吳佳欣，陳彥

（甘肅鐵科建設工程咨詢有限公司，蘭州730000）

1 引言

從大量的工程經(jīng)驗中分析可知，應用新奧法進行隧道工程建設施工，制定出科學合理的監(jiān)控量測機制，準確測定變形尺寸，可以有效防止因圍巖變形嚴重而引發(fā)的安全隱患，更好地提升隧道結構的安全性與穩(wěn)定性。目前，在鐵路隧道工程項目施工中，復合襯砌施工是非常關鍵的一項技術，采取有效措施進行現(xiàn)場監(jiān)控量測并且掌握圍巖和支護結構的變化情況，按照相應的技術標準展開分析和研究，從而可以確定未進行開挖施工的巖體結構穩(wěn)定性和變形量是否達標，以便于根據(jù)工程實際情況做出方案調(diào)整，可以全面提升施工的安全性和穩(wěn)定性，保證工程質(zhì)量。

2 中老鐵路會富萊隧道工程概況

中老鐵路會富萊隧道總設計長度為6 968m，出口378m，設計為車站雙線路部分，其他結構位置則為單線段部分，隧道分進口、橫洞、新增斜井、斜井及出口5個工區(qū)組織施工。隧道位于瑯勃拉邦縫合帶北邊界，地質(zhì)構造極其復雜，變形段位于會富萊1號斷層與普巴道山斷層銳角挾持地帶。隧道穿越地層巖性以薄層狀板巖夾炭質(zhì)板巖為主，屬軟質(zhì)巖，巖層受多期構造運動影響，擠壓斷裂極為嚴重，產(chǎn)狀十分紊亂，圍巖整體表現(xiàn)出結構疏松、強度極低等特點。參照國內(nèi)類似工程判識標準，巖體強度與地應力比達到中等，嚴重到變形程度。按照掌子面的坍塌和初期支護混凝土結構部分的開裂脫落等情況，確定該地段的圍巖結構穩(wěn)定性較差，不能滿足承載性能的需要。設計不良地質(zhì)為巖溶、斷層破碎帶、巖爆及軟巖大變形及有害氣體等，結構容易發(fā)生變形、塌方等問題，隧道Ⅲ級圍巖采用全斷面爆破開挖，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖主要采用臺階法爆破開挖，其中會富萊隧道進口采用非爆破開挖。目前，會福萊隧道進口掌子面已通過會富萊1#斷層（D2K130+040），正在進入普巴道山斷層（D2K130+400），D2K130+230～+359施工過程中發(fā)生軟巖大變形。為了能夠達到施工及使用安全的要求，應該在施工中加強對于圍巖和支護結構部分的位移尺寸檢測，實現(xiàn)全過程的動態(tài)數(shù)據(jù)測量，以便更好地指導后續(xù)施工，為提升工程結構的整體性能奠定有利的基礎。

3 位移監(jiān)控量測

為了能夠充分地了解圍巖支護的實際情況，了解圍巖支護變形情況，確定最終穩(wěn)定時間，優(yōu)化各個施工環(huán)節(jié)，應嚴格按照國家標準和行業(yè)規(guī)范要求，制定軟巖變形嚴重部分的具體監(jiān)控量測實施方案，進行可以掌握其受力變形的狀態(tài)，規(guī)范準確地分析巖層穩(wěn)定性和支護性能。本工程中的監(jiān)測斷面分布狀況如圖1所示。

圖1 監(jiān)測斷面布置圖

根據(jù)本次工程中所選定的D2K130+260、D2K130+265、D2K130+300 3個監(jiān)測斷面，可以獲得拱頂下沉-時間曲線和周邊收斂-時間曲線，具體數(shù)據(jù)對比曲線如圖2所示。

1）D2K130+260預留變形量為25cm，采用I18型鋼支護。拱頂（GD）累計沉降294.2mm，上臺階（SL1）累計收斂403.23mm，下臺階（SL2）累計收斂144.16mm。

