程合奎

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，沈陽 110006)

隧道初期支護大變形處理技術(shù)探析

程合奎

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，沈陽 110006)

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，隧道逐漸朝著長而大的方向前進，但長而大的隧道卻會面臨諸多不良的地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)初期支護變形。因此，在實際的隧道施工過程中，就需要認真分析隧道初期支護大變形出現(xiàn)的原因，才能夠找出相應(yīng)的處理技術(shù)措施，為今后的施工打下堅實基礎(chǔ)。

隧道；初期支護；大變形；技術(shù)探析

0 前 言

隧道施工可能面對諸多復(fù)雜的地質(zhì)條件和地形，很容易引發(fā)不良地質(zhì)災(zāi)害。如果隧道初期支護出現(xiàn)了不同程度的大變形，就可能威脅到隧道本身的穩(wěn)定性，影響到隧道后續(xù)的施工。

1 隧道初期支護出現(xiàn)大變形的原因

在進行隧道施工中，由于隧道的開挖活動，就需要調(diào)整隧道周邊的應(yīng)力，一旦圍巖的壓應(yīng)力超出了隧道初期支護所能夠承受的范圍，就會出現(xiàn)變形。

1.1 地質(zhì)原因

由于隧道施工區(qū)域的地質(zhì)條件影響，可能會出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況。在隧道當中，圍巖出現(xiàn)變形或者是塌方主要是因為巖體破碎松散，巖層與巖層之間無法緊密的結(jié)合起來，導(dǎo)致在重力作用下，洞室開挖之后就會出現(xiàn)塌方。如：斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，一旦開挖就會出現(xiàn)巖體呈現(xiàn)碎塊狀的情況，并且還會伴隨大量的滲水，如此，就很容易造成塌方。由于穩(wěn)定性較差，也容易出現(xiàn)局部坍塌和掉塊的情況。

另外，如果隧道區(qū)域內(nèi)地下水相對豐富，而隧道所在的地段本身的頁巖、泥巖遇水會出現(xiàn)崩解的情況，所以，在地下水的作用之下產(chǎn)生的崩解現(xiàn)象就可能破壞圍巖的整體性。

1.2 設(shè)計原因

由于設(shè)計單位對于地質(zhì)認識度不足，對于部分區(qū)域沒有詳細的地質(zhì)資料，這樣就很容易造成支護措施不當?shù)那闆r出現(xiàn)，如：鋼架的強度不足、鋼架間距過大、預(yù)留變形量較小等情況。

1.3 施工原因

由于在施工環(huán)節(jié)，監(jiān)測信息、收集到的信息以及反饋工作不夠及時，這樣也可能導(dǎo)致問題的出現(xiàn)。此外，對于噴錨支護、個別部位的注漿支護措施不當；在隧道開挖之后，無法及時地做好封閉成環(huán)的處理，由于隧道存在較大的涌水，就可能浸泡鋼筋，最終出現(xiàn)底部懸空的情況[1]。個別部位在初期支護的時候，出現(xiàn)了圍巖和鋼架相互不夠密貼的情況，使得應(yīng)力出現(xiàn)了重新的分布。

1.4 其余原因

為了節(jié)約投資成本，也容易在設(shè)計中降低支護要求。

2 隧道施工工程實例分析

2.1 隧道工程概況

某隧道全長1 233 m，單洞雙車對向交通，路線縱坡度為3%的單項坡，其最小埋深為4.80 m，最大埋深為332 m。本隧道施工地段處于斷層擠壓的地帶，隧道本身的圍巖為Ⅳ、V級別的圍巖，圍巖呈現(xiàn)出褶皺擠壓狀態(tài)，巖體本身有著較強的風化、破碎，結(jié)構(gòu)面非常光滑。

隧道地質(zhì)分布主要是受到區(qū)域斷裂構(gòu)造的控制，在區(qū)域內(nèi)所出露的地層包含了奧陶系、三疊系、第三系、第四系并伴有加里東晚期閃長巖體的侵入。褶皺構(gòu)造在該區(qū)較為發(fā)育，褶皺形態(tài)復(fù)雜。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為區(qū)域性大斷裂，走向基本為北西向，壓性—壓扭性，具有深切割、延伸長、規(guī)模大的特點，破碎帶一般較寬，斷帶內(nèi)物質(zhì)主要為碎裂巖、斷層角礫。

2.2 施工中采取的技術(shù)措施

考慮到隧道在初期支護大變形出現(xiàn)了相應(yīng)的損失，為了確保隧道整體的施工安全，需要將掌子面的掘進停止，然后進行封閉，之后再配合加固技術(shù)和永久加固技術(shù)，確保整體的穩(wěn)定性，使得隧道內(nèi)部的應(yīng)力能夠重新達到相對平衡的狀態(tài)，如此來確保其能夠滿足設(shè)計要求[2]。

