曹 偉

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 400000)

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隧道軟弱圍巖大變形處理方案研究

曹 偉

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 400000)

結(jié)合某隧道大變形段的地質(zhì)及設(shè)計(jì)概況，分析了該隧道圍巖變形的主要原因，并提出了圍巖變形的現(xiàn)場(chǎng)處理措施及施工技術(shù)要點(diǎn)，有效控制了隧道初期支護(hù)變形現(xiàn)象的發(fā)生，促進(jìn)了全線(xiàn)工程的順利進(jìn)行。

隧道，軟弱圍巖，初期支護(hù)，變形

1 隧道概況

某電力牽引單線(xiàn)隧道，設(shè)計(jì)行車(chē)速度120 km/h，全長(zhǎng)10 606 m，隧道最大埋深約680 m，最小埋深約40 m。線(xiàn)路縱坡：全隧道為單面上坡，坡率依次為6‰(564 m長(zhǎng))，21‰(350 m長(zhǎng))，28.1‰(6 750 m長(zhǎng))，28.5‰(1 610 m長(zhǎng))，28.1‰(750 m長(zhǎng))，16‰(350 m長(zhǎng))，1‰(232 m長(zhǎng))。

隧區(qū)位于歐亞板塊和印度洋板塊相互碰撞匯聚形成的青藏高原東南緣之川滇菱形斷塊的西部邊界斷裂帶(金沙江—中甸斷裂帶)內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，屬我國(guó)著名的南北向地震帶南段之滇西地震帶。

隧區(qū)位于沖江河斷裂北側(cè)，斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有阿里洛斷層、土官村斷層，受其影響，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，風(fēng)化差異大。隧道洞身穿越的地層為三迭系上統(tǒng)(T2b)白云質(zhì)灰?guī)r夾板巖、下統(tǒng)(T1)板巖、千枚巖夾灰?guī)r、炭質(zhì)板巖(T1)、二疊系上統(tǒng)(P2a)片理化玄武巖夾凝灰質(zhì)片巖。

2 大變形段原設(shè)計(jì)情況

2.1 地質(zhì)情況

該隧道初期支護(hù)變形較大地段地層巖性以千枚巖、炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)頁(yè)巖為主，局部地段裂隙水發(fā)育，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)(見(jiàn)圖1)。

2.2 設(shè)計(jì)情況

Ⅴ級(jí)圍巖地段設(shè)計(jì)采用Ⅴ級(jí)B型復(fù)合式襯砌，全環(huán)設(shè)Ⅰ18工

字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，縱向間距0.8 m～1 m，拱部設(shè)φ42超前小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)3 m～3.5 m，環(huán)向間距0.4 m，縱向間距1.6 m～2 m，臺(tái)階法施工(見(jiàn)圖2)。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

該隧道初期支護(hù)變形較大地段均按Ⅴ級(jí)圍巖進(jìn)行施工，采用Ⅴ級(jí)B型復(fù)合式襯砌，全環(huán)設(shè)Ⅰ18工字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，縱向間距0.6 m，拱部設(shè)φ42超前小導(dǎo)管支護(hù)。

現(xiàn)場(chǎng)施工方法以?xún)膳_(tái)階法、三臺(tái)階法(部分地段增加臨時(shí)仰拱)為主。初期支護(hù)變形主要為水平收斂，集中表現(xiàn)為邊墻鋼架接頭處初支開(kāi)裂，并形成縱向裂縫，拱頂下沉量一般較小。變形較大時(shí)，隧道一般正在進(jìn)行下臺(tái)階或仰拱開(kāi)挖支護(hù)，洞內(nèi)收斂明顯增大。初期支護(hù)變形水平收斂值最大達(dá)10 cm/d，拱頂下沉最大達(dá)5 cm/d；最大累計(jì)水平收斂值達(dá)80 cm，最大累計(jì)沉降值45 cm，初支開(kāi)裂嚴(yán)重，鋼架扭曲變形。

洞內(nèi)初期支護(hù)變形情況見(jiàn)圖3。

4 原因分析

通過(guò)對(duì)該隧道圍巖變形較大地段情況分析，其主要原因有：

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示，圍巖變形較大地段巖性多為千枚巖、炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)頁(yè)巖等，巖體軟弱破碎，自穩(wěn)能力差。加之部分地段存在裂隙水，進(jìn)一步降低了圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)，導(dǎo)致隧道開(kāi)挖后圍巖變形較大(見(jiàn)圖4)。

2)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反映，各隧道洞內(nèi)初期支護(hù)變形主要為水平收斂較大，拱頂下沉量較小。從現(xiàn)場(chǎng)施工來(lái)看，水平收斂較大時(shí)，邊墻處鋼架連接部位明顯出現(xiàn)接頭裂開(kāi)現(xiàn)象(見(jiàn)圖5)，初期支護(hù)沿各鋼架接頭處形成縱向裂縫(見(jiàn)圖6)。其主要原因?yàn)槭┕み^(guò)程中鋼架接頭連接不密貼牢固，鎖腳錨管未起到錨固作用，且由于初期支護(hù)封閉支護(hù)成環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致圍巖變形持續(xù)性發(fā)展。