2）D2K130+265預留變形量為40cm，采用I18型鋼支護。拱頂（GD）累計沉降314.6mm，上臺階（SL1）累計收斂459.83mm，下臺階（SL2）累計收斂341.08mm。

3）D2K130+300預留變形量上臺階為65cm，下臺階為60cm，采用H175型鋼支護。拱頂（GD）累計沉降175.5mm，上臺階（SL1）累計收斂162.95mm，下臺階（SL2）累計收斂456.84mm。

圖2 3個監(jiān)測斷面拱頂下沉-時間曲線

分析數(shù)據(jù)可知，該隧道的3個斷面拱頂下沉曲線的變化狀態(tài)較大，在采用I18型工字鋼支護措施下，可以分成如下的幾個變化階段:掌子面結構部分開挖施工0～10d，拱頂沉降趨于穩(wěn)定，上臺階收斂變形較大，這是因為該地段軟巖變形較為明顯，存在的應力釋放比較大，錨桿與噴射混凝土結構部分并不完全達到支撐的需要，不能有效地控制變形【1】；掌子面在開挖進入到10～19d，下沉的速度有所減緩，整體的沉降趨勢有所減緩，但收斂仍然較大，這是因為初期支護結構部分已經(jīng)可以達到必要的支撐要求，能夠有效地抵抗變形，但因為兩側收斂壓力在逐步增大，導致初期支護部分在逐漸損壞，造成有些部分裂縫與掉塊脫落的問題較為嚴重；在掌子面結構開挖施工進入到20d之后，拱頂沉降基本上就能夠達到穩(wěn)定性的要求，達到該現(xiàn)象主要是因為掌子面位置上的圍巖進行全部封閉，并且與掌子面距離相近的位置上存在臨空的情況，因為持續(xù)的擠壓而造成變形較為嚴重，該環(huán)節(jié)中的沉降量相對較小，但其合計沉降尺寸為294mm、314mm，全部都在200mm以上，這就說明整個初期支護完全都進入到二次襯砌結構中，并且整個初期結構完全變形，掌子面坍塌較為嚴重，已經(jīng)出現(xiàn)嚴重的安全隱患。而當采用了H175型鋼之后，沉降收斂都得到了較大控制，拱頂沉降與上臺階收斂變形均控制在200mm以內(nèi)，而開挖下臺階后，收斂在0～10d有較大變化，10d之后趨于穩(wěn)定，可有效控制軟巖大變形的發(fā)展【2】。

4 控制軟巖大變形措施

從隧道掌子面周邊的3個斷面數(shù)據(jù)進行分析，能夠發(fā)現(xiàn)軟巖部分的變形量過大的情況下，其合計變形量已經(jīng)完全超出了預留變形量尺寸，同時，也存在變形速度過快且時間比較長等問題。還能夠分析確定，軟巖隧道嚴重變形主要是因為圍巖的松散度比較大，進而導致在地應力較高的情況下使得初期支護結構遭到損壞，進而造成了掌子面存在嚴重脫落的情況。要從以下幾點進行控制:

1）巖體風化相對比較廣大、節(jié)理裂隙發(fā)育比較嚴重，結構面的組合性能比較差，在地下水的影響下結構穩(wěn)定性下降，進而導致了塌方問題的出現(xiàn)，應該采取提前支護的方式進行處理，可以適當增加錨桿長度尺寸，以提升支護效果，同時應該避免對周邊巖體產(chǎn)生的不利影響。

2）圍巖穩(wěn)定性較差，開挖施工之后要即刻進行初期支護施工，避免圍巖暴露時間過長，同時要消除支護不及時而導致的穩(wěn)定性較差的情況，所以，要及時進行仰拱施工，形成封閉的結構。

3）選擇合適的二次襯砌施工時機，能夠消除部分圍巖變形，然后進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，圍巖在初支的20d時拱頂下沉可以達到穩(wěn)定性的要求，周邊收斂速度在達到0～1mm/d的情況下就可以進行變形控制，以提升初期支護結構的性能。

