赵修旺1 陈涛21.中铁隧道勘测设计院有限公司 天津 300133；2.中交城市轨道交通设计研究院有限公司 武汉 430056
摘要：凉山州中（所）冕（山）公路小相岭隧道出口下穿既有公路，下穿段覆土小，围岩较破碎，而且公路上有较多重型货车通过，为保证隧道施工安全，采用地表预注浆加固措施，并通过有限元数值模拟分析地表预注浆加固效果。得出结论如下：下穿段通过地表注浆加固，有效的提高了围岩强度，控制了隧道拱顶沉降值，最终沉降值较小，较大的改善了隧道初支及二衬的受力情况，注浆效果显著，该措施是安全可行的。
关键词：小相岭隧道；地表预注浆；下穿；数值分析；结构受力。
1 引言我国是一个多山的国家，75％左右国土都是山地，进入21 世纪10 年来，我国公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越，向离岸深水延伸，公路隧道在交通基础设施的建设中，起到越来越重要的作用，截止2010 年底，全国公路隧道为7384 处、512.26 万米，其中，特长隧道265 处、113.80 万米，长隧道1218 处、202.08 万米。在公路隧道迅速发展的同时，公路隧道建设尚存在许多技术瓶颈亟待解决[1]。
随着国民生产力及公路隧道技术的发展，考虑行车条件及后期可能存在的改造升级，公路隧道在线形上要求尽量采用较好的线形设计，因此不可避免的隧道下穿既有公路的情况也越来越多。如何保证既满足隧道施工安全，又不影响上部公路通行，就成了一个普遍摆在设计者面前的问题。
本文针对凉山州中（所）冕（山）公路小相岭隧道出口处下穿既有公路段采取的地表预注浆加固措施，结构工程经验并通过数值分析模拟，研究地表预注浆加固技术在隧道下穿既有公路上的加固效果。
2 工程背景小相岭隧道地处四川省西南部的凉山彝族自治州北部喜德、越西两县交界的小山一带。隧道附近聚集了登相营古驿站风景名胜区、小相岭风光风景名胜区等一系列的旅游资源。现有公路翻越小山路段，累计翻山里程达到25 余公里，由于现有公路（县道XW07 线）技术等级低、海拔高、地势陡峭、地质稳定性差、路基沉降现象突出，滑坡、雪灾、冰冻、水毁等自然灾害与地质病害严重，抗灾害能力弱，经常造成交通阻塞，甚至断道，致使车辆行驶速度慢、服务水平低、交通事故时有发生。该路段已成为制约县道XW07 线保持常年畅通的瓶颈，也是阻碍该区域经济发展的瓶颈。因此小相岭隧道的建设迫在眉睫。
小相岭隧道两端与县道相接，隧道为单洞双向两车道，隧道主洞全长3424m；为满足运营期间的通风救援需要，同时加快施工进度，在隧道右侧设一贯通的平行导洞，主洞和平行导洞的中线间距为29~32m，平导全长3373m。隧道主洞内轮廓净空宽度10.6m，高度6.83m，平导内轮廓净空宽度6.28m，高度6.15m。隧道采用平导压入式通风，在平导洞口段局部采用和主洞大小一样的断面，既满足紧急情况下过车，又满足通风需要。
隧道出口下穿既有公路，最小覆土厚约4.25m。隧道出口处和既有县道的位置关系如图1 和图2 所示。
出口处地下水丰富，基岩为白果湾群砂岩夹泥岩，中厚～厚层状，强风化，在刚刚完成的县道改造升级中经过开挖扰动，节理裂隙较发育，岩体较破碎，且公路上常有重型货车通过，超载现象严重。在隧道顶部覆土如此小的情况下，施工时宜发生拱顶塌方、路面沉降过大、初支失稳等风险。
3 工程保护措施针对隧道出口处下穿县道段的情况，既有县道在改造升级时，已经进行了较大挖方，边坡较高，为了保证县道的正常通行，同时避免对已开挖边坡的再次扰动，采用暗挖下穿县道。参考《公路隧道设计规范》[2]和《地下工程浅埋暗挖技术通论》[3]，结合工程经验，下穿县道段采用单侧壁导坑法开挖，并辅以超前大管棚和地表预注浆加固措施。
3.1 下穿段支护参数超前支护采用φ159×8 大管棚，拱部140°范围设置，环向间距0.4m；初期支护采用26cm 厚C25 网喷砼，钢架采用工20a 型钢，间距0.5m，边墙设直径为22mm 的砂浆锚杆，L=3.5m，间距1.2×0.5m；二次衬砌采用55cm 厚C30 钢筋砼。
3.2 地表预注浆加固措施县道上方常有重型货车通过，且超载严重现象较多，在顶部覆土只有4.25~5.66m 的情况下，容易发生塌方、初支失稳等风险，因此采用地表预注浆加固措施，保证隧道开挖安全，同时控制地表沉降。隧道主洞加固长度为洞口向洞身19m，即K22+411~K22+430。水平加固范围为隧道洞身两侧各3m 范围，竖向加固范围为地面至隧道大距线以上2m；注浆管采用□80×4（mm）钢管，浆液选用水泥浆，水灰比为0.6：1~1.5：1，并根据现场实验预以调整，注浆管间距1.0m×1.0m，梅花形布置。隧道平导加固长度为洞口向洞身21m，即PDK22+395~PDK22+416，其它参数与主洞相同。隧道主洞地表预注浆平面和剖面图如图3 和图4 所示。
