楊宏玉

1 工程概況

1.1 地質(zhì)情況

十天線高速公路明埡子隧道位于陜西省石泉縣城關(guān)鎮(zhèn)至曾溪鄉(xiāng)，進口位于水磨溝，出口位于十里溝，分左右雙洞，洞室間距約40 m。左線隧道長4944 m，右線隧道長4980 m，均屬于特長隧道，最大埋深320 m。

隧址區(qū)位于秦巴低山區(qū)，山脈走向近東向西，隧道兩端溝谷深切，山脊山梁平緩，多呈橢圓丘狀。大部分基巖裸露，植被覆蓋不均，部分喬木茂密，部分生長雜草灌木，覆蓋率不高。進口端地形坡度25°～35°，出口端地形坡度 30°～35°，最高山頂 845 m，相對高差200 m～320 m。

隧道穿過區(qū)域斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造都極為發(fā)育，致使不同地層巖石的強烈變形改造，工程條件十分復(fù)雜。主體構(gòu)造形態(tài)為鏟形斷裂組成的半羽狀斷裂系，共有5條等級為一、二級的斷裂出露。各條斷裂一級者經(jīng)韌性再脆韌性和韌性復(fù)合疊加改造、二級者經(jīng)脆韌性再脆性復(fù)合疊加改造的變形過程，有較寬的斷裂帶及其邊側(cè)影響帶，造成巖石的廣泛再碎裂甚至泥礫化的表現(xiàn)。

1.2 巖性調(diào)查

1)隧道圍巖層理發(fā)育，呈片狀，而且?guī)r石強度低，自穩(wěn)能力差，具有遇水膨脹特征。2)隧道目前遇到的圍巖狀況，給施工帶來了許多困難，造成施工進度滯后，施工速度低，對目前施工方法的可行性和適應(yīng)性提出挑戰(zhàn)。3)初步成型隧道嚴重變形，局部變形量達到600mm之多，并造成隧道初襯多處破壞，影響到后期的隧道施工和隧道的設(shè)計凈空，不得不進行整修。需要指出的是，這種趨勢尚未得到有效控制，需要深入研究，找到有效的解決或處理方法。4)根據(jù)地質(zhì)勘查報告，未來明埡子隧道還將穿越多條斷層和破碎帶，面對的工程條件將是十分復(fù)雜的，甚至?xí)隽说刭|(zhì)殘渣報告預(yù)計的情況，因而對施工技術(shù)將是嚴峻的考驗。為了保證施工速度，需要提早研究，做好技術(shù)準備。

2 超前小導(dǎo)管加固

針對該隧道圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化破碎，圍巖自穩(wěn)能力差的狀況，召開專題會議，進行了商討，制定了相應(yīng)的治理措施。為確保隧道開挖過程中及隧道成型后巖體的穩(wěn)定性，采取了超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固的措施。

2.1 加固原理

小導(dǎo)管注漿法具有施工工藝簡單、可操作性強、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點［1］，在公路隧道不良地質(zhì)段開挖時被廣泛采用。其加固原理是在擬開挖的隧道輪廓線四周利用小導(dǎo)管注漿形成一定強度和厚度的封閉拱，以提高圍巖的自承能力和穩(wěn)定性［2-4］。超前注漿小導(dǎo)管通過高壓注漿改變了巖體的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在未經(jīng)開挖的巖土體中形成剛度較大的加固圈，提高了巖土體的穩(wěn)定性。

2.2 加固效應(yīng)

小導(dǎo)管加固效應(yīng)可用以下三個方面來解釋:

1)錨桿作用。在隧道的超前支護中，小導(dǎo)管的作用往往是錨桿錨固機理中的連接原理、組合梁原理和均勻壓縮拱原理的其中兩種或三種的綜合作用。2)棚架作用。小導(dǎo)管的棚架作用指小導(dǎo)管施作完成后，進行隧道開挖施工時，小導(dǎo)管以靠近掌子面的鋼支撐和前方未開挖的部分巖土體為支點，在縱向支撐起中間部分的巖土體，起縱向梁作用。3)錨桿樁作用。超前注漿小導(dǎo)管支護中，小導(dǎo)管的一端與鋼拱架固定連接。通過注漿，小導(dǎo)管全長與巖土體膠結(jié)咬合，并且形成“殼狀”加固圈，當(dāng)加固圈承受圍巖松散壓力時，小導(dǎo)管便起到錨桿樁的作用。

