弁山隧道大跨度軟弱圍巖初期支護(hù)沉降控制

李講科

摘 要：我國(guó)國(guó)土遼闊，地質(zhì)復(fù)雜，加上各種因素的影響，在對(duì)隧道進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，尤其是在對(duì)大跨度隧道進(jìn)行施工的過程中，圍巖軟弱破碎嚴(yán)重，自穩(wěn)性差，因此，為了有效地阻止圍巖發(fā)生過大的變形，初期支護(hù)沉降控制具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章主要以弁山隧道為例，對(duì)大跨度軟弱圍巖初期支護(hù)沉降進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：弁山隧道；大跨度軟弱圍巖；初期支護(hù)沉降

隧道大跨度軟弱圍巖初期沉降控制能夠在很大程度上使隧道施工過程中的變形問題得以改善，這對(duì)于提高隧道工程的施工質(zhì)量以及其安全性有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)際施工過程中，需要根據(jù)施工過程中對(duì)圍巖及初期支護(hù)的加固，確定不同地質(zhì)情況下何種加固的措施更為合理有效，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、安全快速施工的目的。

1 工程施工概況

弁山隧道最大開挖高度11.98m，最大開挖寬度17.92m。地質(zhì)巖性以灰、灰白色厚層、中層狀含礫粗粒石英砂巖、細(xì)粒石英砂巖為主，夾灰黃、灰白、淺紫紅色薄層至中層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和泥巖。隧道圍巖類別分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類，由于地質(zhì)復(fù)雜，圍巖變化較頻繁，Ⅰ、Ⅱ類圍巖用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，Ⅲ類圍巖用留核心土法施工，Ⅳ類用上下半斷面法施工。

在施工過程中，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)圍巖類別與實(shí)際出入較大，進(jìn)口左線開挖至ZK37+465，右線開挖至YK37+495處時(shí)，出現(xiàn)了流塑狀泥層，局部出現(xiàn)多次塌方，掌子面附近滲水現(xiàn)象較嚴(yán)重，已開挖施工的上半斷面初期支護(hù)出現(xiàn)大范圍變形開裂，沉降量多達(dá)80cm，必須采取臨時(shí)輔助強(qiáng)支撐，變形才能得以控制。

2 弁山隧道大跨度軟弱圍巖初期支護(hù)沉降控制措施

2.1 以地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及量測(cè)數(shù)據(jù)為根據(jù)，對(duì)施工方案以及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行確定

弁山隧道Ⅰ、Ⅱ類圍巖的巖性主要以粉砂巖、泥巖為主，巖體風(fēng)化比較強(qiáng)烈，破碎情況比較嚴(yán)重，自穩(wěn)性較差，軟硬巖石交替出現(xiàn)是其比較突出的特點(diǎn)，其中，軟巖石的含量要比硬巖石的含量大，在具體施工的過程中，塌方出現(xiàn)的次數(shù)較多，而且滲水現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，已經(jīng)開挖施工的上半斷面初期支護(hù)出現(xiàn)大范圍的嚴(yán)重變形開裂，沉降量多達(dá)80cm，因此，為了有效地控制變形，采取臨時(shí)的輔助強(qiáng)支撐具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，對(duì)施工方案以及支護(hù)參數(shù)的合理性進(jìn)行提高對(duì)于施工安全的確保十分必要。我局的隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)組曾在2004年對(duì)未開挖的地段進(jìn)行了地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，并對(duì)掌子面前方200m的未知地質(zhì)情況進(jìn)行了勘測(cè)預(yù)報(bào)。將地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果與收斂量測(cè)資料相結(jié)合，并以此為根據(jù)，得出原施工方法及支護(hù)體系與圍堰穩(wěn)定性的要求不相符合。將相關(guān)的勘測(cè)資料上報(bào)給設(shè)計(jì)單位之后，經(jīng)過勘察研究與計(jì)算，最后變更左線ZK37+499～530m（長(zhǎng)31m），右線YK37+460～500m（長(zhǎng)40m）段落采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，φ108*6大管棚超前支護(hù)；初期支護(hù)系統(tǒng)為I20工字鋼拱架（原設(shè)計(jì)為I18工字鋼拱架），間距50cm（原設(shè)計(jì)為75cm），φ25*5自進(jìn)式錨桿長(zhǎng)4.5m，C20鋼纖維混凝土厚30cm，φ8雙層鋼筋網(wǎng)片（原設(shè)計(jì)為單層）。模筑C30鋼筋混凝土厚75cm（原設(shè)計(jì)為50cm），并增加了隧道基底加固。