在后續(xù)的相應(yīng)施工中，將掌子面和二襯的距離加以調(diào)整，確保在短時間之內(nèi)，隧道的內(nèi)部能夠形成封閉環(huán)，另外掌子面與二襯之間的距離應(yīng)該控制在50～80 m。

2.2.1 臨時加固措施

臨時加固主要是對變形的初期支護變形斷面進行強力的支撐，從而避免變形的斷面出現(xiàn)繼續(xù)變形的現(xiàn)象。在臨時加固中，主要有3種措施：①鋼護拱的架設(shè)，能夠形成雙層的拱架受力；②在鋼護拱架設(shè)下，還可以增加門式拱架，這樣也有利于初期支護受力的減輕；③增加臨時的仰拱，則有利于及時封閉環(huán)受力的形成。

2.2.2 永久加固措施

在進行永久性加固時，應(yīng)該考慮到支護參數(shù)的合理性和恰當性，能夠選擇合理的技術(shù)方案，進行洞室的永久性加固。

在具體的施工環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)初期支護當中拱頂出現(xiàn)了型鋼扭曲變形，另外，左邊墻出現(xiàn)了收斂，在對相應(yīng)數(shù)據(jù)分析后可確定其主要的原因。再配合上分析隧道洞身具體的變形情況，在變形段落，進行護拱處理，并且架設(shè)門式拱架，這樣可以暫時控制變形。

由于地質(zhì)條件、地形條件的諸多限制，地層的應(yīng)力相對復(fù)雜，所以對于圍巖本身的實際應(yīng)力無法準確掌握，為了重新找到平衡點，就需要反復(fù)比對、綜合分析，才能夠找出最恰當?shù)拇胧?/p>

1)鋼花管加固洞室方案。通過鋼花管大而長特點的利用，就可以深層次的加固隧道上臺階的拱頂、邊墻和拱腳，將松動圈固結(jié)，對于自身穩(wěn)定性較差的圍巖進行加固與支撐處理，避免其出現(xiàn)松弛、坍塌和下沉等情況。另外，在應(yīng)力相對集中或者是存在偏壓的低端，可以通過注漿之后抗扭性能強、抗滑性能強的優(yōu)勢，將山體對隧道的壓力減輕，這樣也可以滿足加固的目的；此外，還需要對于挖換拱提供相應(yīng)的安全保障措施。

2)確定好鋼花管的孔深、孔距以及注漿量。在開挖洞身之后，根據(jù)泰·沙基經(jīng)驗公式，其產(chǎn)生的松動圈為0.25～0.35(B+H)。在結(jié)合本隧道的實際情況，其松動圈為3.5～5 m，考慮到隧道已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的變形，為了確保施工安全性，鋼花管的長度設(shè)定為6 m。鋼花管本身的孔距同注漿孔擴散半徑之間有著密切的關(guān)系，而注漿的濃度、凝膠時間、注漿壓力、巖層裂隙大小等情況又會影響到漿液的擴散半徑，所以就需要根據(jù)實際的情況來加以判定。

2.2.3 局部擴挖換拱施工技術(shù)處理

根據(jù)隧道工程的實際特點以及斷面的主要形式，為了確保挖換拱的質(zhì)量不受影響，就應(yīng)該采取以下的措施：

2.2.3.1 淺孔擴挖鉆孔爆破

1)原則?？紤]到圍巖本身不具備較強的穩(wěn)定性，而斷面較大，所以在爆破時應(yīng)該注意加密炮孔，盡量少裝藥的原則，將已經(jīng)損壞的鋼拱架進行爆破剝離，避免爆破過程中擾動注漿固結(jié)圍巖。

2)孔位結(jié)構(gòu)。在沿著隧道開挖的斷面進行鉆孔的時候，其深度應(yīng)該超過初期支護噴層厚度的10～15 cm，這樣才能夠避免對工字鋼的損壞，也可以達到最佳化效果；孔與孔之間的距離最好控制在30～40 cm，其具體的鉆孔方向垂直爆破面(圖1)。

3)控制藥量。爆破藥量需要控制在100～200 g。由于屬于局部性的爆破，起爆可以采用微差段雷管起爆。

4)做好超欠挖的控制。在變形段的測量放樣之后進行擴挖爆破，將開挖的輪廓線劃出來，在畫線時還應(yīng)該考慮到可能出現(xiàn)的畫線誤差，做好圍巖變形的預(yù)留處理，施工中存在的誤差應(yīng)該按照橫向4cm進行控制。在爆破之后，對于侵界相對較小的區(qū)域，還可以利用風鎬進行鑿除處理。對于松散欠挖的部分，可以安排人工進行鑿除。對于拱頂欠挖的部分，需要先進行注漿加固處理之后，再由人員進行鑿除，但是鑿除必須是在安全得以保障的前提下才可以進行，這樣才能夠確保最佳的設(shè)計標高[3]。

