案例—狮公岩隧道偏压治理

三

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隧道位置及规模

狮公岩二号隧道为武广客运专线双线铁路隧道，行车速度目标值为350km/h。双线隧道净空有效面积100m2，设计为无碴轨道。该隧道全长392m，隧道进口里程为DK1985+162，出口里程为DK1985+554。隧道最大埋深约22m，全隧道均为浅埋大断面隧道。其中隧道进口明挖段长17m，其余均为暗挖法。隧道围岩为IV级、Ⅴ级。

在DK1985+280~DK1985+340线路左侧约15m有一孤立山头，高约10m，山顶为一信号塔，在施工过程中应注意保护。

隧道围岩情况统计表

狮公岩二号隧道平面图

狮公岩二号隧道纵断面图

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工程特点

(1)隧道断面大。最大开挖面积达156.62m2，最大开挖跨度14.96m，最大开挖高度12.84m。    

(2)浅埋偏压明显。狮公岩二号隧道最大埋深22m，均为浅埋，Ⅴ级围岩占隧道长度的91%。另外，隧道大部分地段均处于山坡边缘，从而因地形原因而造成偏压。    

(3)地质条件差。隧道全长392m，其中Ⅳ级围岩35m，Ⅴ级围岩357m，围岩软弱破碎，特别是全风化泥岩、灰岩，上部硬塑，下部多呈软塑，浸水极易软化。且大部分均处于浅埋偏压状态，围岩自稳能力差，开挖易坍塌。  　

所以，该隧道虽长度较短，但围岩软弱破碎、自稳能力差、浅埋偏压状态明显、施工难度大，在隧道施工过程中如何保证施工安全和工程质量成为该隧道建设主要问题。

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总体施工方案

根据施工场地条件和运输条件，隧道开挖从出口往进口方向单向掘进。由于隧道出口覆土浅，地形复杂，因此计划采用三台阶法结合30m长大管棚进洞。进口段地形开阔，覆土埋深无法满足暗挖施工要求，根据地形情况，在进口段17m范围内，采用明挖施工。洞门按设计进口采用斜切式，出口采用端墙式。  　

洞身段各级围岩全部采用三台阶法施工，在Ⅴ级围岩及其加强段须结合小导管注浆技术进行开挖施工，以确保工程安全。

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出口段暗挖施工

出口采用三台阶法配合30m长管棚联合套拱辅助工法进洞

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洞身段施工技术

洞身均采用三台阶法弧形导坑法施工

在洞身显著偏压地段，隧道实际施工过程中，曾发生严重变形，支护最大侵限达85cm。     

根据现场调查分析并经多次专家现场讨论认为其主要原因有：　

(1)浅埋、偏压、软弱地层是大变形发生的内在原因　

埋深仅20m左右，约为1.5倍洞跨，属于典型浅埋隧道；隧道上覆地层主要为粉质粘土和全风化泥岩、页岩。经现场取样和室内试验，所取岩样性质接近粘土；该段地表横坡明显，属显著偏压地层。

(2)连续大雨的天气情况是大变形发生的客观原因     

在施工过程中，从2007年2月14日开始，施工现场连降大雨，持续时间达1个月之久。此时，正值隧道偏压段开挖施工，由于隧道埋深相对较浅，加之上覆泥岩、页岩地层风化严重、裂隙发育并彼此连通，为地表水的渗入提供了有利条件，这种岩性地层遇水后软化势必导致隧道开挖变形加剧和影响边坡稳定。

(3)隧道开挖施工效应是造成大变形现象发生的直接原因

在实际施工过程中，洞顶在洞内变形后出现裂缝，裂缝纵向有主裂缝3～4条，小裂缝密布，最大缝宽15～20cm，并拌有明显坍陷台阶。靠左侧较大，至右侧悬空处依次减弱。

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整治措施

隧道施工至DK1985+360时开始连续降雨，当施工至DK1985+342时，隧道支护发生严重变形，最大侵限位移达85cm，开挖工作被迫停止，进行相应的大变形整治。在严重变形区段，整治工作先后采取以下几种处理措施：

(1)将地面冲沟填平，裂隙夯填压实；单侧加长锚杆和增设水平钢支撑，在大变形发生的最初阶段针对现场情况采取如下应急措施：

①将地面冲沟填平，裂隙夯填压实，在隧道顶部进行8cm厚φ6钢筋网（间距30×30cm）喷混凝土铺砌，铺砌范围为中线左侧20m至右侧坡边，铺砌两侧做成斜坡状，设置横向和环向地表截、排水沟，加强排水。如图所示。

②在DK1985+340～+370段设置横向I20钢支撑，间距1.2m，工字钢上下二排，中间等间距设三道竖向支撑，工字钢两侧与型钢钢架焊接，并将所有工字钢在纵向用Φ22的钢筋连接成一体。如图所示。 

