隧道初期支護(hù)變形處理方案及效果分析

楊年斌

（晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程背景

1.1 工程概況

左黎高速公路沐池隧道為一座特長隧道，設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)間距分離式隧道，隧道進(jìn)口線間距24.5 m，出口線間距23.7 m。隧道左線起訖樁號(hào)為ZK11+560—ZK15+136，長 3 576 m，隧道右線起訖樁號(hào)YK11+567.338—YK15+135，長3 567.662 m。隧道最大埋深約372 m。隧道所經(jīng)區(qū)域地形地勢(shì)起伏較大，相對(duì)高差約402.5 m，全程山體平均坡度約為20°～50°屬較陡地形，隧道按照新奧法原理和交通部頒布的行業(yè)規(guī)范及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工，本隧道為雙向四車道，設(shè)計(jì)行車速度80 km/h，建筑限界凈寬10.25 m，隧道凈高5 m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道沿線調(diào)查區(qū)處于“山西中、北部較大型的多字型構(gòu)造”的東南側(cè)。本區(qū)屬于太行山隆起一級(jí)構(gòu)造，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及工程地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果，隧址區(qū)發(fā)育F1斷層，斷層屬非全新活動(dòng)斷裂，隧址區(qū)處于斷層影響帶范圍內(nèi)，節(jié)理裂隙主要有兩組。斷層及基巖節(jié)理裂隙的特征如下。

F1斷層與該隧道近于平行，斷層走向?yàn)楸北蔽飨颍a(chǎn)狀240°∠80°，為一逆斷層，在ZK12+497，YK12+559處與線位相交。斷層對(duì)隧道的影響表現(xiàn)在巖體破碎，裂隙發(fā)育，圍巖級(jí)別低，影響左幅隧道長度達(dá)842 m，影響右幅隧道長度達(dá)885 m，對(duì)隧道影響較大。

在隧址區(qū)，斷層影響區(qū)域巖石節(jié)理裂隙比較發(fā)育，以構(gòu)造型為主，多閉合，上部微張。優(yōu)勢(shì)節(jié)理主要有兩組，代表性產(chǎn)狀分別為L1：130°、∠62°，L2：50°、∠78°。

ZK12+120—ZK12+660段位于F1斷層處，設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，地質(zhì)分布為洞身左側(cè)薄層狀頁巖夾雜褐色狀薄層砂巖、右側(cè)為灰白色砂巖，左右側(cè)地質(zhì)分布不均，基巖裂隙水呈面狀滲出。支護(hù)參數(shù)采用S5級(jí)復(fù)合式襯砌參數(shù)，具體為超前采用φ42小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.4 m，縱向間距2.4 m，長度3.5 m；I18工字鋼，間距0.6 m；φ25中空注漿錨桿，長度3.5 m，間距0.6×1 m；φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20×20 cm，C20噴射混凝土初期支護(hù)，厚度24 cm，三臺(tái)階七步流水作業(yè)法開挖，開挖過程中要求仰拱距掌子面距離不大于40 m。

2 初期支護(hù)開裂情況

2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

2014年3月17日上午11:15，隧道開挖至ZK12+260，仰拱施工至ZK12+225，該段已施工完成的左側(cè)初期支護(hù)出現(xiàn)開裂變形，隧道左側(cè)起拱線至拱腰部位出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫寬度1～3 cm；ZK12+249處環(huán)向開裂，裂縫寬度10～28 cm；ZK12+255處下臺(tái)階初支側(cè)面出現(xiàn)漏渣，該段初支變形侵限，最大處侵限達(dá)95 cm，初支變形侵限嚴(yán)重，需要進(jìn)行處理。

2.2 開裂原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查和查看設(shè)計(jì)及施工影像資料，產(chǎn)生開裂、變形的原因?yàn)樵摱蔚刭|(zhì)較差，該段監(jiān)控量測(cè)顯示，ZK12+226斷面的收斂測(cè)點(diǎn)從2月23日開始量測(cè)，至3月3日收斂穩(wěn)定，最大收斂量為30 mm，拱頂沉降ZK12+226測(cè)點(diǎn)最大沉降量為23 mm。該段設(shè)計(jì)為Ⅳ級(jí)圍巖，隧道左側(cè)圍巖為紅砂巖、泥巖，圍巖呈潮濕狀，含水量較高。隧道右側(cè)圍巖為中風(fēng)化砂巖與泥巖互層。本區(qū)段且在F1斷層影響范圍內(nèi)，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，含水量大，自穩(wěn)能力差，初期支護(hù)承受松散的圍巖荷載，同時(shí)圍巖裂隙水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇了巖體的失穩(wěn)和滑塌，誘發(fā)巖體松弛、變形造成了初期支護(hù)突然失穩(wěn)，發(fā)生開裂[1]。

