压地段，小管棚代替大管棚所采取预加固措施及“盖挖法”初步应用技术的阐述。【关键词】浅埋偏压预加固预支护1前言围岩预加固及预支护是对于不能形成“拱效应”的浅埋，偏压地段或围岩自稳时间小于锚喷支护发挥作用时间的软弱围岩地段，在隧道开挖之前采取的加固或支护措施。它可使围岩具有足够的自承能力，维持隧道开挖后至锚喷发挥支护作用的时段内围岩的稳定，能使工程进展顺利和施工安全。渝怀铁路第8标段学堂堡隧道采用了地面垂直砂浆锚杆预加固和

2、小导管注浆预支护技术，有效地控制了开挖面的稳定和拱顶下沉，顺利地通过了浅埋、偏压地段。2工程概况学堂堡隧道位于重庆市涪陵区石沱镇四角村境内。起讫里程DK104＋765－DK105＋090，进口6米明洞，隧道全长325米。该隧穿越地层简单，岩层单斜，产状N600E／180S－N700E／180S，节理N200E┴，N700W／570。岩性以J2S之泥岩夹砂岩，砂岩为主。进口端顶板较薄，上覆崩坡积砂粘土。该隧道设计施工方法采用正台阶开挖，设计支护参数DK104＋771－＋791段采用2榀／M型钢钢架（拱墙）及Φ11108大管棚

3、注浆（拱部）加强支护。大管棚共一环，每根钢花管长20米，环向间距0．4米。大管棚前方小导管与大管棚搭接长度不小于2米。进口DK104＋791－＋801采用1榀／M格栅钢架钢架（拱墙）及Φ42超前小导管注浆（加强）拱部支护。（其余段略）进口端DK104+771—+789段沿山坡通过且属岩堆地质，地面横坡50°－60°，覆盖层1．4米－1．8米，浅埋、偏压严重，是本隧道施工的困难地段。2施工方案制订3．1方案原则方案确定主要是针对DK104＋771－＋791段。设计支护是大管棚。其特点是支护能力强大，适用于含水的砂土质地层或破

4、碎带以及浅埋隧道。对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等显著的效果。但施工技术复杂、造价较高。单独上场一套设备完成20米大管棚难以发挥效用。针对该困难段的特点和成本控制因素，经研究决定采用地面砂浆锚杆进行地表预加固和超前小导管进行预支护为基本原则。3．2砂浆锚杆预加固设计本段拱顶围岩从地表测量覆盖层1．4－1．8米，上覆0．2米砂粘土，其下为风化的砂页岩地层。尤其是线路左侧拱腰处覆盖层仅0.3—0.8米左右。为防止爆破开挖的振动使岩层沿水平节理方向开裂后产生侧向滑移及坍塌，决定在拱顶施作地面垂直砂浆锚杆，锚杆伸至拱外缘。设计参

5、数如下：3．2．1锚杆采用Φ22螺纹钢筋，间距1.2米，梅花形布置。3．2．2锚杆孔直径D=50mm,充填M10号水泥砂浆。3．2．3锚杆长度为地面至隧道拱部外缘线之间的距离。3．2．4加固宽度。应用破裂面估算法确定，加固宽度的范围。假定在软弱围岩中开挖隧道后，边墙外侧岩体沿竖直面呈450－Ф11／2夹角的破裂面滑动（我们以上导开挖底边外侧为破裂面起点），由该破裂面向上延伸与地面的交线之间距离，即为应加固的宽度B。见图－1，因拱顶地面横向坡度变化较大，拱脚范围以外覆盖层过超7米，所以本段加固宽度为3.9米至4.5米。基本公

6、式：B/2＝b/2+(h+H)+tg(45°-Ф/2)式中：b/2－隧道开挖宽度之半（米）h－拱顶覆盖层（米）H－隧道开挖高度（米）Ф－岩体内摩擦角（度）B1＝b/2+(h+H)tg(450-Ф/2)-h1tg(450-Ф/2)=b/2+(h+H-h1)tg(450-Ф/2)B2=b/2+(h+H)tg(450-Ф/2)+h2tg(450-Ф/2)=b/2+(h+H+h2)tg(450-Ф/2)因为h1、h2值需现场实测横断面，在放样时注意（B2）宽度与450-Ф/2的正确关系即可。我们在计算时以实测横断图按1：100的比

7、例作图，预先确定加固宽度，用以计算锚杆数量。3．2．5纵向加固长度纵向加固长度采用浅埋段长度即DK104＋771－＋789，18米长。如浅埋段较长时亦可按埋深h≤2b（b为隧道开挖宽度）时的长度作为纵向加固长度范围。113．3前小导管预支护设计。3．3．1小导管直径。小导管用Ф42mm热轧无缝钢管加工制成，长度3.5米。3．3．2小导管构造。小导管前端加工成锥形，尾部留30cm的预留止浆段。导管前部钻注浆孔，孔径6mm，孔间距20cm，呈梅花形布置.3．3．3小导管环向间距：30cm，外插角以每环计算确定，两组小导管纵向水

8、平搭接长度1．5米。3．3．4小导管注浆参数。管内压注水泥砂浆，水灰比W／C＝0．6，注浆压力0．5－1Mpa，浆液扩散半径R＝（0．6－0．7）L0。式中L0为导管中心间距，这里R＝0．65×0．3＝0．195米。单根导管注浆量Q＝ЛR2ln。R－浆液扩散半径（米）l－导管长度，（米）n－围岩空隙（％