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【摘 要】随着我国大跨径隧道建设事业的不断发展，研究其预加固技术凸显出重要意义。本文首先介绍了预加固的主要方法，分析了大跨径隧道预加固技术的基本原理，探讨了预加固中存在的问题及研究方向，最后提出了大跨径隧道预加固技术的设计施工要点。
【关键词】大跨径隧道；预加固；技术
一、前言
在施工过程中，大跨径隧道既有一般隧道的共性，也有其独特的个性所在。作为大跨径隧道的一项重要技术，预加固技术的研究对于提升大跨径隧道的建设水平有着重要作用，对于优化大跨径隧道的整体效能意义深远。
二、预加固的主要方法
在施工中，常采用的预加固技术有小导管、管棚、锚杆、水平旋喷注浆等，分述如下：
1.小导管。所谓的小导管即是由32mm-60mm的钢管制成。它包括锥体管头、花管及管体三部分，长度一般为3m-6m。沿隧道纵轴方向布置，在拱顶开挖轮廓线外一定范围内，向前上方倾斜一定角度，如若间距合适，注浆饱满搭接，则能在隧道轮廓线以外形成一定厚度的结构，既能加固又能支托围岩。
2.管棚。为防止由于隧道开挖造成的超量不均匀下沉，往往采用管棚法。管棚与小導管区别是管棚所用的钢管直径较大为f～lO0mm-6o0mm，长度一般在20m-40m左右，其刚度更大，对地层的预加固效果也更理想。但施工时对地层的扰动过大。
3.锚杆。锚杆是岩石隧道预加固技术中应用最广的一种技术手段，而软土隧道中，我国用锚杆的工程实例不是很多，军都山隧道曾有过报导。日本这方面的报导则很多。
4.水平旋喷注浆。水平旋喷注浆法是在一般导管注浆基础上发展起来的，以高压旋喷的方式压注水泥浆，在隧道开挖轮廓线外形成拱型预衬砌以起到预加固的作用。
三、大跨径隧道预加固技术的基本原理
1.采用易切削玻璃纤维锚杆进行预加固的原因
采用易切削的玻璃纤维锚杆进行隧道预加固的主要技术优势在于，在隧道掘进遭遇破碎、软弱围岩时，通过对掌子面前方的“待挖核心体”进行预加固，来达到隧道整体稳定，并实现全断面掘进的目的。由于玻璃纤维锚杆沿杆体纵向具有较强的抗拉强度，使其可以作为加劲材料，同时杆体横向较小的抗剪强度使其具有易切削性有利于预加固体的掘进开挖，并且其价格低廉，易操作。目前，国内外使用的玻璃纤维锚杆结构形式较多，具体视工程需要而定。
2.大跨径隧道预加固的基本应用原理
大跨径隧道预加固技术的基本应用原理是掌子面前方“待挖核心体”的稳定问题，“待挖核心体”的变形（挤压膨胀变形和预收敛变形）决定了洞室的收敛变形，并且认为“待挖核心体”是控制隧道整体稳定性的关键，因此可以用玻璃纤维锚杆全面预加固对“待挖核心体”提供约束反力以抑制“待挖核心体”的变形，同时也等效提高了“待挖核心体”的抗形变刚度和围岩强度，由于“待挖核心体”的形变特性得到改善，“压力拱效应”能在开挖轮廓附近正常发挥作用。
四、预加固中存在的问题及研究方向
1.隧道开挖的地层响应规律
目前，尽管对浅埋暗挖地铁隧道工作面的地层响应研究的文献不少，但全面系统分析的并不多见。物理模型试验在研究中占据极重要地位，但目前离心模型试验多偏重于玻璃钢（管）锚杆，对小导管、管棚等几乎无人问津。另外，数值模拟分析是弥补物理模型试验的一种较好手段，但目前三维数值模拟应用较少。而最直观和有意义的是现场试验研究，但遗憾的是大部分都是基于常规的观测和分析研究，而地面下沉，尤其是在工作面开挖通过前、通过中、通过后，地层如何向隧道内空运移以及应力量测的资料十分匮乏。
2.地层预加固的作用机理
现有研究难以回答：为什么浅埋暗挖法隧道工作面地层需要预加固？为什么地层预加固既能稳定工作面，又能控制地表沉降？这就是说首先必须对能否形成拱结构给出回答；其次对地层结构、隧道初次支护结构、预加固结构三者之间如何实现共同作用给出合理解释。
3.地层预加固的参数设计
研究地层预加固的机理不在于仅仅阐明内在作用机制，更重要的是给出一套简便实用的参数设计方法。目前，这方面显得较为薄弱。对地层预加固的真实作用机理以及建立在科学根据上的简化设计理论和方法几乎还没有进行研究。
五、大跨径隧道预加固技术的施工要点
1.勘测阶段。确定影响隧道围岩稳定状态的岩土体力学性质，并根据围岩的力学性质，判断围岩的稳定性。
2.评估阶段。运用勘测阶段所得到的围岩物理力学性质、形变特性，预测围岩的应力一应变的形态，判断因开挖引起的围岩形变响应，将隧道的稳定状态进行分类：A类、B类、C类，以及各类的细分，确定岩土体等级，提出设计需要的各种指标。
