張偉

（山西路橋建設(shè)集團有限公司公路工程總承包分公司，山西 太原 030000）

1 工程概況

某公路隧道為分離式單向行駛雙車道隧道，行車速度設(shè)計為80km/h，左線起訖段為ZK1+735—ZK3+573，全長1 838m，最大埋深為194m；右線起訖段為YK1+737—YK3+573，全長1 836m，最大埋深為195m。通過監(jiān)控測量可知，隧道初支拱頂發(fā)生下沉和水平方向收斂，導致型鋼支架發(fā)生變形和扭曲，邊墻混凝土多處開裂，并伴有掉塊；經(jīng)進一步統(tǒng)計，拱頂下沉量達128cm，邊墻水平方向收斂達60cm；局部洞頂?shù)乇戆l(fā)生下沉，導致山體出現(xiàn)裂紋，于YK1+803—YK1+810段發(fā)生若干縱向開裂，其寬度最大處可達25cm，長度最大達15m左右?，F(xiàn)以該公路隧道為例，對其穿越斷層破碎帶的施工技術(shù)展開分析。

2 沉降與變形成因分析

導致該隧道穿越斷層破碎帶圍巖段產(chǎn)生沉降與變形現(xiàn)象的原因包含地質(zhì)、施工與設(shè)計3個方面。

2.1 地質(zhì)因素

（1）隧道的進口需從斷層破碎帶中穿越，其走向和隧道軸線成75°角，由破碎巖與壓碎巖兩部分組成。在斷層破碎帶的影響下，進口出現(xiàn)兩處不利節(jié)理，導致圍巖無法達到自穩(wěn)。

（2）隧道進洞施工正值當?shù)赜昶冢邓枯^大，開挖完成后雨水集中匯入隧道。受到地表水浸泡，泥巖與土發(fā)生軟化，物理力學指標大幅下降，導致承載平衡能力顯著減弱。

2.2 施工因素

（1）隧道開挖采用臺階法。右洞開挖比左洞開挖超前20～50m。在隧道開挖之前，巖體保持相對靜止，任意一點均受地層擠壓，處于初始應力狀態(tài)[1]。對右洞上臺階進行開挖后，圍巖約束被部分解除，初始應力狀態(tài)因受干擾而打破平衡，應力在圍巖中重新分布，轉(zhuǎn)入新的應力狀態(tài)，圍巖通過變形處于新的平衡狀態(tài)。因隧道進口處在斷層破碎帶且埋深較淺，所以巖體強度很小，不足以承受完成開挖后迅速變大的應力，進而發(fā)生塑性變形，高應力向深部轉(zhuǎn)移。上臺階開挖結(jié)束后未能及時將初支封閉成環(huán)，加之受地表水與層間水等水體的作用，使圍巖二次應力不斷變大，導致巖體向隧道內(nèi)發(fā)生的變形加劇。

（2）將左洞開挖到與右洞相對應的位置后，因受左洞開挖施工擾動的影響，右洞原本已經(jīng)處于平衡狀態(tài)的二次應力分布重新被破壞，再次轉(zhuǎn)入新的應力狀態(tài)，自穩(wěn)能力繼續(xù)降低，使初支下沉與水平收斂等不斷加大[2]。

（3）開挖施工采用臺階法。仰拱和掌子面之間的距離較大，初支沒有盡快封閉成環(huán)，導致兩洞初支變形時間長，產(chǎn)生較大變形量；另外，在邊墻鋼架施工中對地下水的處理不當，使基底圍巖被長時間浸泡，導致該部位承載力大幅降低，引起初支變形與沉降。因該段地層在節(jié)理影響下呈塊狀，所以在開挖完成后有底層損失的風險，受重力作用后淺埋段的地表將產(chǎn)生裂紋，其方向與隧道軸線方向保持垂直[3]。

2.3 設(shè)計因素

（1）隧道進口位置處于緩坡帶，且有逆斷層存在，加之左右洞之間的距離很小，故對隧道施工十分不利。

（2）對于進口段存在的逆斷層，設(shè)計采取中壁法進行開挖。在變換了施工方法后未能對初期參數(shù)進行調(diào)整，使原支護無法起到應有的抑制變形的作用。支護參數(shù)為：①噴混凝土：全環(huán)噴射C20混凝土，厚26cm；②預留變形量：全環(huán)20cm；③二次襯砌：C30氣密性鋼筋混凝土，厚65cm；④鋼筋網(wǎng)：全環(huán)?8鋼筋（20cm×20cm）；⑤拱部錨桿：?22組合錨桿，長4m，縱×環(huán)=0.5m×0.8m；⑥邊墻錨桿：?22砂漿錨桿，長3m，縱×環(huán)=0.5m×0.8m；⑦超前支護：大小外插角雙層?42小導管，長3.5m，縱×環(huán)=2.0m×0.4m；⑧型鋼鋼架：全環(huán)120a型鋼，間距0.5m，拱腳與墻角分別設(shè)置2根鎖腳錨桿，采用?22砂漿錨桿。

3 變形處理

根據(jù)監(jiān)控測量結(jié)果，隧道初支產(chǎn)生了嚴重的變形，已經(jīng)對二襯空間造成侵入，不僅影響后續(xù)施工，而且有很大安全隱患。為解決這一問題，制定如下處理方法：

