1、1佰公凹隧道左线超浅埋段加强辅助施工措施方案分析【摘 要】本文阐述了隧道左线超浅埋段加强辅助施工方案，通过方案必选，结合隧道实际情况及工期要求，确定适应项目的施工方案，并得到成功实施，为今后类似工程的施工提供了一定的借鉴与参考。 【关键词】小导管；强度验算；加固 一、工程概况 佰公凹隧道出口端左线 ZK27+858ZK27+927 为超浅埋段（埋深4.3m-10m） ，设计采用在地表注浆，在洞内进行超前小导管辅助施工的方式对地层进行加固后，以双侧壁导坑法施工通过。 根据设计的地质资料显示，该段地表下约 23m 为亚粘土，再往下至拱顶为强风化石英砂岩，隧道侧壁则在弱风化砂岩中。ZK27+920
2、隧道右下部离 F7 断层破碎带约 10m。隧道右侧处于 F7 逆断层上盘裂隙带内，ZK27+850 F7 断层在隧道中心附近穿过。隧道右侧处于断层破碎带内。 在地表注浆施工过程中，发现该段从地表往下在注浆范围内（约 8-9m）大部分为亚粘土层，即隧道起拱线以上基本上处于第 4 纪残坡积地层中，较设计描述差异较大。该层在注浆施工时正处于雨季，呈淤泥状，注浆后又逢旱季，呈松散土状。 经实测，该段内 ZK27+858ZK27+882，以隧道中线为界，地形左高右低，埋深变化较大（见地表注浆横断面图 1） 。右侧埋深浅而地层较弱，开挖后会形成结构偏压。 2地表注浆横断面图 1 设计资料显示，隧道在 ZK
3、27+912 距 F7 断层不足 10m。由于 F7 断层是压扭性逆断层，其上盘受构造运动影响较大，岩层裂隙带范围明显增大，约 1020m（这在 ZK27+941ZK28+059.5 段开挖后已得到证实） 。由设计资料推算，F7 断层在 ZK27+860ZK27+890）应进入隧道范围。因此隧道该段围岩会更差（全部位于 F7 断裂带内） 。 鉴于以上原因，我们认为该段衬砌应由 S5b 变更为 S5a，在该段洞内施工时，辅助施工应于加强。一是应扩大地层加固范围，二是应增加超前小导管的管棚作用，三是提高注浆的早期强度，减少用水量，从而减少围岩特别是掌子面的软化。因此建议采用双层小导管进行双液压浆对
4、地层进行加固，方案如下： 1.将原设计超前小导管加密一倍施工，即每隔一榀钢拱架，打一环（纵向间距缩短为 1.5m，其余参数不变） ，注浆液改为水泥、水玻璃。 2.增加仰角 450 的双液注浆小导管，与上述超前小导管间隔施工。450 双液小导管长 L=4.5m，采用 450 仰角打入围岩，环向间距 40cm，纵向间距 1.5m，水泥浆与水玻璃液比 1：1（重量比） ，注浆压力0.51.0MPa。 二、小导管的强度验算： 2.1 荷载深度的确定： 本隧道双侧壁导坑开挖宽度为 6m，拱部开挖宽度为 11m。荷载等效高度按公路隧道设计规范 （P29 6.2.3）式计算： H=0.452s-1 3S围岩
5、等级； 宽度影响系数，=1+i（B-5） ； B开挖宽度； iB 每增 1m 时，围岩压力增减率，以 B=5m 为准， 当 B5m 时，取 i=0.1。 开挖侧壁导坑时，B=6，i=0.1，S=5， 则 =1+0.1（6-5）=1.1 h1=0.4525-11.1=7.92m 开挖拱部上导坑时，B=11，i=0.1，S=5， 则 =1+0.1（11-5）=1.6 h2=0.4525-11.6=11.52m 其浅埋分界深度分别为： 双侧壁导坑 Hp1=2.5h1=2.57.92=19.8m 拱部上导坑 Hp2=2.5h2=2.511.52=28.8m 据此，由附件 1：地表注浆加固断面可知，侧壁
