隧道初期支護(hù)大變形的一些處理方法

摘 要：隧道位于-0.74567%下坡段，隧址區(qū)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(zhì)砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構(gòu)造發(fā)育，施工時(shí)隧道YK45+432～YK45+468段因雨季巖石裂隙地下水下滲，導(dǎo)致隧道圍巖壓力增加，隧道局部失穩(wěn)而使初期支護(hù)發(fā)生了較大變形。文章介紹了在這種復(fù)雜地質(zhì)條件下，通過圍巖監(jiān)控量測(cè)配合系統(tǒng)支護(hù)，合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)及施工方法，并在工藝上加以細(xì)化，總結(jié)出了該段初支大變形的處理方法，對(duì)在隧道施工中遇到同樣的情況有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：大變形；監(jiān)控量測(cè)；支護(hù)參數(shù)；處理方法

1 工程概況

隧道全長(zhǎng)1052米，全洞位于-0.74567%下坡段，隧址區(qū)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(jìn)出口屬于第四紀(jì)殘坡積土及全-強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、千枚巖，結(jié)構(gòu)松散，巖體破碎，穩(wěn)定性較差；洞身為弱-微風(fēng)化變質(zhì)砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構(gòu)造發(fā)育，較破碎，以Ⅳ級(jí)圍巖為主。隧道洞身為變質(zhì)砂巖、千枚巖夾薄層煤層，裂隙、破碎構(gòu)造發(fā)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(shí)有涌水和短時(shí)突水現(xiàn)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(shí)隧道YK45+432～YK45+468段因雨季巖石裂隙地下水下滲，導(dǎo)致隧道圍巖壓力增加，隧道局部失穩(wěn)而使初期支護(hù)發(fā)生了較大變形，出現(xiàn)初期支護(hù)局部開裂和侵入二次襯砌界內(nèi)等問題。YK45+432～YK45+456段設(shè)計(jì)支護(hù)類型為S4b，YK45+456～YK45+468段設(shè)計(jì)支護(hù)類型為4a。具體變形情況如下：YK45+432～YK45+468段初期支護(hù)噴射砼面多處出現(xiàn)裂縫，掉塊，其中YK45+448～468段初期支護(hù)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(shè)計(jì)二襯達(dá)41cm，YK45+465處（距掌子面3m）右側(cè)變形較大，侵入原設(shè)計(jì)二襯達(dá)35cm。YK45+430～448段變形較小，該段最大變形發(fā)生在YK45+440拱頂處，侵入原設(shè)計(jì)二襯8cm。

2 處理方案

首先在初期支護(hù)內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)向鋼支撐，以加固發(fā)生變形的初期支護(hù)，對(duì)發(fā)生大變形段的圍巖進(jìn)行注漿加固處理，再結(jié)合監(jiān)控量測(cè)結(jié)果待變形減小并基本趨于穩(wěn)定后對(duì)變形段采取換架處理，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)變形段的支護(hù)參數(shù)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(hù)結(jié)構(gòu)層上做徑向注漿加固圍巖處理，保留原初期支護(hù)，按原圍巖結(jié)構(gòu)形式施作二襯。

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

（3）YK45+438～468段在已成斷面初期支護(hù)結(jié)構(gòu)層上做徑向注漿加固圍巖處理，拆除原初期支護(hù)，按S5a襯砌類型擴(kuò)大開挖，作初期支護(hù)和二襯加強(qiáng)配筋襯砌。

2.1.2 具體施工安排

先對(duì)變形段先進(jìn)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(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)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(cè)壁采用上下臺(tái)階進(jìn)行施工（上臺(tái)階4.5米，下臺(tái)2米）。先施工左右側(cè)壁，核心土等側(cè)壁下臺(tái)階及仰拱封閉成環(huán)后再進(jìn)行開挖，以確保掌子面及初支安全。

拆除拱架時(shí)采用油錘破碎并結(jié)合風(fēng)鎬進(jìn)行施工，盡量少擾動(dòng)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(jìn)YK45+425～430段下臺(tái)階及YK45+430～438段仰拱。在換架時(shí)，先進(jìn)行YK45+457～468段換架施工，并同時(shí)跟進(jìn)中臺(tái)階。

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

（3）緊跟下臺(tái)階及仰拱至YK45+468后，進(jìn)行雙側(cè)壁下臺(tái)階及仰拱封閉，側(cè)壁仰拱成環(huán)后，再進(jìn)行核心土的施工；同時(shí)二次襯砌緊跟。

2.2 施工技術(shù)措施

2.2.1 初支變形段臨時(shí)加固措施

在初支變形后，立即采用如下措施進(jìn)行臨時(shí)加固：

（1）YK45+432～457段

在初期支護(hù)鋼拱架內(nèi)側(cè)每榀對(duì)應(yīng)位置設(shè)環(huán)向鋼支撐，環(huán)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(shè)60×60×1.5cm鋼板為底腳鋼板，并在鋼板內(nèi)側(cè)向地面垂直各打設(shè)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(shí)鋼支撐受力均勻，在鋼支撐與初期支護(hù)砼間用木板墊實(shí)，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(shè)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(nèi)注漿由外向里分段（縱向）、分區(qū)（環(huán)向）進(jìn)行，先拱腰區(qū)后拱頂區(qū)（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(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)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(tái)階，然后進(jìn)行YK45+457～468段上臺(tái)階換架施工，對(duì)上臺(tái)階進(jìn)行換架，同時(shí)中臺(tái)階緊跟，距離不超過3榀。該段施工完成后，即進(jìn)行YK45+438～457段換架施工，同時(shí)下臺(tái)階及仰拱緊跟，距離不超過10米。