③在DK1985+340～+375段左侧隧道边墙采用10ｍ长φ52自进式注浆预应力锚杆，水平间距1ｍ，竖向布置3排。如图所示。

(2)坡顶减压,坡脚填方反压措施

在采取加长锚杆、增设横向钢支撑的措施下，隧道变形得到了基本控制，但变形仍有缓慢增长趋势，为保证边坡稳定和施工安全，经多方论证，决定采取洞顶减压卸载，坡脚反压增阻的措施，加强坡体的稳定。具体方法为：在洞顶上方采取挖方措施，以减轻坡体下滑动力，挖方深度视地形条件为4～7m不等，所挖岩土回填至坡脚，并在坡脚设置顶宽1.0m的浆砌片石挡墙，形成反压护道，以达增阻之目的。处理后的坡面形式如图5-9所示。

(3)抗滑桩措施

为保护线路左侧既有构筑物(信号塔)，并防止山体的继续滑移，在线路左侧孤立山头下方设置8根直径1.0m的钻孔灌注桩，间距3~8m，桩深35m，嵌入稳定基岩2.0m以上，在桩顶设系梁以加强整体性。如图5-10所示。

(4)侵限支护拆换措施    

由于前期施工过程中部分支护结构变形较大，局部初期支护侵限严重，为保证二次衬砌厚度，确保施工质量，应对侵限部分的支护进行换拱处理。具体换拱作业方法如下：

①小导管注浆加固地层。由于围岩软弱，为确保换拱过程洞室稳定和作业安全，在换拱作业前进行小导管注浆加固地层，小导管采用φ42钢管，边墙长度1.5m，拱部长度3.0m，环向间距30cm。  

②爆除原有混凝土结构。爆破采用密眼、少药的原则，减小对围岩的扰动。 

③架设拱架。钢架工字钢采用Ⅰ22，拱架间距60cm。钢架长度视具体需要拆换支护长度及原钢架接头位置具体加工。当拱墙支护均需要拆换时，先换拱圈再换边墙，为避免掉拱现象发生，在拱脚接头处施作6根锁脚锚杆进行稳定拱圈，锁脚锚杆采用φ42钢管，长度4m。

④锚喷混凝土施工 。待拱架架立完成后，施作锚喷支护，支护参数同原设计，新喷混凝土应与原混凝土面保持平顺。

经过以上几种措施的综合处理，隧道变形和坡面稳定得到了极大的改善和较好的控制效果，确保了工程施工安全和施工质量。

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监控量测

在偏压严重段，隧道发生了严重变形，且变形均偏向低压力一侧；左侧水平位移一般大于水平收敛，说明左侧发生了较大背向山坡一侧位移，而右侧发生朝向洞内的较小位移；在采取了洞内横撑和长锚杆后，变形增速减缓，但随后还有发展的趋势。

 在采取了大变形控制系列措施后，进行了初期支护拆换作业，拆换后初期支护变形稳定，未出现初期支护开裂现象。此时隧道最大拱顶下沉41mm，变形得到了抑制。如图7-6为典型断面初期支护拆换后拱顶下沉时间曲线。 

（1）地表沉降及水平位移

DK1985+355处最大地表沉降达119.49mm，基本在隧道的正上方；最大水平位移达82.35mm，位于隧道左侧高坡处。

（2）裂缝观察

  隧道洞内一般地段支护效果较好，未出现初期支护裂纹。 在隧道偏压严重段，洞内出现初期支护开裂、掉块现象；洞顶在洞内变形后出现纵向裂缝3~4条，小裂缝密布；横向裂缝2条，在掌子面前方。出现问题后及时采取了系列针对措施，并最后进行了初期支护拆换，拆换后初期支护效果良好，未出现初期支护开裂现象。

       二次衬砌结构良好，无任何二次衬砌混凝土开裂与破损现象。

案例—富溪隧道偏压治理

四

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隧道工程概况

富溪隧道设计长度620m，最大埋深122m，采用双连拱型断面。隧道穿越地层主要为中元古界蓟县系大谷远组下段变砂岩和第四系滑坡堆积层。   

在隧道的进出口地段，风化非常严重，稳定性极差。隧道进口F5断层破碎带宽度为20～50m，于K205＋680～＋720与线路相交，对隧道进口段围岩稳定性影响较大。   

隧道进口于山体一侧通过，左侧地形陡峭，边坡较高，右侧为一小冲沟，造成偏压。导致初支发生严重开裂。

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治理措施

（1）在坡脚施工挡墙    

为了抵抗由于偏压造成的不均衡水平推力，在坡脚右侧施工片石混凝土挡墙，并在挡墙内回填碎石土。    

（2）注浆加固右侧松散体    

由于进口右侧山体覆盖层很薄，且原岩主要为土夹石，为了提高岩体强度，采用深孔注浆加固围岩。注浆可以采用洞内注浆或地表注浆。    

（3）及时进行明洞施工    

为了抵抗进口仰坡的纵向推力，及时修建明洞衬砌。

（4）继续加强监测    

为了判断进口围岩的稳定情况，加强了地表沉降及水平位移的监测工作。    

根据监测结果分别采取以下两种施工方案：    

 a、围岩稳定时及时施工洞口段50m范围二次衬砌。

 b、围岩不稳定时必须采取措施综合治理边坡。       

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知识点：浅埋偏压隧道施工技术