（1）適當調(diào)整隧道縱坡。在不影響整體線路的基礎(chǔ)上，將該段路線縱坡從2.6%調(diào)整至3.15%，使洞口設(shè)計高程相比調(diào)整前降低50cm左右，有效減少拆換施工。

（2）優(yōu)化隧道內(nèi)輪廓。在不影響建筑界限的基礎(chǔ)上，對隧道內(nèi)輪廓進行優(yōu)化，使拱部高度下降40cm，以減少已成型初支的拆除。

（3）拆換侵限段初支。采用人工夯填地表裂紋，開挖排水溝引排地表水，避免地表水通過裂紋進入圍巖；在需拆換的段落前后分別設(shè)置臨時鋼架以加強支護，并在鋼架和初支之間楔緊方木塊，然后對圍巖實施灌漿加固；為確保保留下來的初支保持穩(wěn)定，在拆換之前需在保留的鋼架端頭增設(shè)鎖腳錨桿；將侵限段的初支拆除后，擴挖到經(jīng)過調(diào)整的輪廓線，然后噴射一層厚度為9cm的鋼纖維混凝土以使開挖面封閉成環(huán)，并安裝新鋼架，用鎖腳錨桿將其固定，最后復噴一層混凝土，直至達到設(shè)計要求的厚度；在拆換過程中，按照從上到下的順序?qū)⒃踔ц彸?，然后逐榀更換新鋼架。拆換時應做好監(jiān)控測量，每天至少測量3次，同時按照5m的間隔設(shè)置測量斷面；在開挖下臺階的過程中，應盡快為仰拱與邊墻施作初支，比如利用豎撐為開挖完成后處于懸空狀態(tài)的拱墻提供支撐，并盡快填充混凝土。

（4）調(diào)整支護參數(shù)。結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，為有效抑制拱頂?shù)淖冃魏拖鲁粒鑼€沒有開挖的部分改用大拱腳的方法，并在隧道兩側(cè)邊墻額外設(shè)置28a槽鋼，將支護參數(shù)調(diào)整為：①噴混凝土：全環(huán)噴射C20混凝土，厚26cm；②預留變形量：全環(huán)30cm；③二次襯砌：C30氣密性鋼筋混凝土，厚65cm；④鋼筋網(wǎng)：全環(huán)?8鋼筋（20cm×20cm）；⑤拱部錨桿：?22組合錨桿，長4.5m，縱×環(huán)=0.6m×0.8m；⑥邊墻錨桿：?22砂漿錨桿，長3m，縱×環(huán)=0.6m×0.8m；⑦超前支護：大小外插角雙層?42小導管，大插腳長3.5m，小插腳長4.5m，縱×環(huán)=2.4m×0.4m；⑧型鋼鋼架：全環(huán)HW200型鋼，縱向間距0.6m，拱腳與墻腳分別設(shè)置2根鎖腳錨桿，采用?28砂漿錨桿。

4 變形控制與施工注意事項

針對隧道初支產(chǎn)生沉降與變形問題和地表出現(xiàn)裂紋的具體原因，隧道后續(xù)開挖施工中應著重加強施工管理，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，確保圍巖變形始終處于可控范圍之內(nèi)。

4.1 超前支護

嚴格按照設(shè)計支護參數(shù)進行施工，注漿時需要以注漿壓力和注漿量為依據(jù)對注漿參數(shù)進行調(diào)整，確保拱部圍巖形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，從而減小初支鋼架承受的壓力。

4.2 選擇適宜的工法

開挖施工宜采用微臺階法，并優(yōu)先考慮大拱腳，在鋼架基底采用槽鋼進行縱向連接，當開挖進尺達0.5m且上臺階開挖完成后，立即進行臨時仰拱施工，及時將掌子面封閉成環(huán)。將下臺階和上臺階之間的距離控制在15m以內(nèi)，否則應暫時停止開挖，僅施工下臺階，確保仰拱及其初支可盡快封閉成環(huán)。在必要的情況下，可采用噴射混凝土的方法使掌子面封閉。

4.3 開挖方式

在預裂爆破基礎(chǔ)上，將深孔爆破更換成淺孔爆破，盡量放小炮，用減小爆破對圍巖造成的擾動，在條件允許的情況下優(yōu)先采用機械進行開挖。

4.4 預留變形量

因地下工程存在不可預見性，且圍巖自穩(wěn)性差，為防止圍巖出現(xiàn)較大的變形，造成侵限，應允許圍巖出現(xiàn)一定程度的變形。為此，將預留變形量從之前的20cm增大到30cm。

4.5 地下水與施工用水

大量實踐表明，水會對圍巖尤其是軟弱圍巖自身力學性能造成很大影響，不論地下水或施工用水，不僅會增加支護結(jié)構(gòu)受到的荷載，而且會減小圍巖承載力，導致初支失穩(wěn)。因隧道從斷層破碎帶中穿過，所以圍巖主要為泥巖或泥質(zhì)砂巖，此類圍巖具有遇水后極易軟化的特點。對此，施工中需采用導流管進行引水，否則會對拱腳基底處的圍巖造成長時間浸泡。

5 結(jié)語

綜上所述，當隧道工程需要從斷層破碎帶中穿越時，應在設(shè)計過程中考慮通過增加兩洞之間的距離來防止開挖施工中造成相互影響。針對已經(jīng)產(chǎn)生的沉降及變形問題，需在明確其產(chǎn)生原因后，盡快采取針對性措施加以處理，并在后續(xù)施工中制定有效的預防措施。