經(jīng)過調(diào)整施工方案與支護(hù)參數(shù)，在實(shí)際施工過程中，為了保證施工的安全，對(duì)初期支護(hù)開裂、下沉現(xiàn)象進(jìn)行有效地減小十分必要。

2.2 通過圍巖收斂量測(cè)，對(duì)不同地址條件下的收斂變形情況進(jìn)行確定，使圍巖變形預(yù)留量趨于合理

左側(cè)壁導(dǎo)坑ZK37+460斷面拱頂下沉，而且在開挖九天之內(nèi)，平均每天下沉7mm，在9～15天范圍內(nèi)，變形情況沒有太大的變動(dòng)，但是，當(dāng)對(duì)側(cè)壁導(dǎo)坑的下部分進(jìn)行開挖期間，拱形變形量進(jìn)一步加大，每天6mm，直至25天時(shí)，變形才開始趨向穩(wěn)定，最大的變形量可達(dá)135.01mm。另外，在連接左右側(cè)壁、拱頂、仰拱時(shí)，還會(huì)發(fā)生一定程度的變形。

左側(cè)壁導(dǎo)坑ZK37+460斷面的水平收斂量，在開完之后一直到第9天，每天平均收斂10mm；從第9天到15天的階段，變形變得緩和，在開挖側(cè)壁導(dǎo)坑下部分的時(shí)候，變形會(huì)略微加劇，這表明在開挖下導(dǎo)坑的時(shí)候?qū)τ谒绞諗康挠绊懕炔簧舷鲁撩黠@，到第25天的時(shí)候，變形會(huì)逐漸趨向于穩(wěn)定，最終收斂變形量為203.53mm。這是兩個(gè)具有代表性的收斂圖形，所以，該隧道Ⅱ類圍巖預(yù)留的8cm變形量是無法滿足施工要求的。我單位把兩側(cè)資料上報(bào)給設(shè)計(jì)單位，在經(jīng)過眾多的資料分析與對(duì)比之后，確定在實(shí)際施工當(dāng)中，Ⅰ類圍巖預(yù)留變形量18cm，Ⅱ類圍巖預(yù)留變形12cm。

所以在施工過程中，要切實(shí)把握好隧道施工的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，并且在實(shí)踐當(dāng)中不斷改進(jìn)，結(jié)合遇到的問題，盡早總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給接下來的施工打好基礎(chǔ)。在圍巖變形量測(cè)當(dāng)中，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)控下臺(tái)階開挖和支護(hù)。從每個(gè)斷面的監(jiān)控量測(cè)資料可以看出，在下臺(tái)階開挖的過程中，原上臺(tái)階開挖之后圍巖的位移已經(jīng)趨向于穩(wěn)定的情況下，因?yàn)殚_挖的干擾以及拱腳虛脫而產(chǎn)生圍巖的應(yīng)力重分布，其變形量與位移速率都會(huì)在瞬間劇增。該趨勢(shì)的發(fā)展如果無法及時(shí)被支護(hù)結(jié)構(gòu)所控制，就會(huì)因?yàn)槲灰谱冃味纬蓢鷰r松動(dòng)區(qū)，如果大于初期支護(hù)的支撐能力，一定會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。

2.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的控制工作進(jìn)行加強(qiáng)，并及早采取加固措施

2.3.1 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)施工管理，提升施工工藝

（1）嚴(yán)格依照“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行施工，要最大程度上降低對(duì)圍巖的擾動(dòng)。弁山隧道軟弱圍巖段，采取機(jī)械配合人工開挖，在確實(shí)需要爆破的地段，應(yīng)該安排專業(yè)的技術(shù)人員，在施工現(xiàn)場(chǎng)布置合理的炮眼，對(duì)炸藥的用量進(jìn)行確定，從而把震動(dòng)影響降低到最小的程度。各個(gè)開挖面應(yīng)該拉開兩倍以上的洞涇距離，避免相互之間震動(dòng)的干擾，從而破壞圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）在開挖的過程當(dāng)中，應(yīng)該預(yù)留核心土在開挖面上，不能把開挖面挖成反向坡，避免發(fā)生失穩(wěn)坍塌的問題。

（3）在開挖之后要盡快開展初噴工作，避免圍巖不斷掉塊使得松動(dòng)區(qū)域增大，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化。