3.预加固措施
（一）采用网、喷、锚对地表进行预加固：在隧道通过溜塌体范围内，并向四周延伸5m，在地表打设+22钢筋砂浆锚杆，锚杆垂直于坡面，锚杆长4m，间距1m*1m.锚杆注M20水泥砂浆打设锚杆及注浆时尽量减少地层的扰动，挂8钢筋网，间距25cm*25cm.钢筋网与锚杆焊接，钢筋网密帖坡面喷混凝土厚15cm，喷混凝土采用湿喷工艺，严格按施工配合比溜塌体表层设50cm隔水粘土层以防止地表水下渗，并在裂隙后缘设一道截水沟引排地表水，防止地表水冲刷溜坍体。
（二）超前支护。进口下穿溜塌体洞内开挖前，先采用直径42超前单层小导管注水泥一水玻璃组合成的双液浆进行隧道全断面预支护，小导管间距拱部0.3m，边墙0.4m，长度3.5m，初期支护采用3榀/2m的I16型钢。
（三）超前小导管注浆预支护施工工艺。采用超前小导管规格为：冷轧无缝钢管，外径42mm。壁厚3.5mm，在管身设注浆孔，孔径68mm，孔间距15cm，虽梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。隧道有基岩裂隙水时采用水泥——水玻璃双液注浆，水泥与水玻璃比例为1：0.8-1，其主要特点活性好，防水性强。其它无水围岩时可采用水泥浆单液注浆，在拱墙部位设直径42超前小导管，其布设的具体位置为：拱部间距为30cm，边墙间距为40cm，长度为3.5m。 ①小导管安设方法。小导管安设采用钻孔打入法，先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3-5mm然后将小导管穿过钢架用锤顶人，顶入长度不小于钢管长度的90%小导管沿隧道径向打人，打入角度为5-10°若设双层导管时，另一层的打入角度为45°，其纵向搭接長度均不小于1m。
②超前小导管注浆工艺。超前小导管注浆前，用高压风将钢管内砂石吹出，并先进行压水试验，检查机械设备注浆时采用群管注浆，每次注3-5根，提高速度，注浆压力0.5-2.0Mpa且在注浆过程中随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，防止堵管、跑浆、漏浆。注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压，并继续注浆10min以上方可结束注浆。
4.施工阶段。根据设计方案，进行隧道稳定支护措施，可选用的措施包括常规的锚喷支护、注浆、玻璃纤维锚杆等多种施工方法，当选择玻璃纤维锚杆全断面预加固时，由于掌子面上的钻孔较多且孔深，对钻机设备的要求较高，施工中应保证成孔质量，防止钻孔过大或塌孔，插入玻璃纤维锚杆后，钻孔注浆在掌子面喷射混凝土完成后进行，注浆材料采用快凝早强水泥浆液或化学浆材，浆液配比通过现场试验确定，注浆过程中应控制注浆压力，一般不应超过0.5MPa，要注意注浆质量，确保玻璃纤维锚杆与围岩有良好的锚固效果并达到填充空隙加固围岩的目的，开挖过程中利用风镐配合挖掘机进行全断面开挖。
5.监控量测阶段。隧道预加固施工过程中，量测监控的重点应该是岩土体的变形特性。目的是为了监控在预期加固条件下隧道掘进的围岩变形响应。在完整施工循环中，除了收敛、压力等常规量测外，开挖面挤出变形及前方预收敛的系统量测是重点监测项目，并根据监控数据来反馈设计、施工。
六、结束语
通过对大跨径隧道预加固技术的研究，我们可以发现，预加固技术的重要作用理应引起有关人员更多的关注，也应该对其展开更为深入的探讨，并应用在大跨径隧道的实际施工当中。有关人员应该密切结合大跨径隧道的客观情况，采取最优化的预加固技术。
参考文献：
[1] 陈涛.隧道玻璃纤维锚杆全断面预加固技术的应用研究[D].北京：中国铁道科学研究院.2011：88-89.
[2] 骞大锋，王兵，谢世昌.土砂互层中浅埋隧道的破裂角及破坏试验研究[J].兰州铁道学院学报.2012（18）：102-103.
[3] 徐东，周顺华等.上海粘土的成拱能力探讨[J].上海铁道大学学报.2010（20）：16-18.
[4] 王明年，张建华.工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究[J].岩土工程学报.2013（5）：201-203.
