昌祿柱

摘? ? 要：目前我國(guó)建設(shè)行業(yè)快速發(fā)展，為滿足行業(yè)運(yùn)營(yíng)等需要，隧道建設(shè)成為了建設(shè)行業(yè)必不可少的一部分?，F(xiàn)階段我國(guó)隧道設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)于軟弱圍巖下，為保證隧道進(jìn)洞施工安全，絕大多數(shù)采用管棚進(jìn)洞，但管棚施工費(fèi)時(shí)費(fèi)效，本文主要從洞口受力分析、小導(dǎo)管支護(hù)及管棚支護(hù)進(jìn)洞原理出發(fā)，結(jié)合實(shí)際施工，淺述進(jìn)洞方案選擇。

關(guān)鍵詞：隧道洞口受力;小導(dǎo)管進(jìn)洞;管棚進(jìn)洞;安全防護(hù)

1? 引言

在我國(guó)建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展下，為滿足行業(yè)運(yùn)營(yíng)的需要，隧道的建設(shè)亦成為建設(shè)工程的重要組成部分[1]。而目前我國(guó)建設(shè)領(lǐng)域安全形勢(shì)嚴(yán)峻，隧道施工洞口段的安全防護(hù)尤為重要。

隧道進(jìn)洞尤其是Ⅳ～Ⅵ級(jí)的軟巖隧道進(jìn)洞成敗不僅關(guān)系到整座隧道施工能否有一個(gè)良好的開端，而且對(duì)隧道后續(xù)施工作業(yè)及竣工后的運(yùn)營(yíng)都有著很大的影響。隨著隧道施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，地質(zhì)條件差的隧道采用管棚、小導(dǎo)管進(jìn)洞已經(jīng)成為各建設(shè)、設(shè)計(jì)和施工單位較為認(rèn)可的施工方案，不過，隧道進(jìn)洞方案的選擇更應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。此外，管棚進(jìn)洞也不能不加分析論證就照搬照抄。對(duì)于隧道進(jìn)洞方案的選擇，要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等方面綜合考慮，應(yīng)認(rèn)真分析每個(gè)隧道洞口的受力狀態(tài)，根據(jù)具體情況制定切實(shí)可行的施工方案[2]。

2? 工程概況

某工程隧道全長(zhǎng)約1.575km，其中隧道改擴(kuò)建共計(jì)1085m/2座?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)勘探調(diào)查及鉆探揭露，場(chǎng)內(nèi)及周邊未見滑坡、泥石流、采空區(qū)、巖溶、地下洞室等不良地質(zhì)作用。隧道洞口地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，水量貧乏，洞身圍巖巖性主要為黃尖組中風(fēng)化凝灰?guī)r，有裂隙水滲出，未見大規(guī)模的垮塌現(xiàn)象，穩(wěn)定性中等，圍巖等級(jí)均為Ⅳ級(jí)。

3? 管棚支護(hù)原理

通過鉆機(jī)在洞口開挖面鉆孔，打入開了梅花形溢漿孔的大管棚，然后將按設(shè)計(jì)調(diào)配好的水泥漿或者雙液漿通過壓力泵注入大管棚中，漿液通過溢漿孔擠入周邊圍巖的縫隙中，從而提高隧道圍巖的強(qiáng)度和整體性，預(yù)先加強(qiáng)了圍巖的整體自穩(wěn)能力。通過大管棚向隧道開挖面及周邊輪廓線圍巖注漿（含溢漿效果）形成的水泥固結(jié)區(qū)可以起到“承載環(huán)”的作用，水泥固結(jié)環(huán)可以支撐住其上部的圍巖重量，降低水泥固結(jié)環(huán)以內(nèi)區(qū)域的圍巖和隧道永久支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力，水泥固結(jié)環(huán)以內(nèi)區(qū)域的圍巖和隧道永久支護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的力僅僅是水泥固結(jié)環(huán)因?yàn)楣跋蛩淼婪较蚨l(fā)生變形所引起的應(yīng)力。并且采用的大管棚為管壁比較厚的無縫鋼管時(shí)，因?yàn)槠鋺T性力矩大，若布置環(huán)向間距較密，那么水泥固結(jié)區(qū)的變形會(huì)更小，從而隧道支護(hù)系統(tǒng)所承受的隧道頂部荷載降低很多。其次，在隧道洞口處大管棚初始端一般設(shè)有環(huán)形套拱結(jié)構(gòu)，大管棚末端伸入到隧道圍巖應(yīng)力未改變區(qū)域，超前大管棚整體結(jié)構(gòu)類似于簡(jiǎn)支梁，可以支撐和傳遞大管棚上方圍巖壓力。

