隧道初期支護大變形處理技術探析

程合奎

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

隧道初期支護大變形處理技術探析

程合奎

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

隨著科學技術的進步，隧道逐漸朝著長而大的方向前進，但長而大的隧道卻會面臨諸多不良的地質災害，導致隧道出現初期支護變形。因此，在實際的隧道施工過程中，就需要認真分析隧道初期支護大變形出現的原因，才能夠找出相應的處理技術措施，為今后的施工打下堅實基礎。

隧道；初期支護；大變形；技術探析

0 前 言

隧道施工可能面對諸多復雜的地質條件和地形，很容易引發不良地質災害。如果隧道初期支護出現了不同程度的大變形，就可能威脅到隧道本身的穩定性，影響到隧道后續的施工。

1 隧道初期支護出現大變形的原因

在進行隧道施工中，由于隧道的開挖活動，就需要調整隧道周邊的應力，一旦圍巖的壓應力超出了隧道初期支護所能夠承受的范圍，就會出現變形。

1.1 地質原因

由于隧道施工區域的地質條件影響，可能會出現局部應力集中的情況。在隧道當中，圍巖出現變形或者是塌方主要是因為巖體破碎松散，巖層與巖層之間無法緊密的結合起來，導致在重力作用下，洞室開挖之后就會出現塌方。如：斷裂構造帶內，一旦開挖就會出現巖體呈現碎塊狀的情況，并且還會伴隨大量的滲水，如此，就很容易造成塌方。由于穩定性較差，也容易出現局部坍塌和掉塊的情況。

另外，如果隧道區域內地下水相對豐富，而隧道所在的地段本身的頁巖、泥巖遇水會出現崩解的情況，所以，在地下水的作用之下產生的崩解現象就可能破壞圍巖的整體性。

1.2 設計原因

由于設計單位對于地質認識度不足，對于部分區域沒有詳細的地質資料，這樣就很容易造成支護措施不當的情況出現，如：鋼架的強度不足、鋼架間距過大、預留變形量較小等情況。

1.3 施工原因

由于在施工環節，監測信息、收集到的信息以及反饋工作不夠及時，這樣也可能導致問題的出現。此外，對于噴錨支護、個別部位的注漿支護措施不當；在隧道開挖之后，無法及時地做好封閉成環的處理，由于隧道存在較大的涌水，就可能浸泡鋼筋，最終出現底部懸空的情況[1]。個別部位在初期支護的時候，出現了圍巖和鋼架相互不夠密貼的情況，使得應力出現了重新的分布。

1.4 其余原因

為了節約投資成本，也容易在設計中降低支護要求。

2 隧道施工工程實例分析

2.1 隧道工程概況

某隧道全長1 233 m，單洞雙車對向交通，路線縱坡度為3%的單項坡，其最小埋深為4.80 m，最大埋深為332 m。本隧道施工地段處于斷層擠壓的地帶，隧道本身的圍巖為Ⅳ、V級別的圍巖，圍巖呈現出褶皺擠壓狀態，巖體本身有著較強的風化、破碎，結構面非常光滑。

隧道地質分布主要是受到區域斷裂構造的控制，在區域內所出露的地層包含了奧陶系、三疊系、第三系、第四系并伴有加里東晚期閃長巖體的侵入。褶皺構造在該區較為發育，褶皺形態復雜。區內斷裂構造發育，主要為區域性大斷裂，走向基本為北西向，壓性—壓扭性，具有深切割、延伸長、規模大的特點，破碎帶一般較寬，斷帶內物質主要為碎裂巖、斷層角礫。

2.2 施工中采取的技術措施

考慮到隧道在初期支護大變形出現了相應的損失，為了確保隧道整體的施工安全，需要將掌子面的掘進停止，然后進行封閉，之后再配合加固技術和永久加固技術，確保整體的穩定性，使得隧道內部的應力能夠重新達到相對平衡的狀態，如此來確保其能夠滿足設計要求[2]。

