摘要：在公路隧道施工中，由于存在严重的浅埋偏压，为了保证施工安全，往往需要采用预加固措施，本工程采用了地表钢管注浆并上覆钢筋混凝土盖板预加固方案。本文通过有限元方法确定了梅河高速公路三断岭隧道的横向预加固范围，现场施工表明，效果良好。 关键词：隧道；超浅埋偏压；预加固范围

中图分类号：U455.4 文献标识码：B

  广东省梅河高速公路三断岭1号隧道洞顶埋深最小处仅为0.6m，偏压严重。该段隧道地层由坡积亚黏土层、全风化粉砂岩、强风化砂岩、弱风化砂岩组成。亚黏土呈硬塑状，强风化砂岩呈半岩半土状夹碎块状，强度不均匀，松散结构，遇水易软化崩解。由此可见，该段隧道施工存在极大风险，易造成塌方和冒顶。 为了保证隧道施工安全，在隧道施工前，结合相关类似工程的处理措施以及本工程的特点，进行了地表竖向钢管注浆以及钢筋混凝土盖板对浅埋偏压段进行预加固。 1 预加固方案 预加固方案中，横向加固范围是一个重要参数，本次讨论了三种方案，具体如下： （1）A方案 横向范围按隧道中线左侧20m，右侧14m计。具体布置范围见图1。

（2）B方案 A方案中，横向加固范围比较大，现仅对偏压隧道顶部施加钢筋砼盖板，即加固范围为隧道中线左右两侧各10m计。具体布置范围见图2。 （3）C方案 C方案加大加固范围，隧道中线左侧加固范围扩大到26m，右侧为14m。具体布置范围见图3。

 
 

三种方案均采用竖向钢管注浆，钢管采用Φ89×5，根据钢筋混凝土盖板范围，可将加固区分为I区和II区：
 

I区钢管布置于钢筋砼盖板范围以内，管口高出盖板顶面30cm。盖板顶面以下150cm范围内管身不设钻眼，注浆段管身按梅花形间距30cm钻6mm的花孔。钢管间距150×150cm。 II区钢管布置于钢筋砼盖板范围以外，管口设置C20砼止浆塞，尺寸为60×60×30cm。管口高出止浆塞顶面www.tmgc8.com30cm。止浆塞底面以下150cm范围内管身不设钻眼，注浆段管身按梅花形间距30cm钻6mm的花孔。钢管间距200×200cm。 钢管打入深度分段进行控制：隧道开挖线以外范围打入深度按仰拱开挖底线以下100cm~200cm；隧道开挖线以内范围打入深度至隧道圆心水平线。 除采用少量双液浆封堵地表处止浆塞口或管口，钢管注浆材料采用水泥浆，分次间歇式注入，注浆初压在0.5~1MPa，超过2MPa可终止压浆。 钢筋混凝土盖板设计：混凝土标号采用25#；盖板厚度为50cm；纵、横向钢筋采用Ф20，间距每米设置5根，并与钢花管出露段通过三角筋焊接牢固；盖板边缘架立筋采用φ8；施工时结合地形施作施工缝，并对施工缝进行严格防水处理。施工后在盖板及注浆范围培土植草进行绿化处理。 地表注浆加固工程完成后，开始进行隧道洞内开挖，施工方法采用保留核心土上下台阶法，并根据掌子面钢花管注浆的效果适当增加小导管注浆局部补强。 本段隧道初期支护为喷锚网加格栅，其中喷层厚25cm，锚杆采用D25中空注浆锚杆，长度4m，梅花形布置，间距80cm，钢筋网采用Ф8，间距15cm×15cm，钢架采用18号工字钢，间距75cm。 2 三种预加固方案的初期支护安全性比较 三种预加固方案的初期支护内力及安全系数见图4-图6。

 

由图4～图6可以看出： （1）隧道施工时，三种加固方案下初期支护轴力图形状相近，只是数值有差异。隧道左拱肩即靠山侧轴力为受拉，加固范围越大，数值越小，B方案最大拉力为C方案最大拉力的1.1倍；其余位置轴力为受压，右拱脚（靠河侧）轴力最大，且加固范围越大，轴力越大，C方案最大压力为B方案最大压力的1.04倍。下台阶施工时，三种加固方案下初期支护轴力图形状相近，隧道左拱肩即靠山侧轴力为受拉，加固范围越大，数值越小，A方案和C方案加固范围都较大，此时隧道右墙脚也出现受拉，且C方案数值较大。不同方案下，最大轴力数值相差不大，最大相差仅为100kN。三种方案下，轴力控制处均为下台阶施工时的隧道右侧拱肩处。 （2）隧道施工时，三种方案弯矩分布图很相似，B方案中隧道各位置弯矩数值比另外两种方案略大，但弯矩最大处为A方案中右侧拱腰处，为9.4kN·m。三种方案中，最大弯矩都发生在靠河侧。 （3）隧道施工时，B方案安全系数相对较小，在仰拱处三种方案安全系数几乎一样。安全系数最小处为A方案中右侧拱肩处，为6.5。三种方案，最小安全系数都发生在靠河侧，右侧拱肩为安全系数控制处。 由此可见，三种方案，隧道施工都能安全通过，只是加固范围大时，安全储备更大。上述对比不难发现，仅对隧道顶部加固，也能满足安全要求。 （4）A方案中，位移最大发生在左侧拱肩处，即靠山侧，最大位移为7mm，仰拱处位移也相对较大。B方案中，左侧位移较小，而整个隧道右侧即靠河侧位移都比较大。位移最大数值与A方案相同，均为7mm。C方案中，左侧主要是竖向位移，右侧主要是水平位移，位移数值是三种方案中最小的，最大位移为6mm。 加固范围不同，使得洞周位移大小分布也不同。A和B方案，都是水平位移比较大。总的来说，三种情况下位移都较小。可见，在超浅埋偏压隧道中使用预加固工法，最关键是要对隧道顶部加固。 （5）A方案和C方案由于加固范围较大，外侧隧道塑性区范围很小，两种方案中外侧隧道塑性区分布几乎一样。由于C方案加固范围更大一些，邻近隧道的塑性区分布更小一些。上述两种方案都能对外侧隧道起到很好的加固作用，同时也能约束邻近隧道的塑性区发展。www.tmgc8.com B方案中，由于仅仅加固隧道顶部范围，使得外侧隧道塑性区明显比另外两种方案大很多，除了隧道周边有较大范围塑性区外，在破面较大范围也分布塑性区。另外其对内侧隧道塑性区发展约束作用也很小。 由此可见，采用地表竖向钢管注浆以及钢筋混凝土盖板对浅埋偏压隧道进行加固，对约束本隧道塑性区的扩展是非常有效的，可以取得预期效果。 （6）方案A加固，洞室拱顶靠山一侧的位移量值约为6mm，与监控量测比较吻合；仰拱部位的数值约为5mm，整个坡面位移较小，最大为10mm；方案C各处位移值比方案A更小一些。三种方案中，内侧隧道拱顶位移较大，但方案B数值最大，最大有46mm，可见该方案不能约束邻近隧道围岩变形。

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