6、导坑和拱部导坑开挖时，均属浅埋施工。所以计算地层的垂直均布荷载时， h 均应以埋深取值。但考虑是临时辅助施工，计算时，当埋深小于 h1 时按埋深计算，当埋深大于 h1 时，仍按 h1 计算。 2.2 围岩密度取值（）： 由设计地质报告可知，该段隧道上覆层地表为亚粘土层，其下至拱部为泥盆系强风化砂岩，计算地层荷载时本应分层计算，因此地表亚粘土层厚度为 210m，地层密度在埋深 h6m 时考虑亚粘土层密度影响取4=（18+18.5）/2=1.825g/cm3。而在 h6m 时，忽略亚粘土密度影响，取 =1.80g/cm3。 2.3 强度计算： 1）计算图式 验算小导管施工后第三榀拱架安装前小导管的
7、强度，由工况图确定 L = 249+20+13=282cm；设计小导管环距=40cm，小导的线荷载 =40 h 2）计算 453.5mm 小导管截面惯性矩（I）和抗弯截面系数（ W）： =d/D=3.5/4.2=0.8333 I=d4/64（1-4 ） =3.14164.24/64（1-0.83334） =7.910（cm4） W=I/R=7.910/2.1=3.767（Ccm3） 3）验算： ZK27+912 断面： 拱部上导： h=590cm600Vcm =1.8g/cm3 =401.8880=6336g/cm=63.36Kg/cm 5Mc=1/863.362822=629830Kg-cm
8、 ?=Mc/W=629830/3.767=167196.71kg/cm2=16719.67MPa 4）围岩沿隧道纵向形成坍落拱时，小导管强度验标： 仍按公路设计规范 P29（6.2.3）式计算： q= h h=0.452s-1 式中：q 垂直均布压力（kg/cm） 围岩容重（按地质资料，强风化砂岩 y=1.80kg/cm3） S围岩级别（V 级围岩，S=5） B开挖宽度（cm） 宽度影响系数 =1+i（B-5） i B 每增加 1m 时围岩压力增长率，以 B=5m 为准，当 B5m 时，取i=0.1 按小导管施工后第三榀拱架安装前的工况计算，围岩沿破裂面坍落：B 取小导管支撑的水平宽度，即 B
9、=2.82m3 m 5；i=0.2，=1+0.2（3-5）=0.6 h=0.452s-1 0.6=4.32 m=432cm q=1.80432=777.6（g/cm2） 小导管惯性矩 I=7.91（cm4） 抗弯截面系数 W=3.767（cm3） Mc=1/840777.62822=308189312g-cm=309189kg-cm =309189/3.767=82078kg/cm2=8207.8MPa 6考虑到拱部以下能进入弱风化砂岩地层掌子面较为稳定，小导管的承载跨度可较小，这可能是最为常见的情况。现以小导管施工后第二榀拱架未安装前的工况进行验算。 由图计算，L=111cm B=111 m
10、5m i=0.2，=1+0.2（111-5）=0.222 h=0.452s-1 0.222=1.598m=160cm q=1.80160=288（g/cm2） =40q Mc=1/8L2=1/8402881112=17742240g-cm=17742kg-cm =Mc/W=17742/3.767=4709.8MPa 由常用工程材料手册可知，普通碳素钢（GB700-88）的屈服极限S=235MPa， 拉伸强度极限 b=375500MPa；普通低合金钢（16Mn）的屈服极限S=280350MPa，拉伸强度极限 480520MPa。 以上计算结果说明，一旦发生较大的坍方，小导管的强度远远不足的，虽然以上计算的图式与小导管实际的受力状态是有差别的，但应引起我们极大的重视。 三、结语： 由于水泥浆注浆在注浆台强度上升缓慢，注浆液中的水对围岩有软化作用，围岩的稳定性在注浆初期反而有所下降，这与浅埋段应快速施工的要求是矛盾的，采用双液注浆就是为了解决这一矛盾。