4）現(xiàn)場已采取的措施：

（1）將爆破開挖調(diào)整為非爆破開挖，從D2K130+296.6采用銑挖機開挖，減小對圍巖的擾動。

（2）三臺階快速封閉施工，上下臺階距離不超過6m，初支封閉成環(huán)距掌子面里程控制在15m以內(nèi)。通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，適當調(diào)整預留變形量30～60cm。

（3）短錨桿在初支噴混凝土后及時施作，控制圍巖初期變形；長錨桿在開挖斷面滿足長錨桿施作空間的情況下及時施作。對于支護變形不協(xié)調(diào)，現(xiàn)場適當調(diào)整長錨桿施作部位局部補強，對變形較大的部位適當增加，變形較小的部位可適當減少。

（4）根據(jù)沉降的變形速率，暫停掌子面掘進，增加臨時支撐，采用快速注漿工藝，注漿加固。

（5）加強支護型鋼，由I18工作調(diào)整為H175型鋼；臺階鋼架接頭處增設縱向連接工字鋼（I14）；增設雙層縱向連接筋；鋼架所有連接板采用三面滿焊，加強鋼架整體性。

優(yōu)化后施工情況：D2K130+437～+452預留變形量為40cm，采用H175型鋼支護。變形典型斷面為D2K130+445，如圖3所示。拱頂（GD）累計沉降147.7mm，上臺階（SL1）累計收斂210.34mm，下臺階（SL2）累計收斂269.47mm。封閉成環(huán)時間一般8～12d。

圖3 D2K130+445沉降收斂觀察數(shù)據(jù)折線圖

5 應力、應變監(jiān)控量測

經(jīng)過在施工中對D2K130+260、D2K130+265斷面位置上的應力應變-時間曲線關系圖分析發(fā)現(xiàn)，二襯在初支19d施工之后，可以采取有效的措施來嚴格控制其變形量，同時在初期支護的過程中，其壓力參數(shù)、混凝土應變值、鋼筋應力參數(shù)出現(xiàn)快速上升的情況，這就表示整個部分的圍巖加固施工可以有效地分擔初支的部分壓力，能夠有效地控制結構變形問題，隨著混凝土材料齡期的延長，二襯結構逐步達到強度的要求，可以保證結構更加穩(wěn)定。在整個結構部分的施工中，二襯施工在20d左右的情況下會表現(xiàn)得更加穩(wěn)定，則表示整個圍巖開挖施工的有效支護30d左右可以保持穩(wěn)定性，以避免存在嚴重的變形問題，但需要進行嚴格的應力、應變數(shù)據(jù)監(jiān)測，以便于及時做出調(diào)整，以更好地滿足工程結構性能的要求。

6 結語

通過對隧道工程結構中的軟巖變形較大部位的豎控量測，可以得出如下結論:

1）隧道結構部分的圍巖性能相對較差，結構穩(wěn)定性不足，從而使得開挖之后的拱頂存在嚴重變形的情況，經(jīng)過監(jiān)控量測后可以確定，3個斷面的沉降數(shù)據(jù)可以達到294mm、314mm，超出預計尺寸200mm，同時，在掌子面位置上還存在持續(xù)變形的問題，所以應該采取措施進行加固處理，以消除變形的問題。在采用了H175型鋼，增加了相應措施后，沉降收斂都得到了較大控制，拱頂沉降與上臺階收斂變形均控制在210mm以內(nèi)，下臺階收斂在270mm以內(nèi)并趨于穩(wěn)定，可以有效控制軟巖大變形的發(fā)展。

2）對監(jiān)控量測結果進行準確分析可以發(fā)現(xiàn)，在收斂速率保持在19d時趨于0～1mm/d，此時可以進行二襯施工，能夠有效地分擔支護壓力，可以避免初支沉降，從而可以使得整體結構穩(wěn)定性更強。