山沖新村隧道初期支護變形侵限分析及處治

張安睿

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽　550000)

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山沖新村隧道初期支護變形侵限分析及處治

張安睿

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽550000)

摘要：對昆明繞城高速公路山沖新村隧道初期支護變形侵限的成因進行探討，提出了處治方案。通過有限元計算對初支大變形及處治方案進行了計算分析，為類似初期支護變形侵限處治提供經驗。

關鍵詞：初期支護；變形侵限；計算分析；處治方案

1概述

山沖新村隧道位于云南省澄江縣山沖新村，是昆明繞城高速公路東南段一座雙洞6車道中隧道。左幅隧道樁號為ZK99+640～ZK100+467，長827 m；右幅隧道樁號為YK99+660～YK100+450，長790 m。隧址區上覆第四系殘坡積層(Qel+dl)粉質粘土。下伏基巖為侏羅系馮家河組(J1f)紫紅色、灰綠色，薄～中厚層狀泥巖夾砂巖，局部粉砂巖和泥質灰巖。場區地下水類型為基巖裂隙水，主要為強風化帶裂隙富水、導水，地下水埋藏淺，枯季徑流模數0.5～1 L/s·km2。地下水靠大氣降水補給，裂隙不發育的中風化基巖層為相對隔水層。

本次初期支護變形侵限出現在ZK99+815～ZK99+837段，該段原設計為S4bxj襯砌類型，隧道埋深約65 m，圍巖為Ⅳ級圍巖，地質斷面圖見圖1。隧道施工至該段時，洞身圍巖為中風化泥巖夾砂巖，薄～中厚層狀，節理裂隙發育，巖體破碎，掌子面局部有點滴狀滲水，故將原設計變更為S4axj襯砌類型。S4axj襯砌支護參數如下：超前支護采用Φ42×4 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管環向間距40 cm，縱向間距3.2 m；拱部及邊墻系統錨桿采用Φ25 mm中空注漿錨桿，布置間距為80 cm×100 cm(縱×環)，錨桿長度350 cm，中夾巖柱加固采用Φ42×4 mm注漿小導管，布置間距為80 cm×100 cm(縱×環)，長度500 cm；初期支護采用I18鋼拱架，間距80 cm，Φ8雙層鋼筋網，25 cm厚的C25噴射混凝土；二次襯砌采用55 cm厚的C35防水鋼筋混凝土。

2初期支護侵限的現象及成因

2015年6月13日晚9時，山沖新村隧道左幅掌子面開挖至ZK99+850，二襯施作至ZK99+770，仰拱施作至ZK99+805時，通過測量時發現ZK99+815～ZK99+837段隧道左側初期支護變形，經隧道斷面測量，部分地段變形達到21 cm。隨后聯合第三方監控量測單位對該對加強監控量測，發現該段左側邊墻初期支護變形值繼續加大，至2015年6月16日，經過多次復核測量；該段左側邊墻初期支護變形最大值達45 cm。

由于ZK99+815～ZK99+837段初期支護變形侵限發生時該段初期支護已施工完成約一周，該段初期支護變形基本穩定，2015年6月13日至2015年6月16日，該段初期支護突然發生較大變形，結合現場實際情況，分析產生的原因可能有以下2點。

(1)澄江地區連續降雨，雨水滲入山體，泥巖受地下水影響，隧道圍巖自穩能力降低。

(2)隧道施工存在缺陷，未按照設計要求進行施工，導致該段初期支護強度不夠，不足以抵抗應力調整后的圍巖壓力。

為了給初支變形段施工控制提供充分的依據，對該段變形嚴重的左側邊墻進行地質雷達掃描。

通過地質雷達圖像結果可以看出：

(1)上導坑左側邊墻上0.5 m在ZK99+821.5～+822.5、ZK99+827.5～+829.5存在空洞，深度分別為0.7～1.2 m、0.4～0.9 m，上導坑左側邊墻上1.5 m在ZK99+829～+831存在空洞，深度為0.6～1.1 m。

(2)上導坑左側邊墻上0.5 m初期支護背后在ZK99+820～+822段、ZK99+826～+830段、ZK99+820～+822段存在嚴重富水區，大致深度在0.8～1.6 m以后；上導坑左側邊墻上1.5 m初期支護背后在ZK99+825～+830、ZK99+834～+837段存在嚴重富水區，大致深度在0.8～1.6 m以后；上導坑左側拱腰初期支護背后在里程ZK99+818～+829、ZK99+835～+837存在嚴重富水區，大致深度在0.8～1.4 m以后，整段幾乎存在富水。

