隧道上導坑初期支護發生變形處理施工方案

黃志榮

(中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司，福建福州 350013)

1 工程概況

龍巖市工業東路隧道工程建設地點為龍巖中心城區北側，設雙向分離式隧道，隧道左、右洞均在解放北路與工業中路交叉口東側進洞，線位在后山東側的沖溝段向北側偏移，以避免高邊坡開挖，出口側連接線與東興路交叉。左隧道里程ZK0+100～ZK1+636.66，全長為1536.66m，右隧道里程 YK0+100～YK1+634.56，全長為1534.56m，隧道總寬3.75×2+0.5×2+1.0×0.2=10.5m(每座隧道)。隧道右洞進口YK0+100～YK0+403段圍巖為強風化石英砂巖，巖體極破碎、側壁穩定性差，易產生較大坍塌，地下水呈點滴狀，設計為Ⅴ類圍巖。

2 初期支護變形概況

工業東路隧道于2009年10月1日開始進洞掘進開挖，由于隧道左右洞K0+122～K0+300段穿越洞頂密集民房區，該段隧道采用CRD法開挖。截止到2010年1月1日，右洞進口端上導坑右側掘進支護126m，上導坑左側掘進支護100m，下導坑右側掘進支護90m，下導坑左側掘進支護80m，并施作仰拱初支形成封閉及C15混凝土隧底回填。

2010年1月1 日23:30左右，隧道右洞右側上導坑YK0+200～YK0+221段初期支護右側Ⅰ20b工字鋼突然向隧道中心發生側向位移，拱頂拱腰發生變形。出現險情后，現場立即采取了緊急處理措施，啟動應急預案，同時向上級報告情況。

變形事故立即引起了上級領導高度重視，有關領導均以最短的時間火速趕赴現場，指揮搶險工作，組織搶險工作的實施。到2日00:30洞頂居民均安全撤離原住房，2日凌晨3:30變形段Ⅰ20工字鋼臨時支撐完成，防止圍巖變形進一步發展。

3 初期支護變形的緊急處理方案

1)人員疏散。出現險情后立即停止施工，組織洞內施工人員安全撤離施工現場，同時啟動應急預案，立即派人到洞頂區，連夜組織當地居民撤離原住房，把他們安排到市內賓館居住，并做好他們的思想工作，取得他們的理解和支持。

2)初期支護變形影響段的緊急處理。初期支護右側Ⅰ20b工字鋼突然向隧道中心發生側向位移后，此段拱腰變形，拱頂開裂，并且整個支護斷面全部侵入襯砌凈空，并不時出現碎渣從縫隙中流出。為了控制此段的支護繼續變形，防止此段發生塌方而加長整個塌方長度，同時擔心危及到洞頂民房的安全，及時用料庫現有的Ⅰ20工字鋼進行橫向、豎向臨時加固支撐，防止圍巖進一步變形發展。

3)加強圍巖量測監控。a.在洞內進行拱頂下沉及周邊收斂量測，監測結果表明，采取了臨時加固措施之后，圍巖變形基本趨于穩定。b.在洞頂地表設置觀測點，監測地表沉陷變化情況，以防止意外事故發生。

4 初期支護發生側向位移原因分析

初期支護右側工字鋼發生側向位移后，業主組織勘察、設計、監理、施工單位并邀請市質量安全監督站等有關專家到現場查看，共同分析，一致認為變形主要原因是隧道右洞右側圍巖有斷裂帶，由于隧道開挖破壞原有結構，而產生很大的側向偏壓，把已經支護好的工字鋼推移。

5 初期支護變形處理施工方案

初期支護工字鋼發生側向位移后，對YK0+200～YK0+221段初期支護進行全面量測，因受工字鋼側向位移影響，此段圍巖整體性已被破壞，存在大面積的初期支護侵限，其中最大侵限值為38.5cm，而且隧道軸線右側比左側侵限的厚度和長度偏大，因此處理原則先臨時支撐，后打管注漿加固圍巖，再鑿除侵限部位，然后初期支護，最后襯砌。隧道初期支護變形見圖1。

圖1 上導坑初期支護變形縱斷面圖

首先及時采用工地料庫現有的Ⅰ20工字鋼進行橫向、豎向臨時加固支撐，防止圍巖變形發展。Ⅰ20工字鋼長度6.5m，縱向間距1m布置。

5.1 隧道右洞右側拱腰處圍巖斷裂帶φ108無縫鋼管注漿

根據地質補充鉆探可知，右側圍巖斷裂帶位置距離隧道右側初期支護面約8.0m。通過注漿對隧道斷裂帶及周圍松散巖體進行加固，使注漿之后在隧道輪廓右側形成2m～8m厚的注漿固結殼體并與好的圍巖連接成一個整體，不再形成很大的側向壓力。

