張龍生，何慧兵

(1.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330008;2.江西公路交通工程有限公司，江西 南昌 330008)

1 工程概況

江西省昌寧高速公路川風(fēng)凹隧道設(shè)計為分離式隧道，雙向四車道。隧道左線長1 255 m，起止樁號ZK156+130～ZK157+385；右線長1 235 m，起止樁號YK156+125～YK157+360；隧道最大埋深約165 m。隧道區(qū)微地貌屬侵蝕低山地貌，海拔高程約為200～360 m，經(jīng)過區(qū)域地表地形整體起伏不大，地形較緩，進口段坡度約10°～12°，地形較緩，出口段坡度約15°～30°，地形上陡下緩。隧道與山體大角度相交，隧址區(qū)發(fā)育有數(shù)條近南北向小沖溝。

2015年5月14日至5月15日，隧道右洞進口段YK156+168～181上臺階3個監(jiān)控量測斷面均出現(xiàn)較大下沉，其中，YK156+168拱頂下沉132 mm，YK156+173斷面拱頂下沉84 mm，YK156+178拱頂下沉20 mm。初期支護變形持續(xù)發(fā)展，至5月22日，YK156+168～181段初支下沉加劇，掌子面附近最大累計下沉量達1.39 m；同時，地表在YK156+187附近出現(xiàn)塌陷，呈圓形凹陷狀，直徑約2.6 m，最大塌深1.8 m左右，下沉地表四周出現(xiàn)明顯裂縫。隧道該段為洞口淺埋段，埋深14 m左右，圍巖穩(wěn)定性差，遇水濕陷。

2 大變形原因分析

(1)淺埋段。隧道右洞YK156+125～320進口段洞頂埋深3～25 m，屬于淺埋段，隧道開挖后，不能形成壓力拱，支護結(jié)構(gòu)將承受其上面的全部上覆土所產(chǎn)生的土壓力。由于尚未施作仰拱，初支結(jié)構(gòu)未閉合，且大變形段已過大管棚支護地段，支護結(jié)構(gòu)不足以承擔(dān)上覆土壓力，產(chǎn)生隧道大變形和地表塌陷。

(2)圍巖穩(wěn)定性差。隧道右洞YK156+125～320進口段設(shè)計為V級圍巖。地層巖性為全風(fēng)化中粗粒斑狀黑云二長花崗巖，手捏呈散體狀，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，巖體具微弱殘余結(jié)構(gòu)強度，巖體破碎～極破碎，地基承載力基本容許值250 kPa。圍巖穩(wěn)定性極差，造成鎖腳錨桿握裹力不足，拱架拱腳軟弱，初期支護下沉抵抗力下降，加劇了初期支護的下沉。

(3)地下水滲透破壞作用。施工正處于雨季，初期支護大變形前持續(xù)兩個星期降雨，滲水量大，導(dǎo)致覆蓋層土體含水飽和，土體重量增加，圍巖軟化、泥化，呈松散狀，粘聚力迅速降低，承載自穩(wěn)能力急劇下降。淺埋軟弱段圍巖在地下水的滲透破壞作用下，最終導(dǎo)致初期支護荷載急增，變形急劇增大，發(fā)生大變形。

3 綜合處治技術(shù)措施

3.1 地質(zhì)情況超前探測

為進一步掌握掌子面前方巖體性質(zhì)及地下水的賦存情況，避免施工過程中發(fā)生涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，進行地質(zhì)雷達超前預(yù)報工作。采用天線主頻100 MHz、型號SIR-3000的地質(zhì)雷達對掌子面前方30 m地質(zhì)情況進行探測。在掌子面附近布置一條長8 m測線，由左向右進行探測。

分析地質(zhì)雷達的彩色成像成果圖，結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)資料推斷掌子面前方地質(zhì)情況。從預(yù)測結(jié)果來看，預(yù)報范圍內(nèi)波形較凌亂，能量衰減較大。判斷預(yù)報范圍內(nèi)圍巖情況與當(dāng)前揭露的掌子面圍巖條件基本一致，未見有變好的趨勢。圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性差，圍巖呈全強風(fēng)化，圍巖自穩(wěn)能力較差。結(jié)合該洞段開挖出露的地質(zhì)情況，判定預(yù)報范圍段圍巖等級為V級，開挖后應(yīng)及時支護，防止塌方、掉塊等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

3.2 地表塌坑注漿回填

塌坑處于匯水地帶，為防止長時間雨水沖刷和積累造成掌子面發(fā)生坍塌，在塌陷區(qū)四周外圍10 m修筑0.5 m×0.5 m截水溝，攔截地表水，確保塌陷區(qū)不積水。塌陷區(qū)及其周邊圍巖呈松散狀，巖體孔隙率大易滲水,采用φ42×3.5 mm鋼花管對塌坑周邊5 m及底部巖體進行注漿封堵加固。塌坑底部采用6 m長注漿小導(dǎo)管加固，塌坑周邊采用9 m長注漿小導(dǎo)管加固。注漿管間距150 cm×150 cm，梅花形布置，采用水泥單液漿，注漿壓力0.5～1.5 MPa。

注漿完成后進行塌坑回填，采用粉質(zhì)黏土回填，回填土分層夯實，層厚30 cm?；靥钔另敳孔龀升敱碃钜员ＷC降水順利排出，回填土覆蓋范圍大于塌坑表面。回填完成后，在回填土表面進行10 cm厚掛網(wǎng)噴錨支護封閉，確保塌陷區(qū)不滲水。