3)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝標(biāo)準(zhǔn)不高(鎖腳錨桿與鋼架連接不夠牢固)、支護(hù)措施實(shí)施不到位(系統(tǒng)錨桿數(shù)量及長(zhǎng)度不夠、臨時(shí)橫撐施作不及時(shí))、施工組織不力等也是變形原因之一。

5 現(xiàn)場(chǎng)處理措施

由于該隧道已出現(xiàn)圍巖變形較大，初期支護(hù)持續(xù)性換拱，嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)施工安全及進(jìn)度，結(jié)合本隧道初期支護(hù)大變形特點(diǎn)，擬采用措施如下：

1)變形較大地段襯砌型式采用調(diào)整后的曲墻式襯砌(見(jiàn)圖7)，必要時(shí)采用大變形襯砌結(jié)構(gòu)形式(輔助坑道采用曲墻式+全環(huán)鋼架襯砌，模筑襯砌內(nèi)增設(shè)鋼筋)。施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)成果資料，適時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量，避免侵限或回填過(guò)大。

2)初期支護(hù)全環(huán)設(shè)Ⅰ18型鋼鋼架，縱向間距調(diào)整為0.5 m；拱部設(shè)φ42超前小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)3.5 m，環(huán)向間距0.4 m，縱向間距2 m。鋼架間縱向連接鋼筋采用φ25鋼筋，“Z”形布置，設(shè)于鋼架內(nèi)側(cè)(靠二襯側(cè))，鋼筋縱向接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)；同時(shí)，加強(qiáng)各臺(tái)階底部鋼架縱向墊槽鋼的施工工藝，確保鋼架系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。

3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反映情況，圍巖及初支變形多發(fā)生于邊墻及存在基巖裂隙水部位，擬將原設(shè)計(jì)50%系統(tǒng)錨桿的長(zhǎng)度調(diào)整為4.5 m，設(shè)于開(kāi)挖揭示存在變形風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，間距1 m×1 m(環(huán)向×縱向)交錯(cuò)布置。改進(jìn)錨桿施工設(shè)備，加強(qiáng)錨桿施工工藝，做好錨桿尾部墊板及螺栓連接、灌漿等工藝，確保徑向錨桿施工質(zhì)量及施作效果。

4)施工方法建議調(diào)整為短臺(tái)階法或微臺(tái)階法，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)成果資料，必要時(shí)可加設(shè)臨時(shí)橫撐，盡快封閉支護(hù)成環(huán)，及時(shí)施作二次襯砌。施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺，每循環(huán)開(kāi)挖后嚴(yán)格執(zhí)行“初噴→架設(shè)鋼架→錨桿→鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴”的施工工序，確保施工質(zhì)量及施工安全。

5)加強(qiáng)φ42鎖腳錨管的施工工藝、注漿工藝，研究強(qiáng)化錨管與鋼架的連接工藝，確保錨管施工質(zhì)量；必要時(shí)可適當(dāng)增設(shè)鎖腳錨管，防止工序倒換時(shí)突發(fā)沉降。

6)地下水發(fā)育地段，可適當(dāng)設(shè)引(排)水孔，防止地下水聚集導(dǎo)致圍巖及初支變形加劇。

7)對(duì)于變形持續(xù)增大、變形速率持續(xù)不穩(wěn)定段落，為保證二襯強(qiáng)度，從而避免二襯后期受壓開(kāi)裂，除采取相應(yīng)加強(qiáng)措施之外，必要時(shí)通過(guò)埋設(shè)支護(hù)內(nèi)力測(cè)試元器件并進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)內(nèi)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化。

8)施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)及數(shù)據(jù)分析，適當(dāng)調(diào)整預(yù)留變形量及支護(hù)參數(shù)。加強(qiáng)各工序施工工藝及施工質(zhì)量，確保施工及結(jié)構(gòu)安全。

6 施工處理效果

現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中嚴(yán)格按照上述措施及要求進(jìn)行施工，隧道初期支護(hù)大變形情況已得到有效控制，為確保全線(xiàn)按設(shè)計(jì)工期完工奠定了良好基礎(chǔ)。

Study on weak surrounding rock deformation processing scheme of the tunnel

Cao Wei

(ChongqingInstituteofTrafficPlanningSurvey&Design,Chongqing400000,China)

Combining with geology and design conditions of the tunnel deformation section, the paper analyzes major tunnel surrounding rock deformation causes, and puts forward field processing measures and construction technology points of surrounding rock deformation, which effectively avoids the tunnel preliminary support deformation and promote smooth operation of the whole-line engineering as well.

tunnel, weak surrounding rock, preliminary support, deformation

1009-6825(2016)32-0185-02

2016-09-07

曹 偉(1986- )，男，工程師

U452.12

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