圖1 孔位布置

2.2.3.2 拱架置換

1)對于侵界拱架需要加以置換。在爆破之后，對于侵界拱架、鋼筋網(wǎng)和鋼筋都需要進行割除處理，并且按照設(shè)計規(guī)范標準進行鋼拱架的重新架設(shè)。

2)在立架完成之后，還需要立刻進行鎖角錨桿的施工，其傾斜度向下45°。在鋼拱架的底部一般都選擇用鋼板進行墊支處理，這樣有利于受力面積的增大。如果系統(tǒng)錨桿已經(jīng)被損壞，就需要進行拉直、修鑿處理之后，將其同置換之后的鋼拱架焊接一體，進行二次利用，并且同噴射硅和鋼筋網(wǎng)形成整體的手里面，這樣也可以提升支護能力。

3)做好仰拱的及時施工，跟進二次襯砌，確保隧道的受力較好的環(huán)形封閉能夠盡快的形成。一般來說，擴挖換拱面與二次襯砌之間的距離應(yīng)該保持在30 cm左右，可以利用跳躍式襯砌的方法，這樣可以確保襯砌臺車與開挖面之間保持較小距離，再返回襯砌跳空段時，對于換拱段的安全也有一定的保障。

3 隧道初期支護大變形監(jiān)控量測

在處理作業(yè)面和周邊區(qū)域進行量測斷面的布置，同時還需要布設(shè)需要處理的段落山體頂部；做好量測監(jiān)控的加強，縮小量測間隔時間，加大量測頻率，特別是對于鋼支撐內(nèi)力、拱頂下沉等部位的量測；在開挖之后的24 h之內(nèi)需要安設(shè)好量測元件，并且采集其初值數(shù)據(jù)，并且在下一次開挖之前必須完成；在進行監(jiān)測時，如果出現(xiàn)較大的拱頂沉量，收斂速度無法穩(wěn)定或者是凈空位移較大，就需要做好補強處理；每一天測量到的數(shù)據(jù)都需要及時地反饋，這樣才可以為下一步施工提供詳細的、具體的數(shù)據(jù)，避免錯誤的出現(xiàn)。

4 隧道初期支護大變形施工注意事項

隧道初期支護大變形處理必須嚴格按照正確的施工順序進行；在施工環(huán)節(jié)，切忌盲目施工，必須時刻保持高度的警惕；為了確保施工安全系數(shù)，還應(yīng)該做好二次襯砌的及時跟進；做好監(jiān)控量測工作的強化處理，尤其是拱頂沉降量、地表的沉陷值等等數(shù)據(jù)都需要及時反饋，才能夠指導(dǎo)之后的施工[4]。

5 隧道初期支護大變形安全措施

在處理隧道初期支護大變形的時候，需要配合相應(yīng)的技術(shù)人員和安全員，來全方位的監(jiān)督施工作業(yè)；如果噴射混凝土未能達到設(shè)計強度標準或者是噴射之后其變形量還是遠遠超出了設(shè)計標準，就需要做好臨時性的支護；對于置換臺車，應(yīng)該做好相應(yīng)的加固處理，能夠方便施工人員的操作。在最上面的操作平臺上，還應(yīng)該做好活動空間的設(shè)計，這樣在落石的時候，人員有地方可躲；對于地表布置的的測點或者是拱頂需要做好定期的觀測，如果發(fā)現(xiàn)其位移等于或者是超過了允許值，或者是洞內(nèi)出現(xiàn)了裂縫，就應(yīng)該及時撤離現(xiàn)場人員，等待數(shù)據(jù)重新觀測穩(wěn)定之后，方可繼續(xù)施工；對于安全操作規(guī)程需要做好定人定崗的認真執(zhí)行，堅持交接班檢查制度，做好施工詳細記錄，避免施工安全問題出現(xiàn)。

6 結(jié) 語

雖然隧道修建技術(shù)在最近幾年得到了飛速的提升，但由于地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)以及隧道地質(zhì)勘察技術(shù)或多或少還存在一定的局限性，在設(shè)計與施工上還存在較大的難度，會經(jīng)常出現(xiàn)初期支護變形的情況。本文中對某隧道初期支護大變形處理技術(shù)的探析，對于施工安全的保證有著良好的效果，通過變形處理，也獲取了更多的經(jīng)驗，有利于今后隧道施工變形問題的進一步處理。

[1]胡維維.隧道初期支護施工技術(shù)探討[J].科技與企業(yè)，2012(05)：170.

[2]錢正榮.某隧道塌方原因分析與處理[J].科技風，2012(14)：175.

[3]王長江.隧道支護施工工藝探討[J].黑龍江交通科技，2013(01)：159.

[4]汪冀忠.淺談隧道初期支護的施工控制[J].交通部管理干部學(xué)院學(xué)報，2008，18(02)：44-48.

1007-7596(2014)12-0089-03

2014-06-17

程合奎(1982-)，男，河南信陽人，工程師。

U455.7

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