張茂林(四川遂廣遂西高速公路有限責(zé)任公司 629000)

攀田高速公路隧道病害處治技術(shù)研究

張茂林
(四川遂廣遂西高速公路有限責(zé)任公司 629000)

隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施，西部地區(qū)的高等級公路、鐵路、水電工程建設(shè)規(guī)模日益擴大，隧道項目越來越多。在隧道修建過程中，隧道塌方、大變形等問題成為人們?nèi)找骊P(guān)注的病害問題。隧道塌方、大變形發(fā)生原因復(fù)雜，發(fā)生后不僅延誤工期、大幅度提高工程費用，而且易出現(xiàn)人員傷亡。因此研究隧道塌方和大變形的發(fā)生原因及其處治方法愈顯緊迫與重要。本文依托四川省攀枝花至田房高速公路建設(shè)項目，討論了隧道塌方、大變形病害的分類和形成機理，介紹了隧道塌方、大變形病害處治原則及處治措施。

公路隧道；塌方；大變形；處治技術(shù)；評價

1 隧道病害處治技術(shù)

1.1 隧道塌方處治技術(shù)

仰坡加固完成后，對于洞口段已露空的洞身，可采用暗洞明做或改為明洞襯砌，拱圈上部回填土石或漿砌片石。

根據(jù)仰坡塌方的規(guī)模及處理后的穩(wěn)定情況，對洞內(nèi)二次襯砌進行適當(dāng)加強，如增大襯砌厚度或采用鋼筋混凝土、鋼架混凝土襯砌等。超前錨桿是沿開挖輪廓線，以稍大的外插角，向開挖面前方安裝錨桿，形成對前方圍巖的預(yù)錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護下進行開挖等作業(yè)。這種超前支護柔性較大，整體剛度較小。雖然它們可以與系統(tǒng)錨桿焊接以增強其整體性，但對于圍巖應(yīng)力較大時，其后期支護剛度就有些不足。因此此類超前支護主要適用于應(yīng)力不大，地下水較少的軟弱破碎圍巖的隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、弱膨脹性地層、流變性較小的地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶等、淺埋無顯著偏壓的隧道。

1.2 管棚

管棚是利用鋼拱架與沿開挖輪廓線，以較小的外插角、向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架來形成對開挖面前方圍巖的預(yù)支護。采用鋼管的管棚又分為短管棚（L＜10m）和長管棚（L＝10～45m）。管棚應(yīng)采用鋼管或者鋼插板做縱向預(yù)支撐，又用鋼拱架做環(huán)向支撐，其整體剛度加大，對圍巖變形的限制能力較強，且能提高承受早期圍巖壓力。因此管棚多適用于圍巖壓力來的大，用于對圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格限制要求的軟弱破碎圍巖的隧道。

2.隧道圍巖大變形處治技術(shù)

2.1 軟弱圍巖大變形支護作用機理分析

軟弱圍巖一般結(jié)構(gòu)疏松、密度小、孔隙率大，膠結(jié)差或未膠結(jié)，受地質(zhì)構(gòu)造破壞，存在的軟弱面、節(jié)理、裂隙極易破碎和滑落，開挖后膨脹等，其變形壓力與支護也是當(dāng)今世界地下工程中復(fù)雜而重要的問題。當(dāng)?shù)叵鹿こ逃龅酱祟悗r層時，會給施工帶來很大困難。

（1）圍巖變形與壓力變化隨時間有明顯的階段性。軟巖開挖后，圍巖初期變形速度快，逐步過渡到比較穩(wěn)定，之后變形速度又急速增加，最終促使隧道破壞。

（2）圍巖變形與壓力變化有明顯的空間效應(yīng)。軟巖工程變形受空間的影響主要是埋深和所處的位置。根據(jù)前蘇聯(lián)C·P·阿維爾申的觀點，由于體積壓縮和形狀改變而積聚的彈性能與深度的平方成正比。所以在相同的地質(zhì)與支護條件下，深部的隧道比淺部的“擠、壓、膨”現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2.2 軟弱圍巖支護作用的機理分析