1)工藝流程。注漿管制作、場地平整、測量定位→鉆機就位→鉆孔→清孔→頂進注漿管→漿液制備→注漿→封口。

2)注漿管布設。注漿管布置根據設計要求分兩排，上下排間距為2m，下排距離拱腳處1.0m，縱向間距為1m，共布設21×2=42根，每根注漿管要伸入斷裂帶2m。由測量人員用紅油漆在初期支護外側準確標出鋼管位置，注漿管布設見圖2。

圖2 右側圍巖斷裂帶注漿管布置示意圖（單位：m）

3)φ108無縫鋼管加工及連接。為了使漿液充分滲入巖層裂隙，使隧道斷裂帶和松散巖體形成加固殼，管棚采用花管，即在無縫鋼管上布置φ15mm的注漿孔，孔眼排列呈梅花形，間距為15cm×15cm。

每一根管棚在安裝最后一節時，在鋼管上要預留1.5m長不鉆孔，以起到止漿作用。鋼管的連接采用套管絲扣連接法(見圖3)。

圖3 鋼管連接示意圖

4)鉆孔。鉆孔選用0°～360°的地質鉆機，鉆孔直徑為130mm，采取隔一鉆一方式。開孔時低速慢進，保持鉆桿順直，鉆進過程中一般中壓慢進，中等鉆速及中量循環液，防止鉆速過快使孔道偏斜。在鉆孔過程中要及時檢查鉆孔方向的準確性，同時要把鉆芯取出來，做好巖性記錄，用以確定斷裂帶的具體位置和注漿管安裝長度。

5)頂進鋼管。使用鉆機自身的伸縮進行頂管，一旦頂進困難時，采用手動葫蘆固定于工字鋼上鋪助頂進。

6)注漿。a.注漿參數的選定。注漿參數:水泥漿∶水玻璃=1∶0.5(體積比);水灰比為 1∶1;水玻璃:35Be′;注漿壓力:0.5MPa～1.0MPa;緩凝劑，根據試驗確定摻量。b.注漿施工。注漿前先用漿液把孔中水壓出管外，待漿液流出并且流出漿液濃度與漿桶中相同時，再封閉孔口鋼板，加壓并要穩定壓力在0.5MPa～1MPa之間，每根管要連續注漿，以設計注漿量和注漿終壓作為注漿結果標準，設專人做好注漿記錄。注漿結束后用M10水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

5.2 小導管注漿

在隧道右洞右側拱腰處圍巖斷裂帶大導管注漿完成后，對其他部位圍巖全部進行小導管注漿加固，考慮到右側及拱頂的圍巖受塌方的影響較大，支護變形收斂嚴重，注漿管間距為50cm×50cm，左側邊墻的圍巖受塌方的影響較小，支護變形收斂較小，注漿管間距為80cm×80cm，注漿管呈梅花形布置，外插腳30°。注漿管長度6.0m，φ45無縫鋼花管，鋼管外端1.5m范圍內不鉆孔，其余4.5m范圍內梅花形鉆孔。根據設計，標定注漿孔位置，利用YT7655風槍沿洞徑向鉆孔，施工中技術人員對鉆孔位置和孔深進行記錄、檢查，對不合格的孔要重鉆或補鉆，保證成孔質量。

5.3 侵限混凝土鑿除更換工字鋼

在導管注漿強度滿足要求后，鑿除侵限混凝土，拆除已經變形的工字鋼架。重新支立Ⅰ20b工字鋼鋼架支撐，做好工字鋼架拱腳處的鎖腳錨桿(φ42無縫鋼管，L=4.0m)，并沿工字鋼架打φ25砂漿錨桿(@100×50，L=3.5m)加固，布設鋼筋網 φ8(環) ×φ8(縱)20cm×20cm，網噴C25混凝土厚26cm。

5.4 下導坑開挖

下導坑開挖采取先拉中槽，再挖馬口的方法進行，馬口開挖后，立即初噴混凝土，打錨桿、掛網、接立工字鋼鋼架、縱向連接鋼筋、噴混凝土。

5.5 二次襯砌

初期支護變形段要遵循襯砌緊跟支護，開挖一組，襯砌一組的原則。符合二次襯砌要求的斷面、長度后，要及時鋪設導水盲管、防水板、綁扎二次襯砌鋼筋和施作二次襯砌混凝土。

5.6 監控量測

監控量測是確保隧道科學安全施工的重要手段，尤其是對于初期支護變形處理，更是必不可少的。為此初期支護變形處理過程中對隧道圍巖和地表下沉進行不間斷地、適時地監控量測，為安全順利完成初期支護變形處理提供了科學依據。