4? 小導(dǎo)管支護(hù)原理

超前注漿小導(dǎo)管使用管徑為36-50mm口徑的鋼管，將鋼管打入到巖層當(dāng)中，然后通過鋼管注入水泥漿液，使水泥漿通過鋼管滲透到巖層當(dāng)中，超前注漿小導(dǎo)管能起到支撐其上方圍巖的作用，水泥漿凝固后能使巖層形成一個(gè)整體，從而提高了圍巖整體性、剛度及強(qiáng)度。該預(yù)支護(hù)技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低，應(yīng)用廣泛。其缺點(diǎn)就是一次施作距離短，剛度小等使其應(yīng)用具有一定的局限性。

超前注漿小導(dǎo)管作用機(jī)理：超前注漿小導(dǎo)管能與隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)（主要是初期支護(hù)結(jié)構(gòu)）共同承受圍巖應(yīng)力，同時(shí)與圍巖一起形成一個(gè)支護(hù)體系，其具有管棚的作用效應(yīng)，也是實(shí)現(xiàn)注漿的途徑，最終加固巖層。

超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)特點(diǎn)：超前注漿小導(dǎo)管施工工法簡(jiǎn)單，不需要很強(qiáng)的技術(shù)支持，施作方便，能夠提供較大的支護(hù)能力，兼具超前大管棚和超前錨桿的優(yōu)點(diǎn)[4]。

5? 洞口受力分析

以某隧道出洞口為例，主要分析縱向的受力，利用庫(kù)侖理論進(jìn)行隧道洞口段土體壓力大小的計(jì)算和滑動(dòng)面位置的確定是一種理想的分析方法，簡(jiǎn)便且可以滿足施工需求。

5.1? 庫(kù)倫理論的應(yīng)用

按“零開挖”施工，隧道洞口拱部覆蓋層很薄，采用垂直方式進(jìn)行仰坡開挖，在開挖面假設(shè)擋墻，在地面為一直線的情況下，運(yùn)用“彭思來作圖法”（見圖1）可以確定土壓力大小及滑面位置。

（1）從B作BC與水平線成[Φ]角，稱[Φ]線，從A作AL0與墻背成[Φ]+δ角，稱為基線（此處δ=[Φ]） 。

（2）在[Φ]線上以BC為直徑作半圓。

（3）從L0點(diǎn)作BC的垂線L0I，交半圓于I點(diǎn)。

（4）在[Φ]線上量BL=BI，從L點(diǎn)作LD∥AL0，則BD即為所要求之滑面。

其中土壓力：[Ea=12γ·DL·DN=12γDL2=12γDL2·sinδ]

其方向?yàn)槠叫杏赱Φ]線，位置在距基底1/3h處（h為仰坡開挖高度）214～217。

5.2? 極限穩(wěn)定分析

在洞頂?shù)乇砦床扇〖庸檀胧┗蚣庸虖?qiáng)度不足、洞口邊仰坡強(qiáng)度和整體性不足、仰拱初支及仰拱未及時(shí)封閉等情況下，洞頂覆蓋層會(huì)產(chǎn)生與水平面夾角呈[Φ]的極限滑面。此時(shí)，依據(jù)受力情況可將滑體分為A、B兩塊（見圖2）。

其中A塊受B塊傳遞來的推力和自重，B塊為滑體，其傳遞給A塊的力為[ΔT=W·sinΦ-f·WcosΦ-c1]，B塊處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，其是否滑動(dòng)取決于f值和c值的變化（ΔTmax一般為c=0，f=0.3時(shí)）222～224。