（4）在開挖之后要盡早封閉成環(huán)，保證均勻受力，拱架拱腳應(yīng)該坐落在硬實(shí)的巖石上，如果基礎(chǔ)較軟應(yīng)該采取方木支墊的方法。

（5）增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)防排水工作，在開挖面、初期支護(hù)的基地不能有積水，避免浸泡下沉。

（6）采取雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖的時(shí)候，左右側(cè)壁導(dǎo)坑的鋼拱架應(yīng)該裝設(shè)在同一個(gè)斷面上，避免在拱部、仰拱施工的過程中引起拱架偏斜扭曲，減弱拱架的受力性能。

（7）強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)的管理工作，保證各道工序的施工質(zhì)量能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 在施工中，如果測(cè)量數(shù)據(jù)有不斷增加的趨向，支護(hù)結(jié)構(gòu)有顯著的變形下沉而且有不斷發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)該及早采取相應(yīng)的加固措施

（1）增強(qiáng)圍巖松散體的注漿工作，提升圍巖自身承載力與整體性。弁山隧道左線ZK37+450～463段圍巖裂隙含水量大，在初期支護(hù)結(jié)束之后，圍巖變形下沉并無減緩的趨勢(shì)（如下圖），經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察得知該段圍巖受力性能較差，為含沙性黃土，在開挖之后，會(huì)破壞圍巖的原始狀態(tài)，圍巖沒有自承力而壓在初期的支護(hù)上，初期支護(hù)因?yàn)槌惺懿涣嗽摵奢d而產(chǎn)生變形。

加固措施：對(duì)松動(dòng)區(qū)的圍巖進(jìn)行注漿固結(jié)，形成持力拱，從而增大圍巖的自承力。采取臨時(shí)鋼制護(hù)加固之后，環(huán)向打設(shè)φ42導(dǎo)管，其長(zhǎng)度為4.5m，縱環(huán)間距為1.5*1.5m，在打設(shè)結(jié)束之后，灌注水泥-水玻璃雙液漿，壓力為1Mpa。

該段在注漿結(jié)束后三天，沉降量雖然有減小的趨勢(shì)，但是還不夠穩(wěn)定，于是采取強(qiáng)性支撐的方法，因?yàn)樗淼廊珨嗝嬉呀?jīng)形成，采取原木支撐比較困難，采用加強(qiáng)臨時(shí)支撐剛度與受力的整體性方法，在臨時(shí)支撐上噴射混凝土，與施工初期支護(hù)一起承擔(dān)圍巖的壓力（臨時(shí)支撐圖2）。在完成之后，效果比較明顯，抑制了初期支護(hù)的變形下沉。

（2）強(qiáng)性支撐抑制初期支護(hù)變形下沉。鋼拱架套拱支撐。弁山隧道在很多段落都采取了臨時(shí)套拱加固的措施，其特征是受力整體性與均勻性較好，適用斷面比較大，施工完成之后，不會(huì)影響到其他工序的施工。缺點(diǎn)是要求施工斷面圓順，基礎(chǔ)堅(jiān)固，在拆除的時(shí)候比較麻煩。

在隧道變形大、速率較快、需要比較大的支撐力的地段，采取原木扇形支撐（如下圖）。速度快、操作便捷、受力較大，適用空間比較小是其最主要的特征，同時(shí)，其也是需要立即加固的地段。

（3）加強(qiáng)措施。弁山隧道在施工的過程中，因?yàn)閲鷰r較差，上半截面初期支護(hù)施工結(jié)束之后，初期不斷發(fā)生下沉，其主要原因是拱腳基礎(chǔ)的強(qiáng)度比較差，因此采取了以下加強(qiáng)措施：

打設(shè)鎖腳錨桿，提升拱腳的穩(wěn)定性。

打設(shè)拱腳地梁，使拱架基礎(chǔ)的強(qiáng)度與受力整體性得以增強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)

在隧道施工的過程中，初期支護(hù)的施工質(zhì)量對(duì)于提高隧道安全性有著十分重要的作用。在實(shí)際施工的過程中，應(yīng)該保證施工方案的合理性，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理進(jìn)行加強(qiáng)。同時(shí)，如果在進(jìn)行初期支護(hù)期間出現(xiàn)異常情況，必須及時(shí)地采取切實(shí)可行的措施，否則，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大圍巖松動(dòng)圈的范圍，致使變形加劇，導(dǎo)致相當(dāng)一部分初期支護(hù)沉降侵限。

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