【摘要】某公路隧道穿越軟巖破碎帶時發(fā)生大變形，本文在分析大變形的原因的基礎上總結出了軟巖大變形防治措施，優(yōu)化了支護參數(shù)，取得了良好的效果。

【關鍵詞】隧道施工；軟巖變形；防治措施

1、工程概況

某特長公路隧道設計為分離式單向雙車道，隧道左線6848m，右線全長6868m，隧道洞深最大埋深470m，線間距42m，施工時從隧道兩端掘進。未設斜井及豎井等輔助坑道。施工中均采用復合襯砌，鉆爆法施工，該隧道地處祁呂弧形斷褶帶等構造體系的交匯部分，地處祁連多字型構造的槽地，隧道所處區(qū)段構造單元屬安遠斷坳，被夾持于古浪斷褶帶與烏鞘嶺斷褶帶之間，隧道途經安遠拉分盆地、西北緣活動斷裂（F9）大斷層構成的“擠壓構造帶”，在此帶中分布的地層為線紅色，淡紅色砂巖、礫巖。粉砂巖、頁巖、碳質頁巖，灰?guī)r加碳質頁巖交匯互層，三疊系砂巖夾頁巖及薄層煤，及斷層帶中的構造碎裂巖，泥礫巖層、工程地質條件復雜，隧道掘進至ZK2403+365、YK2403+385薄層煤、F9次生斷裂帶等軟弱圍巖地段時發(fā)生了大變形，單側最大變形達到600mm，見表1）致使初期支護破壞并嚴重侵入隧道襯砌凈空。

為確保隧道襯砌凈空，將初砌支護開裂。未侵占二襯段落進行加固處理，對已侵占二襯的段落全部或部分拆除重做，并對該變形段落的二次襯砌鋼筋進行加強。對還未施工段落的初期支護進行加強，工程嚴重受阻，進度滯后。因此，分析隧道軟巖圍巖大變形原因，及大變形防治技術對隧道施工具有重要意義。

2、軟巖大變形整治

針對該隧道軟巖大變形情況，經共同研究，并吸取國內外整治大變形的經驗，提出如下整治措施：

2.1用8m長Φ28自進式注漿錨桿對兩側拱腰及邊墻部進行加固.間距75cm（縱向）×100（環(huán)）拱墻范圍每環(huán)14根，錨桿長度8m。

該錨桿自帶鉆頭、在發(fā)生坍孔時仍能鉆進孔位，且桿體為中空、水泥漿從錨桿頭涌出，尾部帶有止?jié){塞，可保證注漿飽滿，注漿壓力可達到2.0Mpa，漿液壓入巖層裂隙范圍大，加固圍巖的效果優(yōu)于普通錨桿。

2.2拱部采用4m長Φ22早強水泥藥卷錨桿加固。藥卷直徑較鉆孔直徑小20mm左右，藥卷長度為20-30cm，間距75cm（縱）×100（環(huán)）。

2.3隧道兩側邊墻起拱線縱向裂縫處施作4排Φ42×4mm注漿小導管，長度4m。

2.4加固完成后，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析變形段趨于穩(wěn)定，然后對已侵入二次襯砌的段落全部或部分拆除或擴挖，并采取了換拱處理。

2.5加大預留變形量，為防止噴層變形和侵入二次襯砌的凈空，預留變形量由原設計SVC20cm調整為40cm。

2.6對變形段二次襯砌的鋼筋由原設計主筋Φ22間距25cm調整為主筋Φ25、間距20cm。

2.7及時施作仰拱及二襯在變形還未穩(wěn)定之前施作二次襯砌，讓二次襯砌也承受部分荷載。

2.8調整初期支護參數(shù)，將原設計I20a型鋼縱向間距由75cm調整為50cm，初期支護的系統(tǒng)錨桿調整為拱部采用4m長Φ22早強水泥藥卷錨桿，拱腰及邊墻部采用6m長D25中空注漿錨桿。

3、整治后的效果

經采用上述措施后，大變形得到整治，變形趨于穩(wěn)定，已開裂或混凝土薄落地段未發(fā)現(xiàn)有新的變化，監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)也趨于穩(wěn)定。后期掘進的段落施工完成后，結構完好；未出現(xiàn)任何開裂現(xiàn)象，即鋼拱架扭曲現(xiàn)象。

4、隧道軟巖變形原因

4.1圍巖強度對隧道變形的影響

該隧道穿過F9斷層帶構成“擠壓構造帶”隧道左右線分別穿過了砂礫巖、碎礫石夾泥土雜砂巖、碳質頁巖、薄煤層地段，該地段節(jié)理發(fā)育局部巖體破碎，抗風化能力差。由于各種巖體抗壓強度不同，開挖后圍巖變形程度差異較大，當圍巖壓力超過巖體的抗壓強度時，巖體發(fā)生變形破壞。由于以上軟弱圍巖的抗壓強度較低，開挖后易發(fā)生流塑性變形，因此軟弱圍巖是隧道發(fā)生變形的重要因素。

4.2初期支護對隧道變形的影響

碳質頁巖、薄煤層地段圍巖及其破碎、抗風化能力差，圍巖開挖后易風化，開挖面在封閉之后形成了一個松動圈，致使初期支護無法承受松動圈所產生的荷載發(fā)生開裂、混凝土剝落、掉皮，鋼拱架扭曲變形等現(xiàn)象。

