初期支護(hù)大變形是崩坡積體隧道施工常遇的難題之一。文章依托廣西某高速公路隧道工程，分析了崩坡積體隧道洞身淺埋段初期支護(hù)大變形的原因，提出針對性的控制措施，并采用數(shù)值計算和現(xiàn)場監(jiān)控量測方法對其效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明：不良地質(zhì)、施工不當(dāng)及降雨入滲等因素是引起隧道初期支護(hù)大變形的主要原因；采取臨時支撐、徑向注漿、鎖腳鋼管樁等綜合措施可有效控制隧道變形。

淺埋隧道；崩坡積體；大變形；控制技術(shù)；數(shù)值模擬

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作者簡介：歐陽慕（1992—），碩士，工程師，主要從事公路隧道設(shè)計工作。

0" 引言

我國西部地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，在隧道建設(shè)過程中，初期支護(hù)大變形問題時有發(fā)生，尤其是在隧道穿越軟弱地層時較為普遍［1］。針對此類問題的產(chǎn)生原因及其控制措施，許多學(xué)者做了大量研究和總結(jié)。戴永浩等［2］在大梁隧道中研究隧道大變形機(jī)理，并采用加大預(yù)留變形量、拱頂超前注漿及增長拱腳長錨桿等措施，有效解決了軟巖大變形控制問題。王志杰等［3］研究了隧道穿越第四系富水紅砂巖地層的隧道變形特征，并采用反壓回填、加密注漿及降水等措施成功處治了隧道大變形病害。苗景川等［4］分析了粉砂質(zhì)泥巖淺埋偏壓隧道洞口段大變形的原因，提出了超前管棚支護(hù)、小導(dǎo)管注漿等綜合控制措施。由于地質(zhì)的復(fù)雜及多樣性，隧道大變形控制技術(shù)沒有普適性的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，對于特定工程需要進(jìn)行針對性的研究。

本文對某崩坡積體隧道初期支護(hù)大變形的工程案例進(jìn)行分析，旨在查明發(fā)生大變形的誘因，提出相應(yīng)的變形控制措施并分析其有效性，以期為類似隧道工程設(shè)計和施工提供參考。

1" 工程概況

某隧道位于廣西來賓市忻城縣境內(nèi)，按設(shè)計時速為120 km的高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)置為上下分離雙向四車道，隧道左右洞平均長度為1 620 m，屬長隧道。隧道左洞出口段位于巨厚崩坡積體及大型沖溝邊緣，鉆孔揭示崩坡體局部厚度＞50.9 m。崩坡積體主要由第四系殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土構(gòu)成，崩坡積體下伏基巖為中風(fēng)化灰?guī)r。

2" 初期支護(hù)大變形過程

2020-09-05，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該隧道左洞洞身淺埋段ZK73+526處初期支護(hù)右側(cè)拱腰位置出現(xiàn)一條約長2 m的環(huán)向裂縫，局部位置C25噴射混凝土發(fā)生剝落現(xiàn)象，該樁號處隧道埋深約為25 m。同時現(xiàn)場地表巡視發(fā)現(xiàn)隧道周邊地表產(chǎn)生了地裂縫，地表露出為含碎石粉質(zhì)黏土。對隧道斷面凈空進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果表明：ZK73+523～ZK73+532段落隧道初期支護(hù)沉降變形＞150 mm，出現(xiàn)了不同程度的侵限，且受降雨影響，隧道變形加劇，沉降速率較快。

3" 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及相關(guān)資料分析，該隧道段落初期支護(hù)大變形的原因主要有以下3個方面：

（1）地質(zhì)復(fù)雜。崩坡積體具有物質(zhì)組成不均勻、孔隙度大、結(jié)構(gòu)松散等特性。隧道穿越崩坡積體，表現(xiàn)為圍巖整體性差、自穩(wěn)能力低，易受施工開挖爆破等動荷載影響導(dǎo)致失穩(wěn)，圍巖松動圈范圍擴(kuò)大，加大了初期支護(hù)背面?zhèn)葔毫Α?/p>

（2）施工布距不當(dāng)。隧道臺階開挖過長，圍巖應(yīng)力一次釋放量大，形成較大塑性區(qū)。同時上下臺階落底地基不實且未能及時做好鎖腳錨管，使應(yīng)力作用在某一薄弱區(qū)域，圍巖變形易突變，從而造成初支出現(xiàn)裂縫和剝落現(xiàn)象。

（3）降雨入滲。隧道鄰近沖溝，開挖前未提前做好排水溝，施工期間持續(xù)降雨，受雨水入滲影響，黏土質(zhì)部分圍巖吸水軟化，抗剪強(qiáng)度降低，承載能力下降，巖土體重度增加導(dǎo)致隧道圍壓增大，初期支護(hù)變形加劇。

4" 隧道變形控制措施

4.1" 設(shè)置臨時支撐

為控制初期支護(hù)變形的進(jìn)一步發(fā)展，在ZK73+523～ZK73+532侵限段對隧道周壁設(shè)置臨時Ⅰ18工字鋼拱形支撐，鋼架縱向間距為0.6 m，鋼架落底處設(shè)置混凝土基礎(chǔ)，防止鋼架沉降，施工時應(yīng)盡量保證鋼架與初期支護(hù)密貼。

4.2" 徑向注漿

完成臨時支撐后，采用4.5 m長的42 mm×4 mm注漿小導(dǎo)管對隧道周壁進(jìn)行徑向注漿加固，小導(dǎo)管按1.2 m×1.2 m的梅花形布設(shè)。小導(dǎo)管止?jié){段≥30 cm。

4.3" 換拱并施工初期支護(hù)