[5] 李政钧.锚杆加固围岩的作用机制研究[J].西部探矿工程.2012（8）：l82-183.
【关键词】大跨径隧道；预加固；技术
一、前言
在施工过程中，大跨径隧道既有一般隧道的共性，也有其独特的个性所在。作为大跨径隧道的一项重要技术，预加固技术的研究对于提升大跨径隧道的建设水平有着重要作用，对于优化大跨径隧道的整体效能意义深远。
二、预加固的主要方法
在施工中，常采用的预加固技术有小导管、管棚、锚杆、水平旋喷注浆等，分述如下：
1.小导管。所谓的小导管即是由32mm-60mm的钢管制成。它包括锥体管头、花管及管体三部分，长度一般为3m-6m。沿隧道纵轴方向布置，在拱顶开挖轮廓线外一定范围内，向前上方倾斜一定角度，如若间距合适，注浆饱满搭接，则能在隧道轮廓线以外形成一定厚度的结构，既能加固又能支托围岩。
2.管棚。为防止由于隧道开挖造成的超量不均匀下沉，往往采用管棚法。管棚与小導管区别是管棚所用的钢管直径较大为f～lO0mm-6o0mm，长度一般在20m-40m左右，其刚度更大，对地层的预加固效果也更理想。但施工时对地层的扰动过大。
3.锚杆。锚杆是岩石隧道预加固技术中应用最广的一种技术手段，而软土隧道中，我国用锚杆的工程实例不是很多，军都山隧道曾有过报导。日本这方面的报导则很多。
4.水平旋喷注浆。水平旋喷注浆法是在一般导管注浆基础上发展起来的，以高压旋喷的方式压注水泥浆，在隧道开挖轮廓线外形成拱型预衬砌以起到预加固的作用。
三、大跨径隧道预加固技术的基本原理
1.采用易切削玻璃纤维锚杆进行预加固的原因
采用易切削的玻璃纤维锚杆进行隧道预加固的主要技术优势在于，在隧道掘进遭遇破碎、软弱围岩时，通过对掌子面前方的“待挖核心体”进行预加固，来达到隧道整体稳定，并实现全断面掘进的目的。由于玻璃纤维锚杆沿杆体纵向具有较强的抗拉强度，使其可以作为加劲材料，同时杆体横向较小的抗剪强度使其具有易切削性有利于预加固体的掘进开挖，并且其价格低廉，易操作。目前，国内外使用的玻璃纤维锚杆结构形式较多，具体视工程需要而定。
2.大跨径隧道预加固的基本应用原理
大跨径隧道预加固技术的基本应用原理是掌子面前方“待挖核心体”的稳定问题，“待挖核心体”的变形（挤压膨胀变形和预收敛变形）决定了洞室的收敛变形，并且认为“待挖核心体”是控制隧道整体稳定性的关键，因此可以用玻璃纤维锚杆全面预加固对“待挖核心体”提供约束反力以抑制“待挖核心体”的变形，同时也等效提高了“待挖核心体”的抗形变刚度和围岩强度，由于“待挖核心体”的形变特性得到改善，“压力拱效应”能在开挖轮廓附近正常发挥作用。
四、预加固中存在的问题及研究方向
1.隧道开挖的地层响应规律
目前，尽管对浅埋暗挖地铁隧道工作面的地层响应研究的文献不少，但全面系统分析的并不多见。物理模型试验在研究中占据极重要地位，但目前离心模型试验多偏重于玻璃钢（管）锚杆，对小导管、管棚等几乎无人问津。另外，数值模拟分析是弥补物理模型试验的一种较好手段，但目前三维数值模拟应用较少。而最直观和有意义的是现场试验研究，但遗憾的是大部分都是基于常规的观测和分析研究，而地面下沉，尤其是在工作面开挖通过前、通过中、通过后，地层如何向隧道内空运移以及应力量测的资料十分匮乏。
2.地层预加固的作用机理
现有研究难以回答：为什么浅埋暗挖法隧道工作面地层需要预加固？为什么地层预加固既能稳定工作面，又能控制地表沉降？这就是说首先必须对能否形成拱结构给出回答；其次对地层结构、隧道初次支护结构、预加固结构三者之间如何实现共同作用给出合理解释。
3.地层预加固的参数设计
研究地层预加固的机理不在于仅仅阐明内在作用机制，更重要的是给出一套简便实用的参数设计方法。目前，这方面显得较为薄弱。对地层预加固的真实作用机理以及建立在科学根据上的简化设计理论和方法几乎还没有进行研究。
五、大跨径隧道预加固技术的施工要点
1.勘测阶段。确定影响隧道围岩稳定状态的岩土体力学性质，并根据围岩的力学性质，判断围岩的稳定性。
2.评估阶段。运用勘测阶段所得到的围岩物理力学性质、形变特性，预测围岩的应力一应变的形态，判断因开挖引起的围岩形变响应，将隧道的稳定状态进行分类：A类、B类、C类，以及各类的细分，确定岩土体等级，提出设计需要的各种指标。
3.预加固措施