为了减少洞口超前大管棚施工和地表预注浆施工的相互干扰，施工时建议先进行洞口管棚施工，再进行地表预注浆。在大管棚范围内地表注浆深度仅施工至管棚顶，以便于地表预注浆施工及后续开挖。
3.3 其它保护措施隧道出口段下穿县道，上方有重车通行，施工时应做好控制爆破，并控制开挖进尺、加强监测，及时施做初支、二衬，在二衬施工完成并达到设计强度前（尤其在拆除临时竖撑后、二衬施工前），地面应采取限行、绕行减速等措施，保证隧道结构安全。
3.4 施工方法施工工序如图5 所示，图中各步骤为：步骤1：拱部超前支护施作；步骤2：左侧导洞开挖；步骤3：左侧导洞初期支护；步骤4：右侧洞上部开挖；步骤5：右侧洞上部初期支护；步骤6：右上部核心土开挖；步骤7：右侧洞下部开挖；步骤8：右侧洞下部初期支护；步骤9：防水层施做；步骤10：分段施做仰拱模筑衬砌步骤11：分段施做拱、墙模筑衬砌；步骤12：隧底填充、中央排水沟施做；
4.3 对数值模拟结果的分析对隧道下穿既有县道采取地表预注浆前后竖向位移、初支弯矩、二衬应力结果分析如下：1）在未采取地表预注浆加固前，最大拱顶沉降为6.63mm，地表预注浆后，最大拱顶沉降为3.72mm。由此可知，在进行地表预注浆浆加固措施后，拱顶沉降有明显减小，在二次衬砌不能及时跟进且上部有重型车辆通过的情况下，对于隧道开挖安全起到较大保障作用。
2）由于采用单侧壁导坑法施工，初支最大正弯矩均发生位置在左侧仰拱和边墙交接处，注浆前为67.59kN.m，注浆后降低至52.60 kN.m。初支最大负弯矩均发生位置在仰拱处，注浆前为50.23kN.m，注浆后降低至37.84 kN.m。由此可见，通过地表预注浆，使初支变矩明显减小，有利于洞室稳定。
3）地表预注浆前后，二次衬砌拉应力均出现在拱顶内侧和仰拱处，其中仰拱处拉应力很小，最大拉应力在注浆前为10.43kPa，注浆后为4.01kPa，均远小于衬砌砼的容许拉应力。二次砌衬最大压应力均出现在拱脚内侧，注浆前为319.80kPa，注浆后为109.61kPa。由此可见，通过地表预注浆，二次衬砌的拉压应力均明显减小，较大程度上改善了二次衬砌的受力情况，注浆效果显著。
5 结论与建议1）小相岭隧道出口处下穿既有县道，覆土较小，在县道升级改造时经过一定扰动，围岩较破碎，并且上方常有重型货车通行，在这种不利情况下，在超前大管棚保护下采用单侧壁导坑法施工，并通过地表预注浆来保证结构安全是有必要的。
2）通过地表预注浆加固措施，有效的减小了地表沉降，隧道初支和二衬结构受力有较大改善，说明注浆措施是可行的，注浆效果是明显的。
3）本文通过有限元数值模拟分析在地表预注浆前后工况下地层沉降值、初支受力、二衬受力，由于计算理论中的基本设定条件与地层的实际状况不完全一致，采用平面有限元计算时没有考虑工作面岩体的三维约束效应，可能会导致计算结果与实际受力情况有一定的偏差，因此在隧道施工中，应根据现场监测结果，将数值模拟分析结果和现场情况相结合，得到更加准确的结果，以给后续相似工程提供参考借鉴的经验。
参考文献：[1]霍孙涛.隧道病害诊治处理思路探讨[J].中国科技博览，2013（30）：110-110.[2]JTG D70-2004 公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.[3]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽，合肥：安徽教育出版社，2004.[4]李辉，炊鹏飞，杨小红，等.隧道下穿采空区的监测及结果分析[J].地下空间与工程学报，2011，7（4）：753-758.[5]JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.[6]赵丹，朱向前，彭立敏.偏压连拱隧道施工顺序分析[J].西部探矿工程，2006（3）：141-144.
论文作者:赵修旺1 陈涛2
论文发表刊物:《基层建设》2015年1期供稿
论文发表时间:2015/9/2
标签：隧道论文; 地表论文; 注浆论文; 公路论文; 步骤论文; 拱顶论文; 应力论文; 《基层建设》2015年1期供稿论文;