(3)各部位初期支護背后回填層大致深度在0.3～0.7 m。

(4)變形后圍巖松動圈范圍深度大致在0.5～1.3 m。

(5)上導坑左側邊墻上1.5 m和上導坑左側拱腰部分里程段存在襯砌背后回填不密實，深度0.7～1.1 m。

(6)存在不良地質病害，富水區嚴重位置分別在里程ZK99+825～+829段、ZK99+834～+837段、大致深度在18 m。

從地質雷達掃描的結果分析隧道上導坑左側存在空洞和不同程度的富水區，初支背后部分段落回填不密實。因此，本段出現邊墻初支變形侵限的主要原因是澄江地區連續降雨導致圍巖富水和施工存在質量缺陷引起的。

3初期支護變形侵限的處治措施

隧道初期支護變形侵限處治通常采用注漿加固圍巖，增加臨時支護后進行換拱處理。具體措施根據現場實際情況，綜合分析確定如下。

(1)對富水嚴重區域增設泄水管。

(2)在確保安全的前提下對掌子面進行封閉，初支變形侵限處治未完成前不得恢復掌子面施工，同時該段隧道為小凈距段，右幅掌子面與左幅掌子面間距不小于設計要求。

(3)對ZK99+805～ZK99+837段進行注漿加固，注漿采用6 m長ф42 mm鋼花管，布置間距1 m×1 m(梅花形布設)，加固范圍為從拱頂中心線處至左側邊墻底。

(4)換拱前應將二襯施工至ZK99+805。

(5)注漿完成后，待二襯施工到位，經測量確定侵限段變形穩定后，進行換拱施工，換拱應從洞口向大里程方向逐榀進行。

(6)換拱時應采取有效的臨時支護措施，逃生管道按設計要求進行設置，現場必須有專職安全員進行值班。

(7)加強監控量測，每天進行不少于2次的監控量測，如變形量較大，應及時通知相關單位，同時應對ZK99+805～ZK99+837前后段進行監控量測，進行數據對比。

(8)加密ZK99+805～ZK99+837段環向排水管，環向排水管間距由原設計10 m每道調整為4 m每道。

4初期支護變形侵限處治的計算分析

為了驗證初期支護變形侵限的成因，給該段處治措施提供依據，根據設計資料以及現場補勘和監測資料，建立隧道的地層結構模型，分圍巖富水時原設計和采取處治措施兩種工況計算分析。

(1)計算模型

計算模型的網格劃分如圖1所示。隧道埋深65 m，模型長113 m，寬108 m，共4 744個單元，根據對山沖新村隧道左幅左側圍巖的地質雷達掃描，發現存在不良地質且富水，巖體破碎，結構松散，遇水軟化，自穩性差，所以對左側圍巖參數削弱30%。

圖1　模型局部網格劃分

(2)計算結果

根據計算結果分析，原設計模型計算結果如圖2所示，可以發現左側邊墻有較大位移，圍巖塑性區在左側有較大發展，計算分析中左側邊墻最大位移達到22 cm，根實際情況比較相符，說明在原設計支護下，由于左側地質條件惡化，導致初期支護強度不足出現大變形，以致初支侵限，計算結果如圖3所示。

圖2　原設計支護下圍巖及初支位移

圖3　原設計支護下圍巖塑性區

圖4　采取加固措施下圍巖及初支位移

采取處治措施后計算結果如圖4所示，圍巖及初支位移較小，初支最大位移4.23 mm，滿足限界要求，塑性區發展緩慢且面積較小。說明采取這些處治措施后能滿足結構安全及使用要求。

經對比分析，初支段注漿加固，富水嚴重區域增設泄水管等措施，對改善圍巖和支護結構受力狀況有比較明顯的作用。

5結語

(1)針對隧道施工中出現的初支變形侵限，要采取必要的勘探和檢測措施，查明變形侵限原因。

(2)從理論層面上定性分析隧道初支變形侵限成因和處治措施的效果，對處治方案的確定和處治效果有較大的幫助。

(3)對由于圍巖富水和襯砌背后空洞造成的初支變形侵限，采用注漿方案加固圍巖是必要的。

(4)對于施工過程進行過程控制，重視施工過程的信息采集工作，做到隧道信息化施工。

參考文獻：

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[3]公路隧道設計規范(JTG D70-2004)[S]．北京：人民交通出版社，2004．

The analysis and treatment of primary support deformation exceeding clearance limit in shanchong xin village

ZHANG An-rui

(Guizhou Transportation Planning Survey and Design Institute of Limited

Co.,Ltd.，Guiyang,Guizhou 550000,China)

Abstract:The paper studied the causes of Kuiming highway circling city tunnel primary support deformation exceeding clearance limit in Shanchong Xin village, and the treatment scheme was put forward. Calculation analysis was carried out on the large deformation of primary support and treatment scheme by finite element calculation, which can provide experience for the similar primary support deformation exceeding clearance limit treatment.

Keywords:primary support;deformation exceeding clearance limit;calculation analysis;treatment scheme

中圖分類號：U457+.2

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0109-03

作者簡介：張安睿(1986-)，男，云南保山人，工程師，主要從事隧道工程設計研究。

收稿日期：2015-09-08