4.3設計預留變形量偏小

設計預留變形量V級SVC圍巖為20cm，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)該段隧道拱頂沉降達到47cm，單側收斂達到60cm，對該段變形量大的區(qū)段設計預留變形量偏小。

4.4施工方法對隧道變形的影響

隧道施工方法也是影響變形的重要因素，由于工期緊、現(xiàn)場管理復雜、預防軟巖變形的措施力度不強，仰拱施作有時滯后。二次襯砌未及時跟進，上、下臺階法施工時上下臺階距離偏大等都是直接影響軟弱圍巖變形的因素。

5、軟弱圍巖隧道大變形防治技術措施探討

隧道施工采用新奧法，將“先柔后剛”“以柔克剛”的理念應用于隧道施工中，“以柔克剛”是開挖后先設置柔性支護，允許地層有一定程度的變形，以此釋放地應力后再設置剛性支護。

5.1措施得當、控制變形

通過長錨桿、水泥藥卷Φ42注漿小導管加固圍巖、增加預留變形量和調整初期支護參數(shù)等措施控制大變形。

長錨桿是主動控制軟巖大變形的重要手段，隧道碳質頁巖地段系統(tǒng)錨桿拱部采用4m長Φ22早強水泥藥卷錨桿；拱腰及邊墻采用6m長D25中空注漿錨桿；將原設計的鋼拱架縱向間距由75cm調整為50cm。

5.2“先柔后剛”、“以柔克剛”

先柔后剛是指先施作柔性初期支護體系，再施作剛性二次襯砌。允許二襯承受適當?shù)膰鷰r荷載。以柔克剛是指主要以錨噴網鋼筋砼。長錨桿和型鋼鋼架等組合的柔性支護結構和圍巖共同作用。承受圍絕大部分威嚴壓力和變形。

5.3預留變形量、謹防侵入凈空

軟弱圍巖段確定開挖輪廓線外，必須要預留合理的變形量，以預防初期限支護變形后侵入二襯凈空，同時適量的預留變形量可釋放地應力。V級圍巖軟弱段宜預留30cm—40cm變形量。

5.4封閉成環(huán)、防止局部變形擴大

仰拱要及時跟進，仰拱應在拱墻施作后及時施作，不應滯后過多，這樣可及時封閉成環(huán)，有效增強結構鋼度和受荷能力。

5.5開挖時盡量減少對圍巖的擾動

施工時盡量減少誘發(fā)圍巖變形的不利因素，控制圍巖的發(fā)展；做到“短開挖”“弱爆破”嚴格控制爆破參數(shù)，采用減弱振動爆破技術，減少爆破對圍巖的擾動，同時嚴格控制循環(huán)進尺，采用預支護，對軟弱圍巖進行超前預支護，加固破碎圍巖。開挖循環(huán)進尺宜控制在0.5m-0.75m。

5.6多支護（強支護）

先利用長錨桿控制軟巖大變形，再采用錨噴網柔性支護和工字鋼支撐；在限制圍巖變形的同時允許圍巖釋放部分位移，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

5.7短臺階法開挖，及時封閉（早封閉）

施工時采用短臺階法開挖，嚴格控制施工安全距離，開挖循環(huán)進尺，確保由于仰拱的及時施作，可有效減緩圍巖變形速率，使初期支護及早成環(huán)，與圍巖一起形成拱，控制軟巖大變形。掌子面距離仰拱不超過20m。掌子面距離二襯不超過50m。

5.8加強監(jiān)控量測

在隧道施工中、尤其是軟弱變形段；要切實做好監(jiān)控量測工作，以便準確掌握圍巖動態(tài)和支護結構的工作狀態(tài)，利用相關監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，合理調整支護參數(shù)，確保隧道施工安全和結構穩(wěn)定性，指導施工工藝，為隧道工程快速掘進，支護材料的提前準備以及災害事故的有效預防提拱可靠的資料與信息，實現(xiàn)隧道施工的“信息化、動態(tài)化”。

6、結論及見意

6.1自進式注漿長錨桿是加固軟巖控制變形的主要手段，將錨桿打入圍巖松動圈外，再注漿。該錨桿自帶鉆頭、在發(fā)生坍孔時仍能鉆進孔位，且桿體為中空、水泥漿從錨桿頭涌出，尾部帶有止?jié){塞，可保證注漿飽滿，注漿壓力可達到2.0Mpa，漿液壓入巖層裂隙范圍大，加固圍巖的效果優(yōu)于普通錨桿。

6.2在軟弱圍巖段應貫徹“弱爆破、短開挖、強支護（多重支護）、早封閉、勤量測”的方針進行施工。

6.3在軟弱圍巖段、宜采用“先柔后剛”、“先放后抗”，不宜采用“以剛克剛”的理念。

6.4在軟弱圍巖段的施工中應及時跟進二次襯砌，在初期支護未穩(wěn)定之前施作二次襯砌，讓二次襯砌也承受部分荷載。

參考文獻

[1]關寶樹.《隧道工程施工》.人民交通出版社，2003.1

[2]黃成光.《公路隧道施工》.人民交通出版社，2001.5

[3]中鐵二局.不良地質隧道的開挖及支護技術研究.中鐵二局，2001.