3.3 初期支護繼續(xù)變形控制

掌子面停止開挖施工，掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)間距20 cm×20 cm，并噴射20 cm厚C20混凝土進行封閉。在初支大變形段設(shè)置洞內(nèi)豎向及橫向鋼支撐加強，確保變形段穩(wěn)定，為后續(xù)處理提供安全保障。在上臺階鋼支撐左右拱腳各增設(shè)1根4 m長φ108×6 mm注漿鎖腳錨管，控制拱腳下沉。從YK156+162往洞外對已施工仰拱填充地段及時澆筑二襯混凝土，確保后方安全與穩(wěn)定。加強變形段的監(jiān)控量測頻率，確保施工安全。

3.4 洞內(nèi)管棚注漿加固

洞內(nèi)變形段前部YK156+163～168范圍采用片石和碎石進行回填，修筑洞內(nèi)長管棚工作平臺。在洞內(nèi)YK156+166～168處施作3榀I18工字鋼套拱，套拱間距1 m。套拱左右兩側(cè)拱腳采用I18工字鋼進行縱向連接，工字鋼拱腰、拱腳部各設(shè)置6 m長φ108×6 mm注漿鎖腳錨管，縱向間距0.5 m；套拱拱腳以上縱向采用Φ22鋼筋連接，并掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)@20×20 cm，噴射C20混凝土加強。確保洞內(nèi)套拱穩(wěn)定。

洞內(nèi)套拱施工完后，在洞內(nèi)施作注漿長管棚，對前方圍巖進行超前支護和加固。管棚長度30 m，仰角3°～5°，環(huán)向間距40 cm，環(huán)向37根。注漿材料采用1∶1水泥單液漿，注漿壓力0.5～2.0 MPa。

3.5 開挖及支護控制

隧道變形段及前方30 m圍巖軟弱且淺埋，應(yīng)縮小開挖斷面，逐步開挖。采用三臺階臨時仰拱法開挖，使各臺階成環(huán)受力，抵抗變形。上臺階開挖進尺不大于1榀鋼架間距，邊墻開挖進尺不大于2榀鋼架間距，仰拱開挖進尺不大于3 m；上臺階開挖支護3～5 m后開挖中臺階，中臺階開挖支護3～5 m后開挖下臺階；仰拱距掌子面控制在30～35 m。開挖后立即施作初期支護，并每間隔2榀鋼拱架設(shè)臨時仰拱鋼支撐；上、中臺階鋼支撐左右拱腳處各增設(shè)1根5 m長φ108×6 mm注漿鎖腳錨管，控制沉降。

施作注漿小導(dǎo)管超前支護后開挖，小導(dǎo)管長度2.5 m，環(huán)向間距40 cm，每0.5 m施工一環(huán)，注漿材料采用1∶1水泥單漿液，注漿壓力0.5～1.0 MPa。初支鋼支撐采用I20工字鋼，間距50 cm，噴射混凝土厚度25 cm。初期至完成后，每隔5 m布置監(jiān)測斷面對隧道拱頂沉降和周邊收斂進行嚴(yán)密監(jiān)測，監(jiān)測頻率2～3次/天。分析反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定二次襯砌施工時間。

3.6 初支侵限段換拱

在完成YK156+168～181段前后二襯施工且二襯達到設(shè)計強度的90%以上后，返回處理初支大變形和施作長管棚導(dǎo)致的侵限段落。換拱作業(yè)前每隔2 m布置斷面加密監(jiān)測，每6 h進行1次監(jiān)測。

根據(jù)斷面侵限情況，對上臺階拱腰至拱頂部位初支鋼拱架采用一次性換拱，換拱作業(yè)由大里程向小里程方向進行。在需要換拱的鋼架旁邊用風(fēng)鎬刻槽，達到設(shè)計深度后將置換的鋼架嵌入槽中，逐榀對侵限初支鋼架進行置換。待監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可拆除原侵限部位拱架，并及時進行噴射混凝土封閉，確保拱架的連接及鎖腳錨管的施工質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。拱架置換長度達到6 m后，根據(jù)

現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果及時施作二襯。

4 治理效果分析

川風(fēng)凹隧道進口段大變形經(jīng)過上述系統(tǒng)的處理后，對圍巖變形情況進行監(jiān)測，評價治理效果。以YK156+174斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1所示。從變監(jiān)控量測數(shù)據(jù)曲線可知，治理段圍巖變形收斂速度快，累計最大拱頂沉降25.1 mm，累計最大水平收斂20.3 mm，最終變形量均在規(guī)范允許范圍，變形得到有效控制。

圖1 YK156+174斷面圍巖變形時態(tài)曲線

5 結(jié)束語

在進行淺埋軟弱圍巖段隧道大變形施工處理時，應(yīng)遵循“先穩(wěn)固、防擴展、后加固、穩(wěn)通過”原則，采用系統(tǒng)的施工控制技術(shù)，保證隧道施工安全。川風(fēng)凹隧道進口淺埋軟弱圍巖段大變形處理采用地質(zhì)情況探測、地表塌陷封閉、繼續(xù)變形控制、洞內(nèi)管棚注漿加固、三臺階臨時仰拱法開挖和強支護的系統(tǒng)處理技術(shù)后，圍巖變形得到有效控制，隧道安全順利通過大變形段，治理效果良好，可為類似工程施工處理提供一定的借鑒。

[1] 錢七虎. 地下工程建設(shè)安全面臨的挑戰(zhàn)與對策[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報, 2012, 31(10):1945-1956.

[2] 姜同虎, 霍三勝, 葉飛, 等. 淺埋軟弱破碎圍巖隧道進洞施工技術(shù)研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2011, 48(3):117-122.

[3] 康飛. 淺埋偏壓軟弱圍巖隧道施工技術(shù)研究[J].黑龍江交通科技, 2015,(11):115-116.