大斷面隧道大變形治理措施探究

徐佳力

(柳州東城投資開發有限公司，廣西柳州545000)

隨著中國經濟的快速發展，城市經濟圈的不斷擴大，基礎設施的建設不斷跟進，越來越多的城市道路需要修建，道路沿線不可避免地遇到山體溝谷，因而隧道工程往往是其中的控制性工程。在隧道施工過程中，可能出現的災害有塌方、巖爆以及大變形等。其中，大變形是較為常見的工程事故，如處治不當，往往容易引發塌方，導致嚴重的工程災害。

針對隧道施工中的大變形現象，國內外研究者進行了大量研究，但由于每座隧道存在不同的地質條件、施工措施以及施工管理水平，因此有必要對大斷面隧道施工過程中出現的大變形事故處治措施進行探究。

本文以三車道大斷面隧道施工過程中拱頂、拱腰及側墻出現的大變形為工程背景，對該隧道塌方的具體情況、處治方案以及處治效果進行了詳細闡述，可為今后處治類似隧道大變形事故處理提供一定的參考。

1 項目概況

隧道單洞長1 360 m，雙向六車道，建筑限界凈寬13.75 m，凈高5.0 m。內輪廓凈寬15.13 m，凈高9.69 m，建筑限界及內輪廓如圖1所示。隧道沿線巖層為上二疊統大隆組(P2d)灰巖、硅質灰巖夾泥巖、砂巖，覆蓋層為殘坡積層(Qel+dl)黏性土。進口附近地形為穩定的表面為土質的低丘緩坡，坡度約10°～20°，坡面為高大的喬木覆蓋，隧道洞身段穿越的山體高低起伏，山體高度變化較大，出口附近地形為穩定的表面為土質的低丘緩坡，坡角約8°～15°，坡面為高大的喬木覆蓋。

圖1 隧道內輪廓

2 隧道大變形概述

隧道右線掌子面掘進至90 m時，發現距離掌子面20 m位置處初期支護開裂和掉塊，洞內出現異常聲響。為確保施工安全，洞內掌子面停止施工作業。監測結果顯示：YK0+845、YK0+855、YK0+865三個監測斷面的拱頂下沉、水平收斂單天變形值超出預警范圍，表明圍巖已處于不穩定狀態。

隨后對距離掌子面15 m處右下導洞開挖時發現有三榀鋼架拱腳發生扭曲變形，2 d后，YK0+855拱頂累計下沉已達219.91 mm，水平收斂值累計已達258.89 mm。其中，YK0+845-860段地表有多處裂縫，長度1～3 m不等，縫寬2～5 cm。由于連續降雨，地表裂縫有增大的趨勢。

3 大變形原因分析及治理方案

3.1 大變形原因分析

(1)YK0+840～YK0+870段洞頂板埋深約21～28 m，斜坡坡度約30°～40°，坡面較陡，表層為含碎石紅黏土，厚10～17 m。該段圍巖較差，隧道內主要出露的巖性為黏性土夾硅質灰巖碎塊，屬軟～較軟巖，耐風化程度弱；節理裂隙發育，巖體極破碎，呈松軟(散)結構；受地表水影響，開挖段右側滲水頻繁，時而有線狀流水；圍巖整體穩定性差，易掉塊、坍塌。因此，地質條件較差是導致大變形的主要原因。

(2)YK0+840～YK0+870處于洞口淺埋段，自掘進以來，由于連續降雨，地表水下滲導致黏性土軟化，巖土體抗剪強度降低，自重增加，隧道開挖后圍巖松動圈擴大，無法形成自然承載拱，自穩能力差，使得初支承受了很大的松弛荷載。

(3)由于左洞開挖面巖性為黏性土夾硅質灰巖、灰巖，屬于硬軟質巖石互層，局部需要進行弱爆破，由于該隧道屬于小凈距隧道，左洞的爆破開挖會對右洞圍巖的穩定性造成極大影響。

3.2 大變形治理方案

根據現場變形的實際情況，在“科學、擇優、安全、經濟”的原則下，對隧道右洞大變形段的加固處治方案為：

(1)隧道右洞大變形段加固處理完成之前，隧道右洞掌子面及下導坑必須停止開挖。

(2)對地表裂縫進行處理，并在合適的位置設置截水溝。

(3)增設環向臨時套拱，套拱采用工字鋼，拱腳設置φ42鎖腳小導管，工字鋼間距為50 cm，密貼初支噴射混凝土，空隙處應用墊塊或木楔楔緊，以加強洞內支撐。

(4)環向臨時套拱對應設置M型支撐，支撐腳設置墊塊，避免支撐下沉。工字鋼及臨時支撐采用Ⅰ22b型工字鋼。

(5)對大變形段及后方5 m段沿隧道環向采用φ42注漿小導管注漿加固周邊圍巖土體。

(6)待變形收斂且二襯跟進至距離變形段20 m后，對隧道右線大變形段分段擴挖換拱，每次擴挖寬度為50 cm，進行人工換拱，禁止大擾動，每次更換一榀。

(7)加固處理過程中，在變形段增加監測斷面和監測頻率，及時預報和預警監測動態。

(8)變形段換拱完成穩定后，方可開挖掌子面和下導坑。

(9)待工序滿足要求后，及時施作該段落的二次襯砌。

3.3 治理效果

在大變形段的治理前后，監測單位和施工方分別對YK0+845、YK0+855、YK0+865、YK0+875等4個斷面跟進監測，監測數據分析曲線如圖2～圖5所示。通過分析各斷面的監測數據，在該段落加固后，發現變形速率及收斂預測值均在容許范圍之類，尚無再次發生災害事故的危險。因此，采用上述方案對該段大變形進行處理加固，達到了預期目的，有效地避免了塌方發生。

圖2 YK0+845監測斷面數據分析

圖3 YK0+855監測斷面數據分析

圖4 YK0+865監測斷面數據分析

圖5 YK0+875監測斷面數據分析

4 結束語

(1)隧道大變形對工程進度和效益影響巨大，因此，在施工過程中，首要任務是做好各種預防措施。

(2)一旦發現有變形加劇的跡象，應及時采取加固措施。如風險不可控，應及時撤離所有人員和機具設備。

(3)在發生大變形后，應立即停止對圍巖的繼續擾動，及時加設臨時支撐。

(4)在換拱的過程中，應隔榀換拱，防止初支工字鋼拆除過多導致變形再次加劇，以至于導致塌方。

(5)應對變形段進行重點監測，及時預警預報并指導施工。

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