隧道洞口施工地表預加固技術及應用思考研究

王鐵文

（中鐵上海工程局集團有限公司 200333）

1 隧道洞口施工特點和預加固技術施工原則

1.1 隧道洞口施工特點

隧道工程洞口施工是整個項目最為重要也是難度最高的一個環節，該環節施工的質量將直接影響后期工作的進展以及整個隧道工程的施工質量。為此，在進行隧道洞口設計施工時需緊密結合隧道洞口施工的特點開展，選擇合適的隧道洞口位置并確定采用科學合理的隧道施工方案。由于隧道洞口類型、進洞的方案等都會受到地形地質、線路走向和地物等的影響，所以可將隧道洞口施工的特點概括為以下幾點：

第一，隧道洞口如果周圍是懸崖或是坡度較陡的山體，受到不利地形條件的影響，如果施工操作不當，尤其大型機械設備開挖作業時很容易引起山體崩塌、滑坡等問題。洞口穿越山體的表層還會加劇巖石的風化，巖性較差，在隧道洞口開挖施工時容易破壞山體的平衡，出現滑坡問題。為此，需針對實際隧道洞口施工的特點合理選擇進洞方式，在開挖前做好對山體的預加固處理，才能保證后期施工的安全，使隧道洞口施工順利完成。

第二，隧道軸線及其巖層，隧道周圍的山體整體是斜交走向的，因此山體會對隧道洞口施工產生一定影響，導致洞口施工出現偏壓而影響整體施工的質量。

第三，隧道洞口如果在淺埋層區域，洞口圍巖是軟弱性土，隧道洞口施工成型難度更大，尤其對于仰坡山體處理時無法采用常規洞口施工手段，會在隧道開挖時對原山體形態造成破壞。而如果山體本身穩定性較差，洞口施工現場的水文地質條件較差，就會給施工帶來很大的麻煩，增加安全隱患出現的概率，可能會出現連續性的山體崩塌，嚴重危害施工安全，給現場施工人員帶來傷害。

1.2 隧道洞口施工預加固技術應用原則

1）盡量以保護現場施工環境為目的開展預加固施工

為減少因施工活動給周邊生態環境帶來的破壞，尤其應保護周圍地表植被，保護土壤不受侵害，施工時可采取必要的環境保護措施。例如設置警示牌，保護施工現場不受人為破壞，同時也是為了防止無關人員和設備進入施工現場而增加安全事故發生的概率；減少開挖次數和頻率以免洞口因大面積挖掘而出現山體崩塌等安全事故。只有保護現場施工環境，才能進一步提升施工過程的安全，從而為保證施工效率和質量奠定基礎。

2）嚴格遵循施工方案，采用正確的施工方法

在實際施工中必須嚴格按照具體的方案開展，且需采用正確的施工方法，嚴格按照施工要求做好每一個工序的施工，并對每一道工序和每一個施工環節進行檢查。一般采用自上而下，先支護后開挖的方式，可最大程度上減少施工對邊坡構成的損害。當邊坡本身就不穩定，洞口位于淺層位置、洞口周邊的地質條件復雜時更要利用自然進洞的方式以提升工程施工的安全性。

3）遵循先治理、后施工的原則

由于在隧道洞口施工中，施工活動難免會給周邊山體帶來損害，為降低泥石流、山體崩塌等安全事故，應遵循先治理自然災害再進行施工的原則，這樣施工過程安全性才會提高，降低施工的難度，使施工能順利開展。

