成武高速武都西隧道典型病害成因分析及處治措施

王海龍

摘 要：通過對武都西隧道存在的二襯開裂及和仰拱隆起病害分析，得出病害段隧道圍巖產狀紊亂，裂隙發育、巖體較破碎，巖性為碳質板巖、千枚巖，均屬軟巖，強度低，隧道埋深較大，地應力較高，施工后應力重分布時間長，且應力分布不均勻，二襯承受了較大荷載，是造成隧道病害的主要原因。針對隧道出現的病害，提出對二襯、仰拱進行加固、拆除、重建等處治措施和超前鋼花管等預防措施；并對處治效果進行評價，結果表明，對圍巖的壓力抵抗效果良好，有效的控制了病害的發生及延續；由此，做到細化、規整的設計與嚴格執行設計文件中的要求進行施工有著密不可少的重要聯系。

關鍵詞：成武高速；隧道；病害；分析；處置

中圖分類號：U455.91 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0116-02

1 前言

成武高速公路武都西隧道為分離式隧道，原設計圍巖左線713米為V級，1170米為IV級；右線802米為V級，1090米為IV級，施工時左線掘進748米、右線掘進747米后，圍巖與設計不否，持續進入軟巖大變形圍巖。

根據原設計圍巖描述，武都西隧道地處大院——殿溝里斷層（F5），屬武都山字形構造體系，白龍江渠大斷裂次生斷裂。下盤為白龍江群下部千枚巖、碳質灰巖、泥灰巖，巖體破碎、強度低，上盤為白龍江群第二段灰巖、中薄層灰巖、千枚巖互層。設計文件指出斷層處發育有2處次生斷層。

且通過隧道掘進揭露，武都西隧道圍巖主要為千枚化的碳質頁巖，產狀紊亂，褶皺明顯，節理發育、巖體極為破碎，遇水軟化、膨脹。隧道最大埋深超過1千米，存在高地應力，由于受F5斷層次生帶構造應力強力釋放的影響，隧道處在大變形段，圍巖穩定性極差，并多次出現塌方，已完成的初期支護出現開裂掉塊，鋼拱架扭曲變形嚴重。經多次調整支護方案，最終確定采用雙層初期支護，并根據現場監控量測的數據調整具體支護參數及預留變形量。

現隧道局部段落在施工過程中發生大變形，在二次襯砌施工后，陸續發生襯砌開裂、仰拱開裂及隆起等問題，仰拱及隧底填充層出現脫空、剪斷等現象，最大隆起位移為35.2厘米。

2 典型病害成因分析

（1）從隧道實際開挖情況看，病害段隧道圍巖產狀紊亂，裂隙發育、巖體較破碎，巖性為碳質板巖、千枚巖，均屬軟巖，強度低，隧道埋深較大，地應力較高，施工后應力重分布時間長，且應力分布不均勻，二襯承受了較大荷載，是造成部分二襯開裂、隧道隆起等病害的主要原因。（2）施工工藝和精細化管理方面缺乏經驗，在軟巖、高地應力狀態下采用上、下臺階法施工，設置的核心土較小，支擋掌子面效果較差；鎖角鋼管施工與鋼拱架焊接缺乏規范化。（3）隧道在掘進過程中，由于受F5斷層次生帶垂直應力強力釋放的影響，隧道處在大變形段，圍巖穩定性差，并多次出現塌方，已完成的初期支護出現開裂掉塊，鋼拱架扭曲變形嚴重，經多次專家會調整支護方案，最終確定采用雙層初支，并根據現場監控量測數據調整具體支護參數及預留變形量。

在隧道施工過程中發生大變形，在二次襯砌施工后陸續發生襯砌開裂、仰拱開裂及隆起等問題，最終仰拱及隧底填充層最大隆起位移為17.6cm，仰拱及隧底填充出現脫空、剪斷等現象，同時二次襯砌出現較多裂縫，襯砌表面混凝土局部開裂寬度達到4.1cm，混凝土表面已經崩裂、剝落；也有局部二襯出現的裂縫經觀察開裂主要原因表現為襯砌拱頂表面混凝土壓潰剝落。