（1）原初期支護(hù)拆除

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

（2）及時(shí)支護(hù)

在原拱架拆除后，立即用風(fēng)鎬修邊，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)立架，進(jìn)行支護(hù)。為確保安全，每榀拱架增設(shè)八根鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用L=3.5m小導(dǎo)管施工。

根據(jù)開挖情況，如果注漿效果不佳，拆換過程中出現(xiàn)巖體松散、掉塊嚴(yán)重現(xiàn)象按S5a襯砌類型施工時(shí)要求的間距施作超前小導(dǎo)管進(jìn)行預(yù)支護(hù)，以確保施工安全。

3 監(jiān)控量測(cè)

3.1 量測(cè)管理

3.1.1 各預(yù)埋測(cè)點(diǎn)牢固可靠，易于識(shí)別并妥善保護(hù)，不得任意撤換和破壞，并建立量測(cè)點(diǎn)埋設(shè)的記錄資料。

3.1.2 量測(cè)工作按計(jì)劃實(shí)施，不得中斷。

3.1.3 量測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)、準(zhǔn)確，量測(cè)結(jié)果及時(shí)報(bào)告，以便掌握動(dòng)態(tài)信息。

3.1.4 記錄要正規(guī)，資料要齊全，計(jì)算要正確，以便為竣工文件積累資料。

3.1.5 根據(jù)量測(cè)資料進(jìn)行回歸分析得出圍巖總位移值及變化規(guī)律后，將其值與規(guī)范規(guī)定值進(jìn)行比較：當(dāng)計(jì)算值小于或等于規(guī)范規(guī)定值時(shí)，可將回歸分析值作為圍巖變形控制依據(jù)，建立管理等級(jí)，見表1。

表1 量測(cè)管理等級(jí)表

3.1.6 量測(cè)管理系統(tǒng)流程（見下圖）

3.2 洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)

3.2.1 監(jiān)測(cè)位置

為確保施工安全，對(duì)該變形段加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，每5米設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)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(jiān)測(cè)方法及頻率

3.2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理

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

3.2.4 數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

（1）隧道周壁任意點(diǎn)的實(shí)測(cè)相對(duì)位移值或用回歸分析推算的總相對(duì)位移值均應(yīng)小于下表所列的數(shù)值。當(dāng)位移速率無明顯下降，而此時(shí)實(shí)測(cè)位移值已接近該表所列數(shù)值，或者噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，應(yīng)立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施，并調(diào)整原支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)或開挖方法。

（2）根據(jù)量測(cè)時(shí)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(zhǎng)現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)加密監(jiān)視，必要時(shí)應(yīng)立即停止開挖并進(jìn)行施工處理。

（3）當(dāng)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(rèn)為圍巖已基本穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)量測(cè)結(jié)果確定二次襯砌施作的適當(dāng)時(shí)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(hù)破壞。

（4）在監(jiān)測(cè)過程中，若發(fā)現(xiàn)凈空位移量過大或收斂速度無穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施：

a.增加噴射混凝土厚度，或加長(zhǎng)加密錨桿，或加掛更密更粗的鋼筋網(wǎng)。

b.提前施作二次襯砌，要求通過反分析校核二次襯砌強(qiáng)度。

c.提前施作仰拱。

3.2.5 若發(fā)現(xiàn)凈空位移收斂速度具有穩(wěn)定趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)次求出隧道結(jié)構(gòu)初期支護(hù)及二次襯砌上的最終荷載，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的安全度作出正確的判斷。

3.2.6 若經(jīng)過對(duì)各種量測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合反分析后，發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)或二次襯砌結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較大，在經(jīng)過設(shè)計(jì)人員同意后，可對(duì)下一段與此地質(zhì)類型相近的支護(hù)參數(shù)作適當(dāng)調(diào)整。

4 結(jié)束語

通過本隧道初支大變形段的處理，以及技術(shù)措施在施工中的實(shí)施，初步總結(jié)以下幾點(diǎn)僅供參考：

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作必須納入工序管理，同時(shí)提高隧道超前支護(hù)施工質(zhì)量，為制定切實(shí)有效的施工方案及支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)。

4.2 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，以通過分析量測(cè)反饋的數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。

4.3 應(yīng)制定周密的處理復(fù)雜圍巖地段的施工方案和施工方法，堅(jiān)持按新奧法的原理指導(dǎo)施工；堅(jiān)持“以防為主，寧強(qiáng)勿弱，步步為營(yíng)，穩(wěn)重求快”的指導(dǎo)思想；堅(jiān)持“管超前，少擾動(dòng)，早噴錨，強(qiáng)支護(hù)，緊封閉，勤量測(cè)”的施工方針，以避免初支大變形的情況發(fā)生。