2 常見的隧道洞口施工地表預加固技術

結合具體隧道工程洞口施工特點，包括洞口的位置、進洞方式、洞口周圍土質水文條件、原山體穩定性等，按照自然進洞的原則，并結合地表注漿、洞內支護、表層處理等施工技術措施進行隧道洞口挖掘施工，不僅可以減少山體滑坡、崩塌等自然災害的出現，而且還能提高仰坡山體的穩定性，使隧洞洞口成洞更加簡單且穩定性更高，同時還能節約施工成本。在具體工程施工中，常見的洞口施工方法包括聲波法注漿、高壓噴射注漿和地面錨桿法施工。對于洞口位于淺層位置且周圍地質水文條件較差、原山體穩定性較差、出現嚴重偏壓和地下水比較豐富的地段施工時，一般使用地表注漿預加固施工技術，在淺埋層或圍巖穩定性較差的情況下，采用地表注漿方法不但可以起到加固地表地層的目的，而且還能避免地下水滲入洞口中，對于順利成洞、提高施工效率和質量具有十分明顯的作用，能減少地表下沉和地下水滲漏、偏壓等對隧道洞口開挖產生的影響。應用較為廣泛的注漿施工材料主要有水泥和水玻璃雙液漿以及單液水泥漿?？偟膩碚f，采用地表注漿加固技術，具有能延長圍巖自穩定時間、避免塌方置頂出現、加固充填洞口和塌陷體、封堵地表水等特點。以下對各個預加固施工技術方法進行簡單介紹：

2.1 聲波法注漿

聲波法注漿法的工作原理是，利用了巖層中聲波的傳播特點，即聲波可反映地表巖層的物理形態，當巖層中的聲速越高則表明該巖層的密度和硬度越大，巖性相對較為穩定。利用聲波法注漿，主要目的是為了使巖體之間的縫隙得到充分填塞，使漿液充分凝結，使原來破碎的巖體能凝結為一個整體，從而有利于提升整個圍巖層的穩定性，使隧道洞口地表得以加固。此外，巖體被地下水和大氣包圍，在注漿以后巖體縫隙中的水或其他充填物被水泥結石替代，從實質上提高巖層的密度和強度，使洞口加固效果進一步提升。

2.2 高壓噴射注漿

地表高壓噴射注漿方法適合用在地下水量較大、土質大部分是軟弱土的區域或地段隧道洞口施工中，尤其在殘積層、沖擊層等含水量很多的地層，采用常規注漿方法往往無法起到有效的加固效果，使得在后期洞口施工時因為強烈的施工活動而進一步影響圍巖體的穩定性，甚至引起地表水滲入而進一步破壞土質的強度。為此，采用高壓噴射注漿，不僅是為了提高地表巖層的穩定性，也是為了避免地表水進入到洞口中，從而提高整體隧道結構的安全穩定性。

2.3 地面錨桿

根據隧道洞口的破壞范圍設置地面錨桿，使巖體能凝結在一起可起到阻礙隧道洞口內巖土體移動的效果。地面錨桿地表預加固技術在隧道洞口施工中的應用，尤其可以起到防止邊坡受嚴重損害，導致山體塌方和滑動現象的出現。此外，將該方法用在洞口預埋深度較淺、地面荷載不平的地方，可以避免偏差問題的出現。

3 地表預加固技術在具體隧道洞口工程施工中的應用分析

3.1 工程概況

某隧道全長約700m，預設計為單向的雙車道，隧道出口位置設設置在滑坡體前端，隧道洞口的深度約1.5m，滑坡四周界限明顯?；轮虚g寬約50m，下邊寬約60m，厚度約8～15m，是一種相對穩定的滑坡類型。在隧道洞口施工時向下挖深9m 后滑坡體會出現新的擴展，這時則需要采用地表鉆孔注漿加固的方式。具體施工流程和工藝控制要點如下：

3.2 表層處理

若施工現場條件較差，原山體穩定性較差甚至已經出現了塌陷，這時則需先采用機械設備對塌陷的地方處理，比如噴射混凝土來控制塌陷位置再次出現塌陷。其次，使用注漿導管在坑壁周圍設置鋼筋網片進行錨噴支護，在坑底設置鋼拱架雙層支護并使用鋼筋連接拱架的上部，最后鋪設鋼筋網片再次噴射支護，使填充物充分回填，避免雨水及其他雜物進入洞內，在完成二次混凝土襯砌施工后再返挖并進行土方夯實回填，以保證洞內的安全。

3.3 洞內支護施工

首先，設置灌漿導管并進行增強支護，控制好導管之間的距離和數量。其次，開挖斷面并安裝拱架時要求使用導管在兩側的拱架底腳進行鎖腳加固。此外，在導管內設置錨桿進行注漿加固，最后進行加密處理，使原來支護中間距離減小，進一步提升地表加固的效果。

