浅埋偏压隧道施工技术课题

1浅埋偏压隧道施工技术高新强副教授博士（13623217818）石家庄铁道大学2011年1月LOGO第2页隧道设计与施工的重要理念“爱护围岩”“内实外美”“重视环境”“动态施工”LOGO第3页一、浅埋偏压隧道定义二、浅埋偏压隧道施工三、浅埋偏压隧道施工实例1四、浅埋偏压隧道施工实例2主要内容LOGO第4页（1）什么样的埋深为浅埋呢？一般情况下应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则，但要确定出界限是困难的，因为它与许多因素有关，因此只能按经验作出概略的估算。深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。一、浅埋偏压隧道的定义深、浅埋隧道的判定原则qphH5.2~2式中——深浅埋隧道分界的深度；pHqh——等效荷载高度值，即坍落拱高度。浅埋偏压隧道施工技术LOGO第5页式中hq——等效荷载高度值（m)；S——围岩级别，如Ⅲ级围岩S=3；——围岩的容重(kN/m3)；——宽度影响系数，＝；B——隧道宽度，以m计；i——B每增加1m时，围岩压力的增减率(以B＝5m为基准)，当B＜5m时取i=0.2，B＞5m时，取i＝0.1。且要结合地质条件、施工方法等因素综合判断。在矿山法施工的条件下，Ⅳ~Ⅵ级围岩Ⅰ~Ⅲ级围岩1245.0Sqhww51Bi一、浅埋偏压隧道的定义qphH5.2qphH2浅埋偏压隧道施工技术LOGO第6页隧道支护结构两侧的围岩压力相差较大或不对称荷载作用的隧道。公路隧道断面一般呈马蹄形，由于地形不对称、地质岩层、施工等因素，造成隧道结构两面荷载不对称，就形成了偏压。总体上讲，产生“偏压”主要有两种原因：由于地形条件(主要指隧道结构左右两侧覆土高度、围岩级别、结构周围相关建筑物以及不良地质等)不同产生的“地形偏压”和由于施工方法和施工顺序不同产生的“施工偏压”。一、浅埋偏压隧道的定义（2）什么样的隧道为偏压呢？浅埋偏压隧道施工技术LOGO第7页根据对偏压隧道的调查，大多数偏压隧道处于洞口段，属于地形浅埋偏压；在洞身段，偏压较少，且多属于地质构造偏压。由于浅埋偏压隧道多属于破碎、松散类围岩。《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）给出了偏压隧道外侧拱肩山体最大覆盖厚度表（表4.1.5-1），并规定了当地面倾斜时，Ⅳ、Ⅴ级围岩的单线隧道及Ⅲ～Ⅴ级围岩的双线隧道外侧拱肩至地面的垂直距离等于或小于该表所列数值时，应按偏压隧道设计。多车道公路隧道，其跨度往往大于铁路隧道，《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)规定隧道可能产生偏压时，应根据偏压状态和程度采取相应的治理措施。规范仅给出了偏压隧道衬砌荷载的计算方法，但没有指出何种情况下按偏压隧道衬砌荷载计算，即没给出地形偏压临界覆土厚度（偏压隧道外侧拱肩山体最大覆盖厚度）。《公路隧道设计细则》（JTGD70-2010）给出了需按浅埋偏压隧道设计的拱肩覆盖层厚度限值。一、浅埋偏压隧道的定义浅埋偏压隧道施工技术LOGO第8页一、浅埋偏压隧道的定义浅埋偏压隧道施工技术LOGO第9页一、浅埋偏压隧道的定义围岩级别地面横坡坡率1:0.751:11:1.251:1.51:2Ⅲ2020151510Ⅳ石——25252015Ⅳ土————302520Ⅴ————453530表13.4.8-2需按浅埋偏压隧道设计的拱肩覆盖层厚度限值(m)浅埋偏压隧道施工技术LOGO第10页一、浅埋偏压隧道的定义围岩级别地面横坡坡率1:0.751:11:1.251:1.51:2Ⅲ55443Ⅳ石——9876Ⅳ土————1098Ⅴ————151210表13.4.8-3需对地层进行加固处理的偏压隧道拱顶以上地层厚度限值（m)浅埋偏压隧道施工技术LOGO第11页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二围岩条件和地层偏压作用是隧道变形、坍塌的主要原因，因此隧道处于严重偏压状态时，应采取措施避免隧道结构发生病害、失稳。施工期间的病害主要是偏压一侧压力大，容易产生大变形，围岩不稳定容易塌方，喷混凝土会产生开裂、掉快、严重的发生坍塌。运营阶段，由于受偏压荷载的影响，隧道结构容易产生开裂、渗漏等病害。