在隧道進(jìn)行加固后，拆除臨時支撐，接著擴(kuò)挖隧道，對揭露的巖土面及時噴射混凝土封閉并更換鋼拱架。拱架縱向間距為50 cm，并采用Ⅰ14工字鋼縱向連接。拆除過程中應(yīng)密切觀察臨時加固拱架及初期支護(hù)的變形和位移情況。

4.4" 增設(shè)鎖腳鋼管樁

隧道采用三臺階法開挖，架立正鋼拱架后及時在開挖臺階兩側(cè)拱腳處設(shè)置6 m長的108 mm×6 mm的鎖腳鋼管樁，下插角度為60°，并與鋼拱架實現(xiàn)有效連接。

4.5" 施工初支仰拱和二次襯砌

適時施工初支仰拱，使初期支護(hù)盡早閉合成環(huán)，改善初期支護(hù)受力。在滿足隧道開挖要求及臺階穩(wěn)定的前提下，縮短上臺階長度，盡快使初期支護(hù)封閉成環(huán)。仰拱和二次襯砌施工可按每3～5 m為一個施工段。

4.6" 防排水措施

對地表裂縫灌填水泥砂漿或黏土，并在原有沖溝處施工截、排水溝，防止降水下滲至隧道巖土體中。在隧道襯砌背后增設(shè)豎向盲管（滲水處），加密隧道環(huán)向盲管并及時接通。

崩坡積體淺埋隧道大變形控制技術(shù)及效果分析/歐陽慕，陳增穩(wěn)，楊昆光，謝" 沃

5" 變形控制效果分析

5.1 "數(shù)值模擬分析

5.1.1" 模型建立及參數(shù)選取

為驗證相關(guān)控制措施的有效性，本文采用Midas NX軟件建立二維平面模型對大變形處治后的隧道進(jìn)行模擬分析。為降低邊界影響，模型中隧道輪廓線距離兩側(cè)邊及底部各取隧道寬度的3倍左右，底部采用固端約束，兩側(cè)水平方向約束，頂面為自由面，荷載釋放比設(shè)為0.4∶0.6，模型總尺寸為95 m（長）×88 m（寬），如圖1所示。隧道所處地層采用平面應(yīng)變單元，錨管及鎖腳鋼管樁均采用桁架單元，結(jié)合現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果及規(guī)范［5］要求，各材料物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

5.1.2 "數(shù)值計算結(jié)果分析

5.1.2.1" 圍巖位移

由圖2、圖3可知，對隧道采取綜合控制措施后的圍

巖最大豎向位移（y向）發(fā)生在拱頂偏右側(cè)，其值為41.2 mm；隧道水平向最大位移處為隧道右側(cè)拱腰附近，其最大位移為26.7 mm，對應(yīng)的最大水平收斂值為53 mm?？傮w而言，隧道水平向、豎向位移均在圍巖穩(wěn)定的可控范圍之內(nèi)，方案安全。

5.1.2.2" 初期支護(hù)應(yīng)力

對大變形段進(jìn)行處治后，隧道初期支護(hù)最大主應(yīng)力為1.83 MPa（拉應(yīng)力），最小主應(yīng)力為-11.2 MPa，均小于C25混凝土強(qiáng)度指標(biāo)，滿足規(guī)范要求［5］，隧道結(jié)構(gòu)安全。見下頁圖4～5。

5.2" 監(jiān)控量測結(jié)果分析

選取ZK73+530處為典型斷面，整理現(xiàn)場對拱頂位移及水平收斂的監(jiān)測值，結(jié)果如圖6～7所示：隧道拱頂位移最大沉降為44.1 mm，與模擬計算值誤差較??；水平收斂監(jiān)控量測值為41.2 mm，低于隧道計算模擬值，其原因在于現(xiàn)場監(jiān)控量測布設(shè)的測點位置與數(shù)值計算所得的最大水平收斂值對應(yīng)的位置有所不同。總體而言，綜合現(xiàn)場監(jiān)控量測和數(shù)值計算結(jié)果可知，兩者數(shù)值均在Ⅲ級位移管理范圍之內(nèi)［6］，初期支護(hù)變形可控，隧道結(jié)構(gòu)安全。

6" 結(jié)語

本文依托某高速公路隧道工程，對隧道初期支護(hù)大變形控制措施及其效果進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

（1）該隧道初期支護(hù)發(fā)生大變形主要是受工程特性較差的地質(zhì)條件、不當(dāng)?shù)氖┕すば蛞约敖涤甑榷嘁蛩赜绊懢C合引起。針對水文及工程地質(zhì)復(fù)雜的崩坡積體隧道，

施工時應(yīng)堅持短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測等施工原則，以保證隧道結(jié)構(gòu)安全。

（2）通過采取臨時支撐、徑向注漿、增設(shè)鎖腳鋼管樁、逐榀換拱、改善排水設(shè)施、仰拱及時封閉等綜合措施，崩坡積體淺埋隧道初期支護(hù)大變形可得到有效控制。

［1］任永強(qiáng)，喬" 雄，劉文高，等.喀魯莫其隧道初支大變形的處治措施研究［J］.鐵道工程學(xué)報，2022，39（9）：101-109.

［2］戴永浩，陳衛(wèi)忠，田洪銘，等.大梁隧道軟巖大變形及其支護(hù)方案研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2015，34（2）：4 149-4 156.

［3］王志杰，徐君祥，徐海巖，等.第四系富水紅砂巖地層隧道圍巖變形特征研究［J］.鐵道工程學(xué)報，2018，35（9）：54-60.

［4］苗景川，陳" 諾，鄭文飛，等．粉砂質(zhì)泥巖淺埋偏壓隧道洞口段大變形機(jī)理及治理措施［J］.水電能源科學(xué)，2023，41（11）：133-137.

［5］JTG 3370.1-2018，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］JTG/T 3360-2020，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

20240327