地表预加固技术在隧道洞口施工中的应用

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

1 隧道洞口工程施工原则

1）要尽可能维护施工现场周边的生态环境，减少人为破坏，以免地表植被遭到严重毁坏，影响该地区的水土保持。施工中需遵循不以牺牲环境为代价来换取高效率施工进度的原则。只有保护好地表植被，才能进一步增强施工现场的安全指数。

2）要尽量降低挖掘次数，避免洞口被大面积挖掘而损坏山体本身的性能。降低挖掘频率可有效避免山体坍塌，排除施工中的安全隐患，降低安全事故的发生概率。

3）施工要遵循具体方案，使用正确的施工方法，严格按照施工步骤完成施工工序。此外，在施工中要采取自上而下的方式，即先支护、后开挖的施工方法，最大限度地减少施工过程中对高边坡的威胁。

4）在洞口施工过程中，遇到泥石流和山体崩塌等自然灾害的概率较高，因此施工应遵循先治理、后施工的原则，可有效降低施工难度，确保施工顺利进行。

2 隧道洞口施工地表预加固技术

2.1 声波法注浆

声波法注浆主要利用声波向岩石层传递能量以引起岩石层的物理反应。简单而言，即通过提高岩层硬度，使岩石变得更加坚硬和结实，这样所传递的声速就越快越好。使用声波法注浆可将原来岩体内的空隙填充完整，空隙内的浆液也会逐渐凝胶和固结，同时也能将破碎程度较小的岩体凝结成一个整体。因为岩体被地下水和气体包围着，所以当浆体进入到岩体空隙时，岩体内的水就会被排出，从而提高岩体内的液体密度，使洞口的加固效果更好。

2.2 地面描杆

地面锚杆的设置依据隧道洞口破坏范围，其目的主要是将剩余岩体凝结到一起，阻碍隧道内岩土体的移动。采用此类方法，在抑制边坡和仰坡塌方或滑动方面效果明显。另外，这类方法还适用于因洞口预埋较浅、地面荷载不平衡而造成偏差的情况。

2.3 高压喷射

高压喷射是利用高压钻机把喷嘴里的浆液喷射到土体内，在高压作用下，喷射流冲击切割土体，随着喷嘴的旋转和进退，土体颗粒与旋喷浆液充分搅拌混合，待凝固后，形成的水泥固结体，使加固土体具有梁效应及帷幕效应。对掌子面前方土体起到了防流砂、抗滑移、防渗透的作用，保证了地铁隧道开挖支护安全、快速地进行。高压喷射特点：桩体间相互咬合，形成一种拱棚固结体，强度高；在高压作用下，喷射流切割土体，使浆液与土体充分混合，均匀性强；喷浆射液限制在所设计的桩径范围内，可控性强。

3 地表加固技术的应用及发展

在洞口段施工过程中，主要采用地表加固辅助工法。

1）在巴西的圣保罗城污水截流工程中，使用的是盾构法，在向前挖掘时发生压气泄漏现象，造成了隧道坍塌，在地面上方的坍塌处使用了长4.5m的旋喷桩进行加固，每个位置的布置方法均不相同，因此，施工的旋喷桩长度达8万m。

2）位于浙江西北部天目山区的全长170m的显岭关隧道，明洞和暗洞长度分别为12m和158m，依照高速公路的设计标准，需设计双连拱隧道，隧道的净宽约为9.8m，限制高度为5m，最小的浅埋深度约3m，这样就可能使110mⅤ和60mⅥ级围岩处于偏压状态。暗洞内采用的均是长度在160m左右的地表注浆，注浆孔为梅花形，Ⅵ级围岩之间的距离为150cm，Ⅴ级围岩之间的距离为200cm。

3）灵山寺隧道是焦晋高速公路的一部分，隧道是左边洞长为698m、右边洞长为695m的分离式双向4车道，洞高在5m以上，宽度约10m，开挖断面的最大宽度为11.84m，高为9.88m，开挖的断面面积为94.15m2。隧道所在之处的地质条件较差，浅埋偏压的情况较严重，铝土的矿洞数量较多，山体的破坏情况比较严重，这些不利因素使进洞施工前要使用地表注浆的方式对施工场地进行加固。在进洞口140m处、宽为16～22m位置进行注浆，注浆深度控制在开挖轮廓线以外的隧道底部一直到地面；全长为4 050m的歌乐山隧道的出口是长72m、宽32m、厚2～5m的表土顺基岩面滑坡，洞口是遇到水会慢慢融掉的段围岩和容易风化掉落的泥加砂岩，为了预防因开挖而造成洞口滑坡失去稳定性，采用高压喷射注浆的方式对洞口滑坡进行地表土层加固，待浆体凝固后，再进行开挖。

4 地表注浆工程实例

4.1 工程概况

某隧道全长717m，设计为单向双车道。隧道出口处设计在滑坡体的前部，洞口深1.5m，还需向下挖10m左右。滑坡的周围界限比较明显，呈现环谷地貌。山沟里的水将前边的碎石冲刷成狭沟陡岸，在滑坡体的中间靠前位置有很多出水点及软塑砂状黏土。滑坡的中间宽约50m，下边宽约65m，厚度在8～15cm，是一种暂时稳定的牵引中型滑坡。在洞口向下挖9.9m后，滑坡体会比较容易产生新的活动和扩展，因此采用地表钻孔注浆加固的方法。

4.2 地表钻孔注浆设计

注浆压力范围为0.3～0.5MPa，经专业人员计算，注浆液体的扩散半径是52cm，设计注浆范围如图1，2所示。沿着隧道轴线的注浆长度是38.4m，沿着隧道的横断面的加固长度为23.4m，沿着隧道的纵轴方向钻孔的深度分为A、B、C 3区，A区的钻孔深度为8～10m，B区钻孔深度为10～16m，C区的钻孔深度为8m，钻孔的形状为梅花形，横纵向孔距分别为90cm和80cm。

图2 注浆设计横断面

注入的浆体主要是比例为1∶0.8的水泥和水玻璃的双浆液，其中，水泥浆的水灰比为0.8∶1，水泥是42.5级的普通硅酸盐水泥，水玻璃模数M=2.7，原液浓度为40Be'。

单孔注浆量计算如式（1）所示：

式中，Qd为单孔注浆量，m3；R为浆液扩散半径，m，取0.52m；H为注浆孔深，m；n为土体孔隙率，取0.31；α为浆液的有效充填系数，取值0.7。

经计算，当H取8m时，Qd=1.47m3；当H 取10m时，Qd＝1.84m3；当 H 取 16m 时，Qd=2.95m3。

4.3 注浆加固效果

利用地表钻孔注浆的方式加固滑坡体的工期长度是72d，所有的钻孔延长12 048m，总体注入的双液浆是1 826m3。注浆加固使土体的物理性能发生质的改变。经调研发现，浆体已经将各个缝隙填充得很完美，将土地强度增加了好几倍，也提升了摩擦系数。在洞口段向下挖掘后，围岩相对比较稳定，只有很少一部分出现渗水情况，洞内底层裂隙的水减少比较明显。

5 结语

综上所述，在整体施工过程中，只有依照当地的自然环境和施工条件制定出合理可行的施工方案，才能使整个工程有效开展。在施工的隧道洞口使用比较超前的施工技术，对洞口的地表土进行加固，洞口就会变得更加牢固，保证施工高效完成。