隧道初期支護大變形的一些處理方法

摘 要：隧道位于-0.74567%下坡段，隧址區地貌屬丘陵類型，隧道近東西向西穿越兩座山嶺，自然坡度較陡。隧道洞身為變質砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構造發育，施工時隧道YK45+432～YK45+468段因雨季巖石裂隙地下水下滲，導致隧道圍巖壓力增加，隧道局部失穩而使初期支護發生了較大變形。文章介紹了在這種復雜地質條件下，通過圍巖監控量測配合系統支護，合理調整支護參數及施工方法，并在工藝上加以細化，總結出了該段初支大變形的處理方法，對在隧道施工中遇到同樣的情況有一定借鑒作用。

關鍵詞：大變形；監控量測；支護參數；處理方法

1 工程概況

隧道全長1052米，全洞位于-0.74567%下坡段，隧址區地貌屬丘陵類型，隧道近東西向西穿越兩座山嶺，自然坡度較陡。隧道進出口屬于第四紀殘坡積土及全-強風化粉砂巖、千枚巖，結構松散，巖體破碎，穩定性較差；洞身為弱-微風化變質砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構造發育，較破碎，以Ⅳ級圍巖為主。隧道洞身為變質砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構造發育。地下水主要為第四系孔隙水及基巖裂隙水，水量較小，局部有滴水，雨季時有涌水和短時突水現象（主要在斷裂帶）。地表低洼處雨季有匯聚水，并形成溪流。

施工時隧道YK45+432～YK45+468段因雨季巖石裂隙地下水下滲，導致隧道圍巖壓力增加，隧道局部失穩而使初期支護發生了較大變形，出現初期支護局部開裂和侵入二次襯砌界內等問題。YK45+432～YK45+456段設計支護類型為S4b，YK45+456～YK45+468段設計支護類型為4a。具體變形情況如下：YK45+432～YK45+468段初期支護噴射砼面多處出現裂縫，掉塊，其中YK45+448～468段初期支護變形較大，該段變形一般在20cm以上，最大變形（YK45+455拱頂中心處）侵入原設計二襯達41cm，YK45+465處（距掌子面3m）右側變形較大，侵入原設計二襯達35cm。YK45+430～448段變形較小，該段最大變形發生在YK45+440拱頂處，侵入原設計二襯8cm。

2 處理方案

首先在初期支護內側設置環向鋼支撐，以加固發生變形的初期支護，對發生大變形段的圍巖進行注漿加固處理，再結合監控量測結果待變形減小并基本趨于穩定后對變形段采取換架處理，同時根據實際情況加強變形段的支護參數以確保工程安全。

2.1 總體方案介紹

2.1.1 總體處理方案

（1）YK45+425～430段在已成斷面初期支護結構層上做徑向注漿加固圍巖處理，保留原初期支護，按原圍巖結構形式施作二襯。

（2）YK45+430～438段在已成斷面初期支護結構層上做徑向注漿加固圍巖處理，保留原拱墻初期支護，增加仰拱初期支護，二襯加強配筋。

（3）YK45+438～468段在已成斷面初期支護結構層上做徑向注漿加固圍巖處理，拆除原初期支護，按S5a襯砌類型擴大開挖，作初期支護和二襯加強配筋襯砌。

2.1.2 具體施工安排

先對變形段先進行注漿加固，然后倒換支撐、逐榀換架處理，換架至掌子面后，即采用雙側壁導坑法進行開挖，考慮到該段圍巖松散、破碎，且傾角約50度，極為不利，雙側壁采用上下臺階進行施工（上臺階4.5米，下臺2米）。先施工左右側壁，核心土等側壁下臺階及仰拱封閉成環后再進行開挖，以確保掌子面及初支安全。

拆除拱架時采用油錘破碎并結合風鎬進行施工，盡量少擾動圍巖；仰拱及二次襯砌要緊跟，以確保安全。施工程序詳見初支變形段施工程序圖。

（1）在注漿完成后，即跟進YK45+425～430段下臺階及YK45+430～438段仰拱。在換架時，先進行YK45+457～468段換架施工，并同時跟進中臺階。

（2）中臺階至掌子面后，即采用雙側壁坑法（分上下臺階：上臺階4.5米，下臺階2米）進行掘進（先施工左右側壁，核心土等仰拱成環后開挖）；在雙側壁開挖的同時，進行YK45+438～457段換架施工。

（3）緊跟下臺階及仰拱至YK45+468后，進行雙側壁下臺階及仰拱封閉，側壁仰拱成環后，再進行核心土的施工；同時二次襯砌緊跟。

2.2 施工技術措施

2.2.1 初支變形段臨時加固措施

在初支變形后，立即采用如下措施進行臨時加固：

（1）YK45+432～457段

在初期支護鋼拱架內側每榀對應位置設環向鋼支撐，環向鋼支撐采用I20B工字鋼彎制；為防止拱腳處下沉及收斂，在鋼支撐拱腳處設60×60×1.5cm鋼板為底腳鋼板，并在鋼板內側向地面垂直各打設兩根L=2m φ42mm鋼管鎖腳。鋼支撐間采用φ22鋼筋連接，間距為1米；為確保臨時鋼支撐受力均勻，在鋼支撐與初期支護砼間用木板墊實，間距1米。