3.4 地表鉆孔注漿

采用地表鉆孔注漿加固時，注漿壓力值約0.3～0.5MPa，注漿液的擴散半徑經過計算得出是52cm，合理設計注漿的范圍如下圖1，2 所示。沿著隧道軸線注漿長度約38m，沿著隧道橫斷面加固長度約23m，沿著隧道縱軸方向鉆孔深度按照不同區域分別是10m，13m，8m，橫縱向孔距分別是90cm 與80cm。

圖1 ：注漿設計縱斷面

圖2 ：注漿設計橫斷面

在進行注漿液體配置時，按照1：0.8 的比例將水泥與水玻璃混合并充分攪拌，控制水泥漿液水灰比為0.8：1，水泥選擇普通型硅酸鹽水泥，水玻璃模數M=2.7，原液濃度是40Be’。單孔注漿量的計算公式是：Qd=πR2Hnα，其中是單孔注漿量，單位是m3，R 是漿液的擴散半徑，單位是m，H 是注漿孔深，單位是m，n 是土體的孔隙率，取值0.31，α是漿液的有效充填系數，取值0.7。

3.5 質量控制措施

第一，要求必須做好詳細的施工準備，即在隧道進洞之前應先對仰坡進行防護加固，平整洞頂的地表做好排水防水措施。第二，準備好施工所用的材料設備，水泥漿液提前按照設計標準進行配置，選擇合理的施工方案和輔助施工技術。第三，加強對現場施工的安全質量方面的控制，在保證施工經濟安全的前提下還要加強對周邊環境的破壞，盡量避免因施工活動而對周邊原始山體和植被、土壤等產生破壞。第四，積極利用信息化技術做好對洞口施工的實時監測和控制，做好對地表沉降的觀測和地質的超前預報，及時進行二次襯砌，采用動態設計、動態施工和動態管理的方式方法，及時發現設計圖紙問題并進行修正，以提高隧道洞口施工的實效性。

3.6 注漿加固效果

采用地表鉆孔注漿的方式進行該隧道洞口地表加固，總工期為65 天，總體注入漿液約1800m3，通過注漿加固以后使山體發生了性質上的變化，漿體使各個縫隙填充得十分飽滿緊實，提高了土地的強度，同時也提高了摩擦的系數。在洞口段向下挖掘后保持圍巖穩定，基本無滲漏問題出現。

4 地表預加固施工技術的應用和發展

在隧道洞口施工中采用地表預加固施工技術已經成為隧道工程隧洞施工中必須關注的問題，預加固技術的應用不但能改善洞口周圍巖層的物理性質，提高周圍巖層的穩定性，而且還能為施工提供良好的施工條件，使洞口施工簡化、可行性增強，從而保障工程施工的安全與質量。此外，地表預加固技術的應用能使隧道工程整體長期處于穩定的狀態，不但消除了施工時的安全隱患，而且也提高了隧道工程整體的安全穩定性。由于地表預加固技術突出的優勢，目前已在國內外隧道工程施工中得到了廣泛的應用，起到了良好的地表加固、封堵地表水滲入、保護周圍土壤、地下水和植被不被破壞等效果，預加固技術采用的注漿材料以水泥漿液為主，選擇高質量的水泥原材料并進行水泥漿液的合理配置，控制好水灰比可進一步提升預加固的效果。

5 結語

綜上所述，隧道工程洞口開挖施工作業時，因為本身施工條件極其復雜，加上受周圍原山體、圍巖層、水文地質等因素的影響很容易對山體造成破壞而出現山體滑坡、塌方等事故，給施工帶來極大的困難，甚至會威脅施工人員的生命。為此，在隧道工程施工中，必須加強對洞口施工的質量控制，根據工程施工特點，按照相應的原則，尤其是自然進洞的原則選擇合適的地表預加固施工技術及其質量控制措施。常見的預加固技術有聲波法注漿、高壓噴射注漿和地面錨桿等，這些措施和方法都必須和具體土體情況結合起來才能發揮技術的最大作用，才能起到加固隧道洞口地表層的作用。