3 初期支護(hù)開裂變形治理措施

3.1 洞渣反壓回填

在初支開裂變形段先采用洞渣反壓回填，采用石質(zhì)洞渣回填至起拱線處，有利于變形段穩(wěn)定及支撐既有成型初支，回填石渣由自卸汽車從洞外運(yùn)輸至變形段附近，采用裝載機(jī)和挖掘機(jī)聯(lián)合作業(yè)從兩側(cè)開始向線路中心進(jìn)行反壓回填。

3.2 長小導(dǎo)管注漿

注漿就是在壓力的作用下使?jié){液滲入到巖體空隙、裂隙中，以雙液漿為膠結(jié)物將破碎的圍巖膠結(jié)形成整體[2]，小導(dǎo)管采用外徑42 mm，壁厚3.5 mm熱軋無縫鋼管，鋼管單根長度6 m，縱環(huán)向間距0.8×0.8 m梅花型布置，鋼管前段呈尖錐狀，尾部焊接φ6加勁箍，管壁四周鉆8 mm壓漿孔，但尾部1 m不設(shè)壓漿孔（見圖1），漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，雙液漿配合比為水泥漿的水灰比0.8～1.0（重量比），水玻璃濃度為35波美度，模數(shù)2.4，雙液（水泥-水玻璃）體積比暫定1∶0.8，（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定，凝膠時(shí)間控制在13～15 min）注漿正常壓強(qiáng)0.6～2.0 MPa，最大終壓 2.5 MPa。

圖1 鋼花管大樣圖

3.3 換拱

待漿液終凝后逐榀鑿除變形拱架及初支混凝土，換拱采用I18工字鋼鋼架，縱向間距0.5 m，每節(jié)設(shè)φ42鎖腳錨管4根，單根長6 m，鎖腳錨管采用U型φ 22鋼筋滿焊在鋼支撐上，換拱完畢后復(fù)噴C20混凝土，系統(tǒng)錨桿采用φ22藥卷錨桿，單根長4.5 m，安設(shè)間距0.5×1.0 m梅花型布置，連接鋼筋采用φ22螺紋鋼，安設(shè)環(huán)向間距1 m，鋼筋網(wǎng)采用φ8網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。仰拱增加初支，參數(shù)與拱墻相同，二襯厚度不變，增加鋼筋，參考S5a級(jí)鋼筋型號(hào)及間距，為確保施工安全，換拱施工前加設(shè)臨時(shí)支撐，臨時(shí)支撐采用φ150，壁厚6 mm鋼管豎向支撐拱架及初支混凝土，支撐間距1 m；換拱工藝流程圖見圖2。

圖2 換拱施工工藝流程

4 初期支護(hù)開裂變形段處置效果分析

換拱完成后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況5 m布置一組監(jiān)控量測(cè)斷面，用沖擊鉆或鑿巖機(jī)鑿φ40，安裝尺量掛鉤（見圖3），L根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況保證掛鉤深度深入巖體250～300 mm，外露不小于50 mm來確定，鉆孔完畢后用1∶1快硬水泥砂漿或者錨固劑填滿后插入端頭焊接掛鉤的φ22螺紋鋼筋，安裝尺量掛鉤時(shí)使同一基線兩側(cè)點(diǎn)的固定方向在同一斷面及水平線上。在換拱過程中成立了專門的監(jiān)控量測(cè)小組，對(duì)拱架定時(shí)進(jìn)行拱頂下沉和周邊收斂位移及時(shí)進(jìn)行量測(cè)。根據(jù)量測(cè)結(jié)果圖4、圖5可知在換拱后ZK12+250處周邊收斂及拱頂下沉在初期變化速率較快，在經(jīng)過23 d后，拱頂下沉及周邊收斂逐漸趨于穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力趨于穩(wěn)定，滿足二襯凈空要求，說明此次換拱符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，施工工藝得當(dāng)，施工質(zhì)量滿足要求。

圖3 監(jiān)控兩側(cè)尺量掛鉤示意圖

圖4 拱頂沉降回歸分析圖

圖5 周邊收斂回歸分析圖

5 結(jié)論

因?yàn)樗淼朗┕ぞ哂形粗院筒淮_定性，在隧道施工過程中緊緊圍繞新奧法理論的核心，嚴(yán)格按照管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)的原則組織施工，其中短開挖、勤量測(cè)是很重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)不同的圍巖情況，及時(shí)變更支護(hù)參數(shù)，及時(shí)總結(jié)在施工過程中出現(xiàn)的各種問題，只有這樣才能有效地確保隧道施工安全[3]。