3 數(shù)值模擬研究

FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua，連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日分析)是由Cundall和美國ITASCA公司開發(fā)出的有限差分數(shù)值計算程序，主要適用于巖土工程問題分析。該程序建立在拉格朗日算法基礎(chǔ)上，特別適合模擬材料大變形和扭曲問題［5］。FLAC3D采用顯式算法來獲得模型全部運動方程(包括內(nèi)變量)的時間步長解，從而可以追蹤材料的漸進破壞和垮落，本文采用該軟件進行數(shù)值分析工作。

3.1 模型建立

本次數(shù)值模擬分析旨在研究超前小導(dǎo)管的注漿加固作用，為方便起見，模型建立時實際隧道斷面僅作為參考，對結(jié)果分析并無大礙。考慮到隧道在沿向上是平面應(yīng)變問題，故模型前后左右采用法相約束，上部施加等效荷載，下部采用固端約束。

3.2 模擬結(jié)果分析

圖1，圖2分別為不采用和采用小導(dǎo)管注漿時圍巖的豎向位移云圖和水平位移云圖。由圖可知，不采用小導(dǎo)管注漿時，隧道開挖后，拱頂和仰拱位移很大。拱頂約為仰拱豎向位移的2/3;采用小導(dǎo)管注漿后拱頂和仰拱最大位移值分別較未注漿時減小了一半多。采用小導(dǎo)管注漿后，隧道開挖時，兩側(cè)墻最大水平位移約是未采用小導(dǎo)管注漿時的1/4。圖3是不采用小導(dǎo)管注漿和采用小導(dǎo)管注漿時圍巖的塑性區(qū)范圍圖。由圖3可知，采用小導(dǎo)管注漿后的隧道圍巖塑性區(qū)范圍明顯縮小得到控制。通過對超前小導(dǎo)管注漿加固隧道圍巖的FLAC3D數(shù)值模擬分析可知，采取超前小導(dǎo)管注漿加固隧道圍巖后，能夠有效減小隧道表面圍巖的位移和掌子面的穩(wěn)定，確保施工安全的同時，大幅度提高施工進度，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。

4 實測結(jié)果

在實際施工時，加固方案為小導(dǎo)管采用φ50×5mm無縫鋼管，鋼管長度5 m，按照鋼架間距大角度與小角度導(dǎo)管間隔布置，環(huán)向間距40 cm，縱向間距50 cm;小角度小導(dǎo)管外插角15°，每環(huán)31根，大角度小導(dǎo)管外插角30°，每環(huán)24根。

通過圖4可知，隧道拱頂沉降量在初始時間呈增加趨勢;隨著圍巖采取加固措施，拱頂下沉速度逐漸變緩，達到55mm左右時趨于穩(wěn)定，而隧道凈空收斂位移達到20mm后也趨于穩(wěn)定?？芍靶?dǎo)管注漿效果明顯，切實可行。

5 結(jié)語

本文通過對某山嶺隧道巖爆點采集試樣進行室內(nèi)試驗研究，主要有以下結(jié)論:

1)通過對超前小導(dǎo)管注漿的FLAC3D數(shù)值模擬加固效果分析可知，注漿加固層承擔(dān)了開挖引起的大部分松動荷載。改良加固帶的剛度較大、整體性較好，可使拱頂下沉和洞周收斂變形得到有效控制，隧道圍巖塑性區(qū)范圍明顯減小。2)超前小導(dǎo)管注漿加固措施可以有效加固破碎圍巖。在隧道施工過程中，遇到破碎圍巖時，應(yīng)特別注意加強監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預(yù)報，如前方地質(zhì)情況有變，應(yīng)及時加強超前支護，避免塌方等事故發(fā)生。

［1］王觀海，王小林.不良地質(zhì)隧道小導(dǎo)管預(yù)支護施工工藝［J］.鐵道建筑，2006(8):49-52.

［2］馬 濤.淺埋隧道塌方處治方法研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(S2):3936-3981.

［3］卓國平.隧道洞口段施工技術(shù)研究和原理分析［D］.成都:西南交通大學(xué)，2003.

［4］夏永旭，王文正，胡慶安.公路雙聯(lián)拱隧道施工過程中中隔墻的變形及穩(wěn)定性［J］.中國公路學(xué)報，2007，20(5):83-88.

［5］劉 波，［美］韓彥輝.FLAC原理、實例與應(yīng)用指南［M］.北京:人民交通出版社，2005.