程合奎

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

隧道初期支護(hù)大變形處理技術(shù)探析

程合奎

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng) 110006)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，隧道逐漸朝著長(zhǎng)而大的方向前進(jìn)，但長(zhǎng)而大的隧道卻會(huì)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(hù)變形。因此，在實(shí)際的隧道施工過(guò)程中，就需要認(rèn)真分析隧道初期支護(hù)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

隧道；初期支護(hù)；大變形；技術(shù)探析

0 前 言

隧道施工可能面對(duì)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(hù)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(hù)出現(xiàn)大變形的原因

在進(jìn)行隧道施工中，由于隧道的開(kāi)挖活動(dòng)，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(hù)所能夠承受的范圍，就會(huì)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(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的情況。在隧道當(dāng)中，圍巖出現(xiàn)變形或者是塌方主要是因?yàn)閹r體破碎松散，巖層與巖層之間無(wú)法緊密的結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)致在重力作用下，洞室開(kāi)挖之后就會(huì)出現(xiàn)塌方。如：斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，一旦開(kāi)挖就會(huì)出現(xiàn)巖體呈現(xiàn)碎塊狀的情況，并且還會(huì)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(duì)豐富，而隧道所在的地段本身的頁(yè)巖、泥巖遇水會(huì)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(jì)原因

由于設(shè)計(jì)單位對(duì)于地質(zhì)認(rèn)識(shí)度不足，對(duì)于部分區(qū)域沒(méi)有詳細(xì)的地質(zhì)資料，這樣就很容易造成支護(hù)措施不當(dāng)?shù)那闆r出現(xiàn)，如：鋼架的強(qiáng)度不足、鋼架間距過(guò)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(cè)信息、收集到的信息以及反饋工作不夠及時(shí)，這樣也可能導(dǎo)致問(wèn)題的出現(xiàn)。此外，對(duì)于噴錨支護(hù)、個(gè)別部位的注漿支護(hù)措施不當(dāng)；在隧道開(kāi)挖之后，無(wú)法及時(shí)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(gè)別部位在初期支護(hù)的時(shí)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(jì)中降低支護(hù)要求。

2 隧道施工工程實(shí)例分析

2.1 隧道工程概況

某隧道全長(zhǎng)1 233 m，單洞雙車對(duì)向交通，路線縱坡度為3%的單項(xiàng)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(jí)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(qiáng)的風(fēng)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(zhǎng)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(zhǎng)、規(guī)模大的特點(diǎn)，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(hù)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(jìn)停止，然后進(jìn)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(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)，如此來(lái)確保其能夠滿足設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)加固措施

臨時(shí)加固主要是對(duì)變形的初期支護(hù)變形斷面進(jìn)行強(qiáng)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(shí)加固中，主要有3種措施：①鋼護(hù)拱的架設(shè)，能夠形成雙層的拱架受力；②在鋼護(hù)拱架設(shè)下，還可以增加門式拱架，這樣也有利于初期支護(hù)受力的減輕；③增加臨時(shí)的仰拱，則有利于及時(shí)封閉環(huán)受力的形成。

2.2.2 永久加固措施

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

在具體的施工環(huán)節(jié)，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)當(dāng)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(duì)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(jìn)行護(hù)拱處理，并且架設(shè)門式拱架，這樣可以暫時(shí)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(duì)復(fù)雜，所以對(duì)于圍巖本身的實(shí)際應(yīng)力無(wú)法準(zhǔn)確掌握，為了重新找到平衡點(diǎn)，就需要反復(fù)比對(duì)、綜合分析，才能夠找出最恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

1)鋼花管加固洞室方案。通過(guò)鋼花管大而長(zhǎng)特點(diǎn)的利用，就可以深層次的加固隧道上臺(tái)階的拱頂、邊墻和拱腳，將松動(dòng)圈固結(jié)，對(duì)于自身穩(wěn)定性較差的圍巖進(jìn)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(duì)集中或者是存在偏壓的低端，可以通過(guò)注漿之后抗扭性能強(qiáng)、抗滑性能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，將山體對(duì)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(duì)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(kāi)挖洞身之后，根據(jù)泰·沙基經(jīng)驗(yàn)公式，其產(chǎn)生的松動(dòng)圈為0.25～0.35(B+H)。在結(jié)合本隧道的實(shí)際情況，其松動(dòng)圈為3.5～5 m，考慮到隧道已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形，為了確保施工安全性，鋼花管的長(zhǎng)度設(shè)定為6 m。鋼花管本身的孔距同注漿孔擴(kuò)散半徑之間有著密切的關(guān)系，而注漿的濃度、凝膠時(shí)間、注漿壓力、巖層裂隙大小等情況又會(huì)影響到漿液的擴(kuò)散半徑，所以就需要根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)加以判定。