對于軟弱圍巖，錨桿作用是上述作用的組合。軟弱圍巖一般成巖程度極差，巖體中的結(jié)構(gòu)面多不可數(shù)，高度密集，巖體呈松散狀態(tài)，實質(zhì)上已演變成土體，強度很低。這種巖體失穩(wěn)的主要形式是拱部先塌落。地應(yīng)力越高，巖體的自穩(wěn)時間越短，有的甚至來不及支護。錨桿的布置、密度和長度要視圍巖的摩擦特性和地應(yīng)力特點而定。錨桿主要作用是擠壓、懸吊和組合拱效應(yīng)。按照通常理論，初期支護采用錨桿支護，其作用方式是：要求錨桿穿過塑性區(qū)，并延伸進入彈性區(qū)域內(nèi)足夠深度，確定起“固定點”。從力學(xué)角度看，錨桿長度最好超過1.5倍塑性區(qū)寬度。然而，從應(yīng)用的角度看，實際能夠有效安裝錨桿的長度是非常有限的，因為錨桿越長，技術(shù)要求越高，施工難度也越大。盡管如此，但對于大變形破壞而言，最嚴(yán)重的問題不在于控制塑性區(qū)的范圍或者是圍巖徑向變形的大小，而在于消除導(dǎo)致圍巖塑性區(qū)內(nèi)部連續(xù)性喪失的深度破壞塑性區(qū)域，增強圍巖抵抗不協(xié)調(diào)變形破壞的能力。當(dāng)側(cè)壓力系數(shù)為1.5時，發(fā)生臺階位置的深度約為其塑性區(qū)半徑的1/3～1/2，因此，打設(shè)足夠長的錨桿長度穿越產(chǎn)生深度破壞塑性區(qū)，是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

2.3 圍巖大變形隧道開挖方法

軟弱圍巖大變形隧道開挖方法的選擇，必須根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、受力狀態(tài)、機械設(shè)備能力、施工安全等因素綜合考慮，具體的施工原則是：

①弱爆破，盡量減少對圍巖的擾動；

②短開挖、多循環(huán)、快封閉，能快速形成封閉結(jié)構(gòu)；

③有效控制隧道的拱頂下沉、隧底隆起和水平收斂變形，保證施工安全可靠；2.4圍巖大變形處治

（1）不是被動地承受圍巖擠壓力而是主動加固圍巖，從提高圍巖力學(xué)性能著手，從源頭上減小擠壓力，其主要措施是錨桿和注漿，使隧道周邊形成加固圈，由加固圈承受一部分荷載。

（2）采用加長錨桿和錨索，將支護的荷載通過錨桿（錨索）傳至深部穩(wěn)定巖體，讓深部圍巖幫助受力。錨桿必須伸進塑性區(qū)，進入彈性區(qū)的長度不小于2m，這樣可以把塑性區(qū)圍巖同彈性區(qū)穩(wěn)定圍巖連接起來，提高錨桿對圍巖的徑向支護作用，同濟大學(xué)孫鈞院士等人的研究證明，錨桿對改善圍巖的特性和抑制洞周變形有明顯的作用，無錨桿情況的拱頂位移是有錨桿情況的2. 76倍［30］。加上軟巖隧道的塑性區(qū)較大，故采用長錨桿（錨索）是合理的。

2.5 圍巖大變形新型輔助措施

為了使噴射混凝土具有更大的抗變形能力，避免混凝土噴層的過度破壞，采用間隙噴射方法即按一定間隙，沿隧道縱向預(yù)留一定的間隙來改善噴射混凝土支護的柔性，當(dāng)噴射混凝土被錨桿、鋼架牢牢地固定時，這些間隙允許隧道發(fā)生一定的徑向變形，從而可適當(dāng)減輕支護受到的圍巖壓力，間隙的寬度及間距應(yīng)根據(jù)位移大小而定，一般縱向間距為1.0～3.0m，間隙的大小為10～20cm。

3.施工開挖支護情況

上斷面臺階開挖至K218+171，發(fā)現(xiàn)隧道拱頂和周邊變化較大，迅速調(diào)整施工方法，及時進行仰拱閉合施工，并采用三臺階法進行開挖。以保證初期支護最快程度的閉合。

3.2 預(yù)留變形量的調(diào)整

由于望江嶺隧道右線出口出現(xiàn)初期支護大變形，最大拱頂下沉達40～50cm，故在進口開挖到K218+150時適當(dāng)增加預(yù)留變形量，以防止大變形的再次產(chǎn)生。預(yù)計拱頂預(yù)留變形量增加為50cm。

總結(jié)：

由于筆者的水平有限，對于隧道塌方、大變形病害的處治技術(shù)還有待于今后進一步研究。筆者認(rèn)為今后應(yīng)該在以下方面進行努力，以進一步提高隧道塌方、大變形病害處治技術(shù)在理論和實踐水平：除了從監(jiān)控量測方面對處治方案進行評價，還應(yīng)該在圍巖壓力及支護壓力、注漿效果等方面進行處治效果評價。對隧道塌方、大變形病害處治技術(shù)中注漿工藝、方案選取、注漿壓力設(shè)計、注漿次序等方面進行研究。

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1007-6344（2016）06-0282-01