從上述分析得出，在A區(qū)范圍內(nèi)施工山體產(chǎn)生滑動(dòng)塌方的風(fēng)險(xiǎn)非常高，因此，當(dāng)洞口段施工在A區(qū)范圍時(shí)，要特別注意做好以下幾點(diǎn)：（1）必須保證初期支護(hù)的強(qiáng)度，包括拱架安裝、噴射混凝土及縱向聯(lián)結(jié)等強(qiáng)度。（2）采用臨時(shí)仰拱或臨時(shí)橫撐等使初期支護(hù)盡快閉合成環(huán)。（3）嚴(yán)格控制掌子面、仰拱、二襯間的安全步距，盡快施作二次襯砌。

6? 進(jìn)洞方案選擇

6.1? 確定滑面位置

根據(jù)隧道地質(zhì)剖面圖繪制某隧道出洞口極限滑面示意簡(jiǎn)圖（見圖3）。

在確定滑面位置和極限滑面位置后，即可計(jì)算洞口仰坡開挖面至滑面的距離。小導(dǎo)管插入長(zhǎng)度一般為5m，考慮1m～1.5m的穩(wěn)定層錨固長(zhǎng)度，如計(jì)算得仰坡開挖面AB距滑面BD距離即AO小于4m，即考慮采用小導(dǎo)管法進(jìn)洞;距離超過4m后，就應(yīng)該考慮采取管棚方案進(jìn)洞。而經(jīng)計(jì)算得知，本項(xiàng)目隧道出洞口處AO為3.972m，考慮采用小導(dǎo)管進(jìn)洞方案;其次，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際施工進(jìn)度安排以及考慮到資金投入，故本項(xiàng)目采用邊仰坡錨噴支護(hù)及小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)等輔助進(jìn)洞措施。

6.2? 進(jìn)洞輔助措施方案

（1）拆除原有洞門。

（2）開挖仰坡、邊坡。采用由高到低順序垂直開挖; 邊坡根據(jù)地質(zhì)情況，按1：0.75放坡開挖。

（3）澆筑坡頂截水溝。

（4）對(duì)開挖邊仰坡進(jìn)行加固處理，具體參數(shù)如下：[①]Φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)3.5m，間距1m×1m;[②]Φ6.5鋼筋網(wǎng)片，間距20cm×20cm;[③]C20噴射混凝土，厚度10cm。

（5）沿隧道明暗交界處向外1m安設(shè)上臺(tái)階拱架（I16工字鋼），間距1m，共計(jì)兩榀。

（6）施做初期支護(hù)。

（7）穿過鋼架腹部環(huán)向間距按35cm打超前小導(dǎo)管，外插角 5°～7°，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。小導(dǎo)管采用42mm熱扎無縫鋼花管，壁厚4mm，長(zhǎng)4.5m，在鋼管距尾部95cm范圍外鉆6mm壓漿孔，間距15cm，梅花形布置。注漿采用M20水泥砂漿，注漿壓力0.5MPa～1.0MPa。

（8）開挖下臺(tái)階，施做下部拱架及初期支護(hù)。

（9）及時(shí)施做仰拱及混凝土襯砌。

（10）進(jìn)洞完成。

7? 結(jié)論

隧道安全進(jìn)洞是隧道施工前提，同時(shí)也是隧道的安全與質(zhì)量上的起點(diǎn)。影響著主體工程施工進(jìn)度管理、安全管理、質(zhì)量管理等。所以這就要求我們?cè)谄瘘c(diǎn)階段嚴(yán)格計(jì)劃施工，符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求[5]。而作為施工技術(shù)人員，在接到圖紙后，要認(rèn)真對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)研究圖紙，充分領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，忌諱不研究、不調(diào)查就盲目組織施工。要遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、易于實(shí)施”的技術(shù)方案編制原則，制定科學(xué)合理的隧道進(jìn)洞專項(xiàng)施工技術(shù)方案[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖勇，陳永權(quán)，何光友，左明.淺埋偏壓隧道洞口段綜合施工技術(shù)[J].公路隧道，2016（4）：53～55.

[2] 劉陽(yáng)平.隧道洞口受力分析及進(jìn)洞方案探討[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（11）：49～52.

[3] 劉成宇.土力學(xué)（2版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[4] 徐恒鑫.隧道超前注漿小導(dǎo)管支護(hù)參數(shù)分析及穩(wěn)定性研究[D].廈門大學(xué)，2017.

[5] 李洪超.隧道進(jìn)洞施工過程控制及配套技術(shù)[J].四川水泥，2018（4）：144.