（2）YK45+457～468段

在YK45+457～468段，除采取以上措施外，另增加扇形支撐，并拱腳處設橫梁支撐，橫梁采用2I22a工字鋼，扇形支撐采用I20b工字鋼。

2.2.2 注漿加固

洞內注漿由外向里分段（縱向）、分區（環向）進行，先拱腰區后拱頂區（自下而上），間隔跳打，采用潛孔鉆打孔，邊打孔邊注漿，以確保施工安全。

2.2.3 換架

在注漿加固完成，達到設計要求強度后，采用倒換支撐法逐榀拆除、逐榀換架。

先將YK45+457處拱架換架支立至中臺階，然后進行YK45+457～468段上臺階換架施工，對上臺階進行換架，同時中臺階緊跟，距離不超過3榀。該段施工完成后，即進行YK45+438～457段換架施工，同時下臺階及仰拱緊跟，距離不超過10米。

（1）原初期支護拆除

先將欲換架位置的臨時鋼支撐拆除（其它位置鋼支撐不拆除），然后采用油錘結合風鎬破除初期支護砼，然后切斷連接鋼筋、網片及錨桿，整榀一次拆除。

（2）及時支護

在原拱架拆除后，立即用風鎬修邊，達到設計要求后，及時立架，進行支護。為確保安全，每榀拱架增設八根鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用L=3.5m小導管施工。

根據開挖情況，如果注漿效果不佳，拆換過程中出現巖體松散、掉塊嚴重現象按S5a襯砌類型施工時要求的間距施作超前小導管進行預支護，以確保施工安全。

3 監控量測

3.1 量測管理

3.1.1 各預埋測點牢固可靠，易于識別并妥善保護，不得任意撤換和破壞，并建立量測點埋設的記錄資料。

3.1.2 量測工作按計劃實施，不得中斷。

3.1.3 量測數據要及時、準確，量測結果及時報告，以便掌握動態信息。

3.1.4 記錄要正規，資料要齊全，計算要正確，以便為竣工文件積累資料。

3.1.5 根據量測資料進行回歸分析得出圍巖總位移值及變化規律后，將其值與規范規定值進行比較：當計算值小于或等于規范規定值時，可將回歸分析值作為圍巖變形控制依據，建立管理等級，見表1。

表1 量測管理等級表

3.1.6 量測管理系統流程（見下圖）

3.2 洞內監控量測

3.2.1 監測位置

為確保施工安全，對該變形段加強監控量測，加密監測點布置，每5米設置一個監測斷面，具體如下：YK45+425、YK45+430、YK45+435、YK45+440、YK45+445、YK45+450、YK45+455、YK45+460、YK45+465、YK45+470。

3.2.2 監測方法及頻率

3.2.3 監測數據整理

（1）繪制位移量隨時間變化的曲線；（2）繪制位移速度隨時間變化的曲線；（3）繪制位移量與開挖面距離關系曲線；（4）找出位移-時間回歸曲線，求出最終凈空位移量。

3.2.4 數據分析及應用

（1）隧道周壁任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的總相對位移值均應小于下表所列的數值。當位移速率無明顯下降，而此時實測位移值已接近該表所列數值，或者噴層表面出現明顯裂縫時，應立即采取補強措施，并調整原支護設計參數或開挖方法。

（2）根據量測時間及位移量繪制曲線，如下圖所示：

反常曲線是指非工序化所引起的位移急驟增長現象。此時應加密監視，必要時應立即停止開挖并進行施工處理。

（3）當隧道水平位移收斂速度為0.1～0.2mm/天，拱頂下沉位移速度0.1mm/天，可以認為圍巖已基本穩定，應根據量測結果確定二次襯砌施作的適當時間，施作過早可能使二次襯砌承受過大的荷載， 施作過遲則可能使初期支護破壞。

（4）在監測過程中，若發現凈空位移量過大或收斂速度無穩定趨勢時，對結構應采取補強措施：

a.增加噴射混凝土厚度，或加長加密錨桿，或加掛更密更粗的鋼筋網。

b.提前施作二次襯砌，要求通過反分析校核二次襯砌強度。

c.提前施作仰拱。

3.2.5 若發現凈空位移收斂速度具有穩定趨勢時，應根據次求出隧道結構初期支護及二次襯砌上的最終荷載，以便對結構的安全度作出正確的判斷。

3.2.6 若經過對各種量測數據聯合反分析后，發現初期支護或二次襯砌結構安全系數較大，在經過設計人員同意后，可對下一段與此地質類型相近的支護參數作適當調整。

4 結束語

通過本隧道初支大變形段的處理，以及技術措施在施工中的實施，初步總結以下幾點僅供參考：

4.1 超前地質預報工作必須納入工序管理，同時提高隧道超前支護施工質量，為制定切實有效的施工方案及支護參數提供依據。

4.2 加強監控量測工作，以通過分析量測反饋的數據指導施工。

4.3 應制定周密的處理復雜圍巖地段的施工方案和施工方法，堅持按新奧法的原理指導施工；堅持“以防為主，寧強勿弱，步步為營，穩重求快”的指導思想；堅持“管超前，少擾動，早噴錨，強支護，緊封閉，勤量測”的施工方針，以避免初支大變形的情況發生。