2.2.3 局部擴(kuò)挖換拱施工技術(shù)處理

根據(jù)隧道工程的實(shí)際特點(diǎn)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(kuò)挖鉆孔爆破

1)原則。考慮到圍巖本身不具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性，而斷面較大，所以在爆破時(shí)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(jìn)行爆破剝離，避免爆破過(guò)程中擾動(dòng)注漿固結(jié)圍巖。

2)孔位結(jié)構(gòu)。在沿著隧道開(kāi)挖的斷面進(jìn)行鉆孔的時(shí)候，其深度應(yīng)該超過(guò)初期支護(hù)噴層厚度的10～15 cm，這樣才能夠避免對(duì)工字鋼的損壞，也可以達(dá)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(cè)量放樣之后進(jìn)行擴(kuò)挖爆破，將開(kāi)挖的輪廓線劃出來(lái)，在畫(huà)線時(shí)還應(yīng)該考慮到可能出現(xiàn)的畫(huà)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(jìn)行控制。在爆破之后，對(duì)于侵界相對(duì)較小的區(qū)域，還可以利用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除處理。對(duì)于松散欠挖的部分，可以安排人工進(jìn)行鑿除。對(duì)于拱頂欠挖的部分，需要先進(jìn)行注漿加固處理之后，再由人員進(jìn)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(jìn)行，這樣才能夠確保最佳的設(shè)計(jì)標(biāo)高[3]。

圖1 孔位布置

2.2.3.2 拱架置換

1)對(duì)于侵界拱架需要加以置換。在爆破之后，對(duì)于侵界拱架、鋼筋網(wǎng)和鋼筋都需要進(jìn)行割除處理，并且按照設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鋼拱架的重新架設(shè)。

2)在立架完成之后，還需要立刻進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)能力。

3)做好仰拱的及時(shí)施工，跟進(jìn)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(lái)說(shuō)，擴(kuò)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(tái)車與開(kāi)挖面之間保持較小距離，再返回襯砌跳空段時(shí)，對(duì)于換拱段的安全也有一定的保障。

3 隧道初期支護(hù)大變形監(jiān)控量測(cè)

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

4 隧道初期支護(hù)大變形施工注意事項(xiàng)

隧道初期支護(hù)大變形處理必須嚴(yán)格按照正確的施工順序進(jìn)行；在施工環(huán)節(jié)，切忌盲目施工，必須時(shí)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(shí)跟進(jìn)；做好監(jiān)控量測(cè)工作的強(qiáng)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(shí)反饋，才能夠指導(dǎo)之后的施工[4]。

5 隧道初期支護(hù)大變形安全措施

在處理隧道初期支護(hù)大變形的時(shí)候，需要配合相應(yīng)的技術(shù)人員和安全員，來(lái)全方位的監(jiān)督施工作業(yè)；如果噴射混凝土未能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)或者是噴射之后其變形量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，就需要做好臨時(shí)性的支護(hù)；對(duì)于置換臺(tái)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(tái)上，還應(yīng)該做好活動(dòng)空間的設(shè)計(jì)，這樣在落石的時(shí)候，人員有地方可躲；對(duì)于地表布置的的測(cè)點(diǎn)或者是拱頂需要做好定期的觀測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)其位移等于或者是超過(guò)了允許值，或者是洞內(nèi)出現(xiàn)了裂縫，就應(yīng)該及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)人員，等待數(shù)據(jù)重新觀測(cè)穩(wěn)定之后，方可繼續(xù)施工；對(duì)于安全操作規(guī)程需要做好定人定崗的認(rèn)真執(zhí)行，堅(jiān)持交接班檢查制度，做好施工詳細(xì)記錄，避免施工安全問(wèn)題出現(xiàn)。

6 結(jié) 語(yǔ)

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(bào)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(jì)與施工上還存在較大的難度，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)初期支護(hù)變形的情況。本文中對(duì)某隧道初期支護(hù)大變形處理技術(shù)的探析，對(duì)于施工安全的保證有著良好的效果，通過(guò)變形處理，也獲取了更多的經(jīng)驗(yàn)，有利于今后隧道施工變形問(wèn)題的進(jìn)一步處理。

[1]胡維維.隧道初期支護(hù)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(fēng)，2012(14)：175.

[3]王長(zhǎng)江.隧道支護(hù)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(hù)的施工控制[J].交通部管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，18(02)：44-48.

1007-7596(2014)12-0089-03

2014-06-17

程合奎(1982-)，男，河南信陽(yáng)人，工程師。

U455.7

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