3 典型病害處治措施

典型病害現場治理措施：

（1）對二襯開裂嚴重段采用拆除重建。每次拆除二襯縱向長度為2米，拆除二襯后采用6米長鋼花管注漿加固。鋼花管注漿加固完成后，對局部初支破損嚴重部分（鋼拱架扭曲破壞、初支傾入二襯斷面）進行拆除重建，初期支護變形收斂達到《公路隧道施工規范》要求后，方能進行二襯施工，二襯中的主鋼架由原設計的Φ22調整為Φ25，間距為250mm，水平筋為Φ12，間距為300mm；（2）對于二襯產生細微斜裂縫段，對裂縫進行觀測，結合裂縫發展變化情況再行處置；（3）對于仰拱及填充層隆起的處治方案為拆除重建仰拱。具體為：鑿除仰拱填充層，由仰拱隆起段起點處開始跳槽拆除仰拱，每次拆除段落縱向寬度為2米，邊角采用Φ42×4mm長的鋼花管進行注漿加固，每側2根/米。注漿加固完成后，重新施作仰拱，將局部初支破損嚴重部分（鋼拱架扭曲破壞、初支傾入二襯斷面）進行拆除修復處理。重新施作仰拱時，將緊急停車帶段仰拱厚度由60mm調整為70mm，正常段仰拱厚度由50mm調整為60mm，仰拱主鋼筋由原設計的Φ22調整為Φ25；（4）后續施工段支護方案有所調整，目前隧道進出口掌子面圍巖情況、圍巖地質和已發生大變形和二襯開裂段地質較為相似，結合前期施工經驗總結，在前期方案的基礎上，進一步加強二次襯砌配筋，主筋由Φ22調整為Φ25。

4 病害預防措施

（1）隧道現場所采用的上、下臺階法，其上臺階過高、過長，掌子面處臨空面過大，易坍塌；仰拱與掌子面距離過長，難以控制變形，存在較大安全隱患。應嚴格按照三臺階留核心土法進行施工，仰拱與掌子面的距離應小于25米，使初期支護快速封閉成環，減小隧道在施工過程中的變形；（2）掌子面處實行雙層支護，鋼拱架間距為65cm，鋼架均采用H175型鋼，現場應嚴格控制兩層初支鋼拱架“拱對拱”支撐方案施工，加密相鄰鋼架縱向和兩層鋼架間的剛性連接，嚴格控制循環進尺，初期支護及時封閉成環；（3）進一步加強現場監控量測的斷面和測點，加密測量點，提高量測頻率。監控量測測點可采用反光片，測量三維坐標，提供拱頂、拱腰、拱腳處在施工過程中的變形數據，以便分析襯砌在施工過程中變形情況，合理安排施工工序；（4）掌子面處初支拱圈背后做到無空洞，保證填筑密實，系統錨桿、鎖腳鋼管施工規范化，能有效抑制沉降，影響拱架變形等問題。施工過程中嚴格控制施工質量和施工工藝，嚴控隧道超挖和坍塌，對形成超挖和坍塌的段落，必須回填密實后方可進入下一步開挖施工；（5）對仰拱預埋鋼筋設置要符合要求，保證混凝土質量要求；初支仰拱處鋼拱架與邊墻處鋼拱架鏈接質量引起高度重視，并采取措施給予補強，應全面加強施工質量的系統管理。

5 結語

通過對典型病害的成因分析、處治措施、以及預防措施及效果的陳述來看，隧道因設計的不周密，對隧道圍巖類型的不細觀，設計中因未具體說明圍巖產狀情況，裂隙發育快、巖體破碎、強度低，隧道埋深較大，地應力較高等的具體段落，設計支護參數不科學，導致施工后應力重分布時間長，應力分布不均勻，二襯承受較大荷載，施工單位未能及時向上級單位匯報，對設計更有效的細化變更施工，造成部分二襯開裂、仰拱隆起等典型病害。通過一系列預加固、支護參數的變更、有效的施工方法及經驗的交流，有效的控制了病害的延展，從而達到病害的消除，使隧道病害得到明顯的控制效力，效果達到優良狀態；由此結論，告訴我們在隧道設計的過程中，圍巖類型判定的準確化、對設計支護類型的周密，有著一定的設計意義；也告訴我們施工建設單位在施工過程中嚴格按設計及規范要求進行施工，對現場實際圍巖做好監控量測的記錄，對圍巖的變化及時向上級單位及設計單位匯報，及時對設計更有效的細化變更施工，有著更重要的施工意義。

總之，按以上處治要求，嚴格執行，確保有效對二襯開裂、仰拱隆起的完善處治。

參考文獻

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