鹽田隧道初期支護結構侵限的處理

胡尚

（中國華西工程設計建設有限公司，廣東 深圳 518029）

1 概況

深圳市機荷高速公路鹽田港支線鹽田隧道位于梧桐山北東側，鹽田坳西側。隧道按分離式雙洞即單洞三車道單向行駛斷面設計，屬特大斷面隧道。左洞出口端的地質主要是以第四系殘坡積層砂質亞粘土及全風化凝灰巖為主。隧道按新奧法原理設計，采用復合式襯砌（初期支護和二次襯砌），該段襯砌厚度為50cm。左洞出口端ZK5+542~548段初期支護后，根據監控量測資料，ZK5+545斷面的拱頂最大下沉量達31.2cm，比設計暫定的預留沉降量20cm多下沉了11.2cm。根據實際凈空斷面測量，ZK5+542~548段（每米一個斷面，共6個斷面）的初期支護已侵入二次襯砌，最大侵入量為19cm，主要集中在拱頂范圍。

2 產生侵限的原因

2.1 地質原因

左洞出口段是淺埋段，埋深厚度約4~15m，左高右低，屬于偏壓較大的洞口，且圍巖情況較差，是以第四系殘坡積層砂質亞粘土及全風化凝灰巖為主，屬Ⅱ類圍巖，圍巖自穩能力差。

2.2 水對圍巖強度的影響

因施工時值雨季，雨水多，至使洞內水量比較大，而且因前期施工山頂出現的裂縫沒有及時封堵，泥砂巖遇水容易軟化膨脹，降低了圍巖強度，增大圍巖壓力。

2.3 施工方法的影響

由于施工方法不當，上、下導坑距離過長，仰拱施工比較慢，沒有及時封閉永久性仰拱，至使鋼拱架沒及時形成初支期護設計的環狀受力結構。

2.4 預留沉降量不足

監控量測是采用復合式襯砌隧道必須實施的項目。根據量測資料修正設計參數，指導施工。由于進洞方案是大管棚施工。而且大管棚數量和長度比設計增加了近一倍，原設計長度20m，數量33根，實際長度40m，數量57根。因此，沒有更多考慮增加預留沉降量，只按照設計及規范上暫定的Ⅱ類圍巖淺埋段的預留量20cm預留。至使預留沉降量不能滿足實際沉降要求。

由于上面的幾個原因，至使左線出口端K5+542~548段拱頂范圍的初期支護侵入二次襯砌。根據《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ-98）的襯砌厚度檢驗項目要求“不能小于設計”。因此，此段的初期支護必須處理。

3 初期支護情況分析

3.1 在原施工時為增加該段的安全系數，將φ108大管棚由原設計的33根增加至57根（環向向兩側延伸到大跨以下），長度由原設計的20m增加至40m，I22b工字鋼鋼拱架間距由原設計的75cm變更為50cm。初期支護結構在剛度、強度和穩定性方面都得到增強。

3.2 隧道在深進尺后，非雨水季節，地下水位降低，圍巖失水干燥，圍巖自身承載力得到增強。

3.3 仰拱施工后，形成整體閉合受力結構。

3.4 通過四個月的監控量測和觀察，地表下沉和周邊收斂已穩定，洞身變形已終止。

4 處理方案的比較

上述事實證明，此段隧道初期支護完全能承受山體壓力，二次襯砌作為隧道裝飾和應力儲備。針對此情況，采取以下比選處理方案：

4.1 方案一：將拱架更換

該方案是將初期支護結構拆除重做，由于該方案要對圍巖進行二次擾動，存在較大的安全隱患，施工時應注意以下事項：

（1）將侵限范圍以外的前后斷面先襯砌起來，形成安全屏障；（2）鋼拱架必須逐榀更換；（3）更換拱架時，必須先將噴射混凝土鑿除，將連接鋼筋、錨桿燒斷，不能使用機械把拱架強行拉下來；（4）更換拱架對圍巖進行二次擾動，要在原設計支護參數的基礎上增加初期支護強度。