（一）采用网、喷、锚对地表进行预加固：在隧道通过溜塌体范围内，并向四周延伸5m，在地表打设+22钢筋砂浆锚杆，锚杆垂直于坡面，锚杆长4m，间距1m*1m.锚杆注M20水泥砂浆打设锚杆及注浆时尽量减少地层的扰动，挂8钢筋网，间距25cm*25cm.钢筋网与锚杆焊接，钢筋网密帖坡面喷混凝土厚15cm，喷混凝土采用湿喷工艺，严格按施工配合比溜塌体表层设50cm隔水粘土层以防止地表水下渗，并在裂隙后缘设一道截水沟引排地表水，防止地表水冲刷溜坍体。
（二）超前支护。进口下穿溜塌体洞内开挖前，先采用直径42超前单层小导管注水泥一水玻璃组合成的双液浆进行隧道全断面预支护，小导管间距拱部0.3m，边墙0.4m，长度3.5m，初期支护采用3榀/2m的I16型钢。
（三）超前小导管注浆预支护施工工艺。采用超前小导管规格为：冷轧无缝钢管，外径42mm。壁厚3.5mm，在管身设注浆孔，孔径68mm，孔间距15cm，虽梅花形布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。隧道有基岩裂隙水时采用水泥——水玻璃双液注浆，水泥与水玻璃比例为1：0.8-1，其主要特点活性好，防水性强。其它无水围岩时可采用水泥浆单液注浆，在拱墙部位设直径42超前小导管，其布设的具体位置为：拱部间距为30cm，边墙间距为40cm，长度为3.5m。 ①小导管安设方法。小导管安设采用钻孔打入法，先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3-5mm然后将小导管穿过钢架用锤顶人，顶入长度不小于钢管长度的90%小导管沿隧道径向打人，打入角度为5-10°若设双层导管时，另一层的打入角度为45°，其纵向搭接長度均不小于1m。
②超前小导管注浆工艺。超前小导管注浆前，用高压风将钢管内砂石吹出，并先进行压水试验，检查机械设备注浆时采用群管注浆，每次注3-5根，提高速度，注浆压力0.5-2.0Mpa且在注浆过程中随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，防止堵管、跑浆、漏浆。注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压，并继续注浆10min以上方可结束注浆。
4.施工阶段。根据设计方案，进行隧道稳定支护措施，可选用的措施包括常规的锚喷支护、注浆、玻璃纤维锚杆等多种施工方法，当选择玻璃纤维锚杆全断面预加固时，由于掌子面上的钻孔较多且孔深，对钻机设备的要求较高，施工中应保证成孔质量，防止钻孔过大或塌孔，插入玻璃纤维锚杆后，钻孔注浆在掌子面喷射混凝土完成后进行，注浆材料采用快凝早强水泥浆液或化学浆材，浆液配比通过现场试验确定，注浆过程中应控制注浆压力，一般不应超过0.5MPa，要注意注浆质量，确保玻璃纤维锚杆与围岩有良好的锚固效果并达到填充空隙加固围岩的目的，开挖过程中利用风镐配合挖掘机进行全断面开挖。
5.监控量测阶段。隧道预加固施工过程中，量测监控的重点应该是岩土体的变形特性。目的是为了监控在预期加固条件下隧道掘进的围岩变形响应。在完整施工循环中，除了收敛、压力等常规量测外，开挖面挤出变形及前方预收敛的系统量测是重点监测项目，并根据监控数据来反馈设计、施工。
六、结束语
通过对大跨径隧道预加固技术的研究，我们可以发现，预加固技术的重要作用理应引起有关人员更多的关注，也应该对其展开更为深入的探讨，并应用在大跨径隧道的实际施工当中。有关人员应该密切结合大跨径隧道的客观情况，采取最优化的预加固技术。
参考文献：
[1] 陈涛.隧道玻璃纤维锚杆全断面预加固技术的应用研究[D].北京：中国铁道科学研究院.2011：88-89.
[2] 骞大锋，王兵，谢世昌.土砂互层中浅埋隧道的破裂角及破坏试验研究[J].兰州铁道学院学报.2012（18）：102-103.
[3] 徐东，周顺华等.上海粘土的成拱能力探讨[J].上海铁道大学学报.2010（20）：16-18.
[4] 王明年，张建华.工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究[J].岩土工程学报.2013（5）：201-203.
[5] 李政钧.锚杆加固围岩的作用机制研究[J].西部探矿工程.2012（8）：l82-183.