隧道预加固措施的探讨

　　摘 要：文章主要分析了大仰坡隧道预加固措施、沟心地形下隧道进洞前预加固措施。

　　关键词：隧道,预加固,大仰坡,措施

　　1大仰坡隧道预加固措施选取

　　1.1 工程中常用的预加固措施

　　目前工程中普遍采用的超前大管棚的预加固措施来减小或消除隧道开挖对隧道洞口仰坡的影响。管棚的作用机理主要体现在两个方面，1) 梁效应，由于现行设置了钢管，使得隧道掘进时在掌子面前方围岩和后方钢拱架的支撑下，形成梁结构，以防止围岩崩塌和松弛。2) 加强效应，通过钢管上的孔向围岩注入水泥、水玻璃或泡沫尿烷等材料，以改善围岩状况，保证掌子面稳定的方法。

　　1.2 超前管棚的模拟及参数选取

　　本文就超前大管棚的这种作用进行了数值模拟计算。在本文的分析计算中，将超前大管棚注浆加固围岩的效果视为在隧道围岩中形成了约 0.3m~0.6m 厚的环状加固圈，采用改善围岩参数的方法进行考虑，本文将管棚简化为 30m 长、0.5m厚的预支护结构进行模拟。

　　对隧道进行超前大管棚支护措施后，对上述模型进行了模拟计算，计算中，注浆钢管的计算参数综合考虑了充填砂浆的作用，等效加固圈的弹性模量和重度由管壁与充填砂浆综合而成。超前管棚模拟采用等效参数法模拟，通过提高管棚加固区域地层参数来等效模拟。

　　1.3 隧道进洞时应力分布特征

　　图 1 和 图2为进行超前大管棚预加固措施后隧道仰坡为 50°时进洞过程中，不同进洞尺寸下隧道的应力分布特征。分析结果表明：管棚承受了较大的压应力，并且在拱腰处有一定的应力集中，从量值上看，在隧道进洞 50m 时为-4.8MPa，比没有加管棚时该部位受力大，但其相对于管棚的强度来说还是很小的，而且隧道在进洞时在拱脚处没有出现拱脚应力集中的现象，这说明由于管棚承受了由于开挖卸荷导致的上部岩体松动压力，使得隧道结构周围岩体的受力出现了较大的改观。

　　1.4 隧道关键点位移分析

　　分析结果表明：

　　① 在进行超前大管棚预加固措施后，各关键点竖向位移随隧道掘进的变化趋势没有明显变化，但竖向位移值都有较明显的减小，如仰坡坡度为 50°，隧道进洞 4m 时，洞口拱顶在有无管棚情况下的竖向位移分别为 1.26mm 和 2.12mm，拱顶上侧坡表处分别为 1.59mm 和 1.04mm，两关键点的竖向位移在进行超前大管棚支护措施后比未进行措施时要减少了 40%和 36%。

　　② 仰坡不同的情况下，各个关键点竖向位移比未加管棚时减小的量值是不一样的，但减小的百分比基本是差不多的，如仰坡坡度为 40°的隧道贯通时关键点B 的竖向位移在加管棚相对于不加管棚时的减小量为 13.6%，而仰坡坡度为 50°和 60°时的减小量为 13.2%和 13.1%。

　　根据上述分析可以得到下面结论：隧道开挖后，管棚有效的支撑了开挖区域的土体，管棚的存在，支撑了开挖区域土体(管棚上部土体)，并使其保持三维受力状态，有效的改变了隧道周围岩体的受力，并有效的减小了随拱顶以及仰坡由于隧道开挖产生的变形。

　　2 沟心地形下隧道进洞前预加固措施

　　2.1工程中常用的预加固措施

　　对处于沟心地形下的隧道进洞方法，目前采用较多的是盖挖法方案，该方案是指当上覆土厚不能满足进洞要求时，在隧道进洞前预先施作一定厚度的混凝土护拱。当护拱达到设计强度后，在其回填碎石土，并表层植草绿化。等上述措施结束后，再采用暗挖方式进洞。该方法主要特点是对山体的破坏很小，施工简便、风险小、工期短、造价低、植被易于恢复，能很好地贯彻隧道“早进洞、晚出洞”的设计原则，很适用于自然冲沟处的隧道。

　　2.2 预加固措施选取研究

　　取α=60°、h=2m的情况作为实例进行分析。预加固方法采用60cm的护拱，由于回填土质量差的原因，先在沟内地表加2m厚的回填土试算，如不满足要求，再加1m试算，直至满足要求为止。

　　经过计算，当回填3m时基本能使地表不再出现较大的向上隆起，因此可认为回填土3m时可基本满足要求。这也侧面的说明了在回填的时候一定需注意回填土的质量。

　　3结束语

　　1) 地形偏压下，围岩为V级较好时，随着侧覆土厚t值的增加，隧道浅埋侧反压能力越来越强，而深埋侧的压力也越来越强，计算分析表明，可将t=7m时作为一个界限，侧覆土小于7m时主要需要解决的是浅埋侧反压能力不够的问题，而大于7m后需要解决的问题则是深埋侧压力过大的问题。对于浅埋侧反压能力不够时的加固措施，可采用反压挡墙等加固措施，此时需要注意保证回填土的质量。而对于深埋侧压力过大的问题，可采用减载反压等措施。

　　2) 地形偏压下，围岩为VI级时，围岩自稳能力极差，因而造6210隧道结构承受了较大的松动荷载，因此需要对深埋侧进行减载和注浆加固等处理措施，而横坡坡度较小时，边坡只有局部向外侧变形，因此只需对该部分进行坡表加固，当横坡坡度较大时，隧道除了受到较大荷载外，边坡也很有可能发生滑动，并且这种滑动是随坡度的增大而加大的，此时除了减载和注浆外，还需要设置挡墙或抗滑桩等措施。这一坡度门槛值约为40°。特别对于50°后，由于隧道变形的剧烈增大，因此此时采取的措施要较40°时的更强，比如采取抗滑桩而非挡土墙。

　　3) 厚堆积体仰坡隧道，随着隧道的掘进，洞口处以及仰坡受到的影响是逐渐减小的，也就是说，影响隧道洞口仰坡的开挖只局限于洞口段的某一深度内，认为在隧道进洞20~30m后可认为仰坡基本不受影响。工程中常用超前大管棚预加固措施有效的支撑了开挖区域的土体，管棚的存在，支撑了开挖区域土体(管棚上部土体)，并使其保持三维受力状态，有效的改变了隧道周围岩体的受力，并有效的减小了随拱顶以及仰坡由于隧道开挖产生的变形。

　　4) 沟心进洞的隧道，当上覆土小于4m时，进洞前需要进行回填土和护拱的预加固措施，一般回填土高度至少要3m，且需特别注意回填土的质量。

《隧道预加固措施的探讨》

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