在后續的相應施工中，將掌子面和二襯的距離加以調整，確保在短時間之內，隧道的內部能夠形成封閉環，另外掌子面與二襯之間的距離應該控制在50～80 m。

2.2.1 臨時加固措施

臨時加固主要是對變形的初期支護變形斷面進行強力的支撐，從而避免變形的斷面出現繼續變形的現象。在臨時加固中，主要有3種措施：①鋼護拱的架設，能夠形成雙層的拱架受力；②在鋼護拱架設下，還可以增加門式拱架，這樣也有利于初期支護受力的減輕；③增加臨時的仰拱，則有利于及時封閉環受力的形成。

2.2.2 永久加固措施

在進行永久性加固時，應該考慮到支護參數的合理性和恰當性，能夠選擇合理的技術方案，進行洞室的永久性加固。

在具體的施工環節，通過監測發現初期支護當中拱頂出現了型鋼扭曲變形，另外，左邊墻出現了收斂，在對相應數據分析后可確定其主要的原因。再配合上分析隧道洞身具體的變形情況，在變形段落，進行護拱處理，并且架設門式拱架，這樣可以暫時控制變形。

由于地質條件、地形條件的諸多限制，地層的應力相對復雜，所以對于圍巖本身的實際應力無法準確掌握，為了重新找到平衡點，就需要反復比對、綜合分析，才能夠找出最恰當的措施。

1)鋼花管加固洞室方案。通過鋼花管大而長特點的利用，就可以深層次的加固隧道上臺階的拱頂、邊墻和拱腳，將松動圈固結，對于自身穩定性較差的圍巖進行加固與支撐處理，避免其出現松弛、坍塌和下沉等情況。另外，在應力相對集中或者是存在偏壓的低端，可以通過注漿之后抗扭性能強、抗滑性能強的優勢，將山體對隧道的壓力減輕，這樣也可以滿足加固的目的；此外，還需要對于挖換拱提供相應的安全保障措施。

2)確定好鋼花管的孔深、孔距以及注漿量。在開挖洞身之后，根據泰·沙基經驗公式，其產生的松動圈為0.25～0.35(B+H)。在結合本隧道的實際情況，其松動圈為3.5～5 m，考慮到隧道已經出現了嚴重的變形，為了確保施工安全性，鋼花管的長度設定為6 m。鋼花管本身的孔距同注漿孔擴散半徑之間有著密切的關系，而注漿的濃度、凝膠時間、注漿壓力、巖層裂隙大小等情況又會影響到漿液的擴散半徑，所以就需要根據實際的情況來加以判定。

2.2.3 局部擴挖換拱施工技術處理

根據隧道工程的實際特點以及斷面的主要形式，為了確保挖換拱的質量不受影響，就應該采取以下的措施：

2.2.3.1 淺孔擴挖鉆孔爆破

1)原則?？紤]到圍巖本身不具備較強的穩定性，而斷面較大，所以在爆破時應該注意加密炮孔，盡量少裝藥的原則，將已經損壞的鋼拱架進行爆破剝離，避免爆破過程中擾動注漿固結圍巖。

2)孔位結構。在沿著隧道開挖的斷面進行鉆孔的時候，其深度應該超過初期支護噴層厚度的10～15 cm，這樣才能夠避免對工字鋼的損壞，也可以達到最佳化效果；孔與孔之間的距離最好控制在30～40 cm，其具體的鉆孔方向垂直爆破面(圖1)。

3)控制藥量。爆破藥量需要控制在100～200 g。由于屬于局部性的爆破，起爆可以采用微差段雷管起爆。

4)做好超欠挖的控制。在變形段的測量放樣之后進行擴挖爆破，將開挖的輪廓線劃出來，在畫線時還應該考慮到可能出現的畫線誤差，做好圍巖變形的預留處理，施工中存在的誤差應該按照橫向4cm進行控制。在爆破之后，對于侵界相對較小的區域，還可以利用風鎬進行鑿除處理。對于松散欠挖的部分，可以安排人工進行鑿除。對于拱頂欠挖的部分，需要先進行注漿加固處理之后，再由人員進行鑿除，但是鑿除必須是在安全得以保障的前提下才可以進行，這樣才能夠確保最佳的設計標高[3]。