1)地表監測。

a.監測內容:地表下沉。b.測點布置:地表下沉量測點布置在隧道洞頂居民區民房墻角上(或混凝土地面上)，以初期支護變形最嚴重(YK0+210)為基點，前后左右布設。縱向每隔10m布設一個測量斷面，共布設9個量測斷面，每個斷面每隔5m布設一個橫向觀測點，橫向布點在3倍的洞徑范圍進行。c.量測方法:用北京博飛DZS3-1自動安平水準儀進行水準測量。d.頻率:每天分別于7:00，12:00，17:00觀測3次。

2)洞內監測。

a.觀測項目:拱頂下沉、周邊收斂和上導坑底板隆起三個項目。b.測點布設:每5m布設一個測量斷面。按量測要求，每個斷面埋設9個點。c.量測方法:采用WRM-3收斂儀進行周邊收斂量測。用水準儀配合懸掛鋼尺量測拱頂下沉，作為收斂量測的補充，用水平儀測量上導坑底板隆起。d.量測頻率:每5h觀測1次，每日3次。

3)量測數據收集、分析處理。

為檢驗量測結果的可靠性，了解圍巖變形規律和穩定程度，對量測數據通過位移—時間曲線進行回歸分析。利用u=A×e-b/t函數將量測數據進行處理與回歸分析，繪出位移—時間曲線。

4)量測信息反饋。

監控量測的目的在于指導初期支護變形處理，對數據分析結果及時進行反饋，為采取相應對策提供科學依據。a.當位移—時間曲線出現反彎點時，同時初期支護開裂或掉塊，此時盡快采取補強措施以防塌方。b.當位移急劇增加，每天的相對凈空變化超過10mm時，重點加強觀測，并密切注意支護的結構變化。c.當位移、周邊收斂、拱頂下沉量達到預測終值的80%～90%，收斂速度小于0.1mm/d～0.2mm/d，拱頂下沉速率小于 0.07mm/d～0.15mm/d時，可認為圍巖基本穩定，可以施作二次襯砌。d.如果是由于基底下沉引起的，盡快仰拱封閉，如仍然下沉，在墻角處加設錨桿，復噴混凝土并在基底鉆孔注漿加固。

5.7 小導管注漿施工工藝及參數選取

1)注漿施工工藝流程。注漿管加工制作、測量定位→鉆孔→鉆孔質量檢查→注漿管安裝→連接頭防護、噴混凝土止漿→漿液制備、機具準備→順序注漿→效果檢查。

2)注漿機械。洞內注漿機械為2臺2TC260注漿泵。

3)材料。水泥:龍麟牌普硅425。速凝劑:DH-Ⅱ型速凝劑。水:飲用水。

4)注漿液的配制。水灰比0.5，速凝劑摻量為水泥用量的6%。水泥密度取3.0kg/cm3。

配制每桶泥漿，水和水泥用量為0.236×750=177kg，考慮影響系數，取150kg，即每桶加3袋半水泥后加滿水，并摻加9kg速凝劑，攪拌均勻即可，每臺注漿泵至少配2個～3個泥漿桶。

5)施工要求。a.為保證注漿效果，注漿遵循先塌體后超前、先下后上、先拱腳后拱頂、先兩端后中間的注漿順序。注漿時先采用小壓力0.2MPa，并逐漸增加壓力直到1.0MPa，持續1min停止注漿。b.注漿過程中要不停攪拌桶內的泥漿，以防止水泥漿在速凝劑的作用下凝固。c.施工中根據設計注漿量和現場觀察控制每孔注漿量，發現注漿孔周圍有漏漿現象時，在檢查止漿層未失效的情況下，停止注漿;當注漿量超出設計量較多，應暫停，并換孔注漿，之后再繼續壓注。

6 結語

隧道工程在掘進過程中，由于不明地質等原因，造成初期支護發生拱頂、拱腰變形，繼而產生坍塌時有發生。因此進行地質超前預報，嚴格按設計要求進行開挖和初期支護至關重要。如果初期支護拱頂、拱腰發生變形還未產生塌方時，及時采用臨時鋼支撐、周圍松散巖體注漿、更換工字鋼重新立架、鑿除侵限初支混凝土再掛網噴混凝土等措施，可以取得良好效果。該方案在本人負責的龍巖市工業東路隧道工程掘進過程中初期支護變形處理的應用，取得很好的效果，使該隧道工程按期、保質、保量順利完成，得到業主、監理、市質量安全監督站等單位的好評，該隧道工程被評為“2012年度福建省龍巖市市政優質工程”。該方案可為今后隧道工程掘進時出現類似情況的處理提供參考。

［1］崔玖江，崔曉青.隧道與地下工程注漿技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，2010:103-104.

［2］黃慶華，杜 敏.水平長大管棚超前支護施工工法［A］.工程建設工法匯編［C］.中國鐵道建筑總公司，2007.