LOGO第12页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施对于浅埋偏压隧道，目前国内外对偏压边坡加固处理的方法较多，常见处理措施：削坡排水法、地下水拦截与疏通、回填反压法、地表注浆法、设置抗滑桩(隧道前部和后部)、预应力锚杆和混凝土挡墙等。我国公路规范《公路隧道设计规范》也提出了地表砂浆锚杆、地表注浆加固和墙式遮挡法等地层加固措施。但是各种方法之间经济效益差别显著，取何种方法应根据现场实际情况确定。LOGO第13页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(1)削坡排水法该方法是最为直接的治理方法之一。通过消弱偏压边坡以减轻下滑力，从而降低边坡偏压对隧道稳定性的影响。但是该方法的治理效果与开挖范围密切相关。倘若开挖范围小，则一方面无法起到很好的治理效果，另一方面则可能引起新一轮边坡滑移的隐患；倘若开挖范围过大，则不但增加了工程造价，而且大大影响了周围环境。此外，边坡开挖后应进行喷射混凝土防护以阻止土层的风化和雨水侵蚀。排水措施可以采用环形截水沟、树枝状排水系统、平整夯实自然山坡坡面等。LOGO第14页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(2)减载与反压措施这种方法是目前应用最为广泛的方法之一，通常施做明洞和反压回填共同使用。施做明洞不但能够有效抵抗偏压边坡的下滑力，而且不影响施工进度，不增加工程造价。反压回填则能够改变偏压地形地貌，增加隧道和边坡的稳定性。因此，当偏压程度不大时，此种方法应首先推荐采用。LOGO第15页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(3)地表注浆法地表注浆亦是较为常用的治理方法之一。当隧道浅埋且地层非常松散破碎、易发生大规模坍塌或失稳时，可采用地表注浆加固。这种方法方便，及时，投入的工作量相对较小。但是，注浆量估算和控制比较难以把握，实践表明这种方法的治理效果有限。技术要求：注浆宽度为隧道开挖宽度两侧各3~5m，长度应超过偏压段5~10m；注浆孔按梅花形或矩形排列，间距为浆液扩散半径的1.4~1.7倍，垂直地面钻孔，孔深由地表至洞身轮廓线外，必要时可以穿越洞身。LOGO第16页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(3)地表注浆法注浆参数：注浆浆液通常采用单液水泥浆，特殊情况可以采用超细水泥浆、水泥—水玻璃双浆液或化学浆液。注浆管采用ø42~ø48mm的钢花管，或采用高压PVC管。为增强注浆加固效果，可在地表施作一层喷混凝土，并将钢筋网与注浆管焊接为整体。LOGO第17页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(4)支挡措施根据偏压坡体的性质，支挡措施可采用抗滑挡墙、抗滑桩、预应力锚索（杆）、钢管桩以及锚索桩、格构锚固等支挡构造物，对偏压坡体进行整治，控制偏压。抗滑桩是埋设于滑动面上、下岩体中阻止滑体移动的桩形结构，是一种较理想的抗滑设施，能承受较大滑坡推力。它适用于裂隙不太发育、完整性较好的缓倾斜中厚岩体或滑动面较单一、倾角小的滑坡中，且滑动面以下为较完整的基岩，不适用于流塑性土体地层。抗滑桩具有抗滑能力大的特点，但是它污工数量大，造价相对较高，影响施工进度。目前，抗滑桩由普通抗滑桩发展到预应力锚索抗滑桩。LOGO第18页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(4)支挡措施预应力锚索是当前较为流行的治理方法之一。它的应用领域和规模十分广泛，并不断扩大，它除在地下工程、边坡工程、结构抗浮工程、深基坑工程中继续发展外，在重力坝加固、桥梁工程、抗地震工程中也有长足的发展。预应力锚索具有治理效果好，不影响工程进度等特点，但是它的工程造价相对较高。适用于土质、岩质地层的边坡，其锚固段宜置于岩层内，以确保锚索工程安全可靠。置于土层中需要进行拉拔试验。锚索可与其他支挡结构组合使用，形成锚索桩、板、格构、墙等。LOGO第19页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(4)支挡措施挡墙加固主要应用于洞口或半明半暗段，用以抵挡仰坡下滑、削弱山体偏压力和增强端墙稳定性的作用。