圖1 孔位布置

2.2.3.2 拱架置換

1)對于侵界拱架需要加以置換。在爆破之后，對于侵界拱架、鋼筋網和鋼筋都需要進行割除處理，并且按照設計規范標準進行鋼拱架的重新架設。

2)在立架完成之后，還需要立刻進行鎖角錨桿的施工，其傾斜度向下45°。在鋼拱架的底部一般都選擇用鋼板進行墊支處理，這樣有利于受力面積的增大。如果系統錨桿已經被損壞，就需要進行拉直、修鑿處理之后，將其同置換之后的鋼拱架焊接一體，進行二次利用，并且同噴射硅和鋼筋網形成整體的手里面，這樣也可以提升支護能力。

3)做好仰拱的及時施工，跟進二次襯砌，確保隧道的受力較好的環形封閉能夠盡快的形成。一般來說，擴挖換拱面與二次襯砌之間的距離應該保持在30 cm左右，可以利用跳躍式襯砌的方法，這樣可以確保襯砌臺車與開挖面之間保持較小距離，再返回襯砌跳空段時，對于換拱段的安全也有一定的保障。

3 隧道初期支護大變形監控量測

在處理作業面和周邊區域進行量測斷面的布置，同時還需要布設需要處理的段落山體頂部；做好量測監控的加強，縮小量測間隔時間，加大量測頻率，特別是對于鋼支撐內力、拱頂下沉等部位的量測；在開挖之后的24 h之內需要安設好量測元件，并且采集其初值數據，并且在下一次開挖之前必須完成；在進行監測時，如果出現較大的拱頂沉量，收斂速度無法穩定或者是凈空位移較大，就需要做好補強處理；每一天測量到的數據都需要及時地反饋，這樣才可以為下一步施工提供詳細的、具體的數據，避免錯誤的出現。

4 隧道初期支護大變形施工注意事項

隧道初期支護大變形處理必須嚴格按照正確的施工順序進行；在施工環節，切忌盲目施工，必須時刻保持高度的警惕；為了確保施工安全系數，還應該做好二次襯砌的及時跟進；做好監控量測工作的強化處理，尤其是拱頂沉降量、地表的沉陷值等等數據都需要及時反饋，才能夠指導之后的施工[4]。

5 隧道初期支護大變形安全措施

在處理隧道初期支護大變形的時候，需要配合相應的技術人員和安全員，來全方位的監督施工作業；如果噴射混凝土未能達到設計強度標準或者是噴射之后其變形量還是遠遠超出了設計標準，就需要做好臨時性的支護；對于置換臺車，應該做好相應的加固處理，能夠方便施工人員的操作。在最上面的操作平臺上，還應該做好活動空間的設計，這樣在落石的時候，人員有地方可躲；對于地表布置的的測點或者是拱頂需要做好定期的觀測，如果發現其位移等于或者是超過了允許值，或者是洞內出現了裂縫，就應該及時撤離現場人員，等待數據重新觀測穩定之后，方可繼續施工；對于安全操作規程需要做好定人定崗的認真執行，堅持交接班檢查制度，做好施工詳細記錄，避免施工安全問題出現。

6 結 語

雖然隧道修建技術在最近幾年得到了飛速的提升，但由于地質超前預報技術以及隧道地質勘察技術或多或少還存在一定的局限性，在設計與施工上還存在較大的難度，會經常出現初期支護變形的情況。本文中對某隧道初期支護大變形處理技術的探析，對于施工安全的保證有著良好的效果，通過變形處理，也獲取了更多的經驗，有利于今后隧道施工變形問題的進一步處理。

[1]胡維維.隧道初期支護施工技術探討[J].科技與企業，2012(05)：170.

[2]錢正榮.某隧道塌方原因分析與處理[J].科技風，2012(14)：175.

[3]王長江.隧道支護施工工藝探討[J].黑龍江交通科技，2013(01)：159.

[4]汪冀忠.淺談隧道初期支護的施工控制[J].交通部管理干部學院學報，2008，18(02)：44-48.

1007-7596(2014)12-0089-03

2014-06-17

程合奎(1982-)，男，河南信陽人，工程師。

U455.7

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