4.2 方案二：等強代換

（1）當襯砌厚度在40~50cm時，取a=40cm，砼標號提高到C35。

按等量代換，取L＝1.0延長米做如下分析：

設計厚度A＝50cm，實際厚度a=40cm，C25=25Mpa=250N/cm2，C35=35Mpa=350N/cm2，設計承受力 N0＝A×L×C25＝1250KN,實際承受力 N＝a×L×C35=1400KN。N＞N0，即當 a=40cm 時，僅將砼標號由原來的C25提高至C35即可達到設計承載力要求。

（2）同理，當襯砌厚度在30~50cm時，取a=30cm，此時 N=a×L×C35=1050KN，N＜N0，此時需增加結構鋼筋補強。取Φ25螺紋鋼筋抗拉（壓）強度K=450MPa=4500N/cm2，則每延米需增加的鋼筋根數 n=(N0-N)/KA=(1250-1050)×1000/(4500×1.252×π)＝9.05 根，取 n=10，此時加上原設計每延米4根鋼筋，鋼筋總數達到14根，鋼筋間距過密，不利于施工,需再增加砼強度，即將砼標號提高到C40。

此時，N＝a×L×C40=1200KN，N＜N0，仍需增加鋼筋補強，n=(N0-N)/KA=(1250-1200)×1000/(4500×1.252×π)＝2.26 根，為便于施工，取 n=4根，內側和外側各增加2根。

結論：綜合（1）、（2），在不擾動現有的初期支護情況下，將砼標號由C25提高至C40，并在混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能（參量根據攪拌站經驗數據確定），同時增加Φ25鋼筋4根即可滿足設計承載力要求。

4.3 方案三：強度儲備

在ZK5+542~+548段增加中空注漿錨桿（間距100×100cm），提高圍巖的整體強度，并在二襯中斷面較小部分增加I18b鋼拱架，并在混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能（參量根據攪拌站經驗數據確定），根據實際情況，用Φ28鋼筋代替Φ25鋼筋。

5 侵限處理原則和處理方案的確定

5.1 侵限處理原則

根據初期支護已基本穩定的情況，在處理侵限部分時盡量不對該段圍巖再次大的擾動，宜采用局部補強的方法，不宜采用挑頂替換的方法。因此，決定在初期支護和二次襯砌中同時進行補強。并為確保施工質量和安全，在加固過程中及加固后對該段圍巖加強監控觀測。

5.2 洞頂平衡壓力措施

因為洞口山體左高右低，為了平衡洞頂山體壓力，左側高處降低4~5m，減低左側山體的側壓力，右側低處填高4~5m，以平衡左右兩邊的壓力。保證洞頂山體壓力的均衡。

5.3 初期支護加強措施

為增強該段圍巖自承能力，減小圍巖對襯砌的壓力，決定在該侵限段采用φ50小導管注漿對圍巖進行加固。縱向和環向間距均為1.5m，按梅花狀布置。小導管長度：4m/根。

5.4 二次襯砌加強措施

5.4.1 提高二次襯砌混凝土強度，從原設計的C25提高到C40。

5.4.2 在二次混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能，摻量根據攪拌站經驗數據確定為0.7~0.9kg/m3。

5.4.3 二次襯砌1#和2#主筋從原設計每米4根加密到每米6根。

6 處理方案的評述

方案一處理侵限屬于返工范疇，適用于范圍比較廣，但返工難度大，耽誤工期，處理不當有可能造成安全事故；方案二屬于等強代換，處理起來比較方便，安全系數較高，當侵限不算嚴重（一般以襯砌厚度的50%為限），通過補強措施能達到要求時，采用方案二；方案三屬于增加強度儲備范疇，可根據實際情況采用。

本例通過洞頂平衡壓力、初期支護和二次襯砌加強等組合措施，在侵限段加固過程中、加固后以及二次襯砌后，一直都對該段圍巖進行監控觀測，山體沒有出現新的裂縫。而且也沒有新的拱頂下沉增加。

7 結語

隧道洞口段的圍巖和施工條件一般都比較差，為了減少類似事件的發生概率，必須根據施工現場實際情況，在沒有確切的量測信息支持的情況下，宜根據經驗采用較為保守的預留變形量，并且應勤量測，及時反饋信息，及時調整預留參數，用以指導施工作業。當類似事件發生時，可參照本例，結合實際情況分析采用處理措施。

[1]黃成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.8.

[2]《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ071-98）隧道部分，人民交通出版社.