挡墙加固是偏压隧道洞口段常用的加固方式之一，如贵阳市小关隧道、云南思小高速的曼歇4号隧道、麻地河1号隧道等。LOGO第20页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(5)地表砂浆锚杆加固范围：加固宽度：破裂面法进行计算。纵向加固范围：为浅埋偏压段长度或加固埋深≤2B的隧道长度。加固深度：为3~10m，最大15m；拱部加固深度至隧道开挖轮廓线外50cm左右，两侧加固深度至隧道两侧破裂面下1.5~2.0m。45°+ø/245°+ø/2LOGO第21页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（一）常用的洞外处理措施(5)地表砂浆锚杆砂浆锚杆的技术参数：材料采用Ø16~Ø22的钢筋；间距为100~200cm；锚杆孔径≥50mm，锚杆长度小于5m时，孔径为50~60mm，锚杆长度大于10m时孔径为100~120mm。插入锚杆后填充M20水泥砂浆。LOGO第22页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（二）常用的洞内处理措施对于浅埋偏压隧道，目前国内外施工时采取的措施主要采取超前支护、隧道分部开挖、加强初期支护、加强二次衬砌强度、及早施做二次衬砌等方面减少偏压对隧道施工和结构稳定的影响。另外偏压隧道若隧道地基承载力不足，应采用加固地基的措施，如基地注浆、钢管桩等。加强洞内监控量测。LOGO第23页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（二）常用的洞内处理措施超前支护的措施：加长加密超前锚杆、超前小导管注浆，超前长管棚，超前全断面帷幕注浆等。隧道分部开挖：全断面法在偏压隧道开挖时要谨慎使用。通常采用多台阶法、弧形导坑预留核心土法、CD、CRD、单侧壁导坑、双侧壁导坑等分部开挖方法，即将大断面开挖变换成多次小断面开挖。开挖时注意先开挖隧道偏压一侧，再开挖另一侧。缩短开挖循环进尺、减少装药量，避免对围岩的过度扰动。LOGO第24页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（二）常用的洞内处理措施加强初期支护的措施：加长加密径向锚杆（特别是在偏压一侧）、偏压一侧施作径向小导管注浆，适当增加偏压一侧喷混凝土的厚度，并增加初喷混凝土厚度或采用喷纤维混凝土，加强或加密初支钢架及钢架之间的纵向连接，并加强锚杆、钢筋网、钢拱架之间的焊接，充分发挥联合支护的作用。并注意初支及时封闭和用喷混凝土封闭开挖掌子面。加强偏压段隧道施工的监控量测：特别是洞内变形、及地表沉降的监控量测，适当加密量测断面和量测频率，及时处理量测信息、特别是位移信息，根据拱顶下沉和洞内收敛值、速度、加速度判断偏压段隧道的施工是否安全，并采取相应技术措施。LOGO第25页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二（二）常用的洞内处理措施地基注浆加固注浆小导管LOGO第26页增加明洞长度，增加隧道洞口埋深浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二LOGO第27页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二LOGO第28页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二钻孔15°小导管钢支撑0.2m超前注浆小导管超前锚杆超前锚杆LOGO第29页a)管棚的环向布置b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向联接浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二超前长管棚LOGO第30页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二超前管棚施工LOGO第31页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二超前帷幕注浆LOGO第32页浅埋偏压隧道施工技术浅埋偏压隧道施工常用的处理方法二三台阶弧形导坑预留核心土CD、CRD法LOGO第33页浅埋