隧道初期支護變形原因分析及防護措施

張兵

摘要：北京市興延高速公路石峽隧道左線圍巖具有大松散型，施工過程中，出現初期支護多次變形的情況，致使初支混凝土開裂、滲水、鼓包、起皮、掉塊、初支鋼拱架扭曲變形，甚至部分初支侵入二次襯砌范圍。文章重點闡述了隧道初期支護變形的原因、綜合治理及防護措施，提出了后續施工防止出現初期支護變形的施工工藝與技術措施

Abstract： The surrounding rock of the left line of the Shixia Tunnel on the Xingyan Expressway in Beijing has a large loose type. During the construction process， the initial support has been deformed many times， causing the crack， seepage， bulge and peel of initial support concrete and distorted deformation of primary steel arch The primary support steel arch is distorted and deformed， and even part of the primary support intrudes into the secondary lining range. The article focuses on the causes， comprehensive treatment and protective measures of the initial support deformation of the tunnel， and proposes the construction techniques and technical measures for the subsequent construction to prevent the initial support deformation.

關鍵詞：隧道;初支變形;加固;防護措施

Key words： tunnel;initial support deformation;reinforcement;protective measures

中圖分類號：U455.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0175-05

1? 工程概況

石峽隧道進口段位于北京市昌平區與延慶縣交界的山嶺中，為分離式隧道，左線里程樁號為：ZK30+364～ZK32+320，長1956m右線里程樁號為：YK30+398～YK32+410，長2012m，路面縱坡控制范圍：0.3%≤i<2.6%，雙向六車道建設，是北京世博會的主要分流通道。

石峽隧道施工呈現的地質特點主要有：

①洞身所穿地層主要為侏羅系中風化、薇風化熔結角礫凝灰巖、安山質凝灰巖與長城系高于莊組白云巖，受地層不整合接觸作用及構造作用影響，該區段地層性質組合較復雜，巖體節理裂隙很發育，發育小斷層，沿巖體破碎帶發育中性侵入山脈體。巖體較完整～破碎，呈塊狀結構、鑲嵌碎裂結構，致使巖體非常破碎，穩定性差。

②隧道洞身段為中低山地貌單元與山間溝谷地貌單元，本工程由于長期受斷塊抬升構造作用影響，風化剝蝕嚴重，溝谷切割強烈，沿線地形變化大，形態復雜。隧道沿線最高點標高高于1000m，最低點標高低于500m，相對高差500m以上。

③隧道主要穿越的含水巖組為侏羅系山組、白堊系東嶺臺組火山巖、火山碎屑巖，含水巖組與碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組兩大類。隧道底板整體位于地下水水位以上，開挖易形成涌水的通道，隧道出現瞬間涌水量達到了6000～8000m3/d。

該隧道左線原設計Ⅴ級圍巖450m，Ⅳ圍巖461m，Ⅲ級圍巖1045m。而實際開挖揭示Ⅲ級圍巖237m，Ⅳ圍巖230m，Ⅴ級圍巖1489m。隧道圍巖變率高達：77%之多。該隧道圍巖大變形的整治引起各方的密切關注，多次組織各方面的專家進行現場勘察、研討、論證。

2? 初期支護變形的基本情況及原因分析

2.1 初期支護變形的基本情況

①ZK30+902～ZK30+951段原設計為IV級圍巖，實際施工揭示圍巖情況較差，整體受水浸蝕軟化影響，巖質軟弱，裂隙水發育，變更為V級圍巖施工，2016年12月6日開挖至ZK30+920處，揭示右側拱腰處存在泥化軟巖，有較大股狀流水，造成右側坍塌，現場及時采取回填洞渣并澆筑混凝土處理，后期施工根據軟弱部位，加強超前支護并增加鎖腳導管數量，該段初支完成后，12月25日發現ZK30+902～ZK30+931拱腰初支有開裂現象，及時對該部位進行鎖腳加固并注漿穩固，針對初支后空腔，破碎松散圍巖進行徑向小導管注漿穩固處理。2016年1月3日-1月11日通過監測數據反映，此段圍巖受巖體強烈擠壓、應力釋放大造成圍巖嚴重收斂，拱頂及右側初支出現噴射混凝土表面嚴重開裂、局部掉塊、鋼拱架嚴重扭曲變形，并侵入二襯設計厚度20～30cm，（見圖1、圖2）需對該段進行加固并換拱處理。

4.1 開挖方法

采用三臺階環形開挖，預留核心土施工。開挖過程中，嚴格實施監控量測工作，針對監控量測數據及時分析，以真實有效的監控量測數據為指導，根據監控量測結果變化突變時，及時調整現場施工參數。

4.2 超前支護施工

①將超前支護更改為T76S自進式螺紋管（長度15～30m，環向間距50cm，拱部120°范圍）施作大管棚。后續開挖采用5b加強支護參數施工，預留變形量根據現場情況適當增加。在施做超前T76自進式螺紋管后，可進一步優化開挖工藝，做到仰拱緊跟，初支變形穩定后再施做二襯。

②首先安裝鋼拱架護拱。掌子面開挖輪廓線起向后6m范圍內將拱頂挑高40cm，形成鉆機工作室。在開挖廓線以外拱部120°范圍內架設一榀工字鋼（22b），工字鋼上開100mm的孔，孔距50cm，在每個孔上焊接？準100mm鋼管，長度1m，作為導向鋼管，注漿泵與鉆機接頭連接，注漿材料采用P.O42.5水泥，水灰比控制在0.5。T76S自進式螺紋管打設如圖12所示。

4.3 初期支護施工

圍巖開挖后立即對裸露圍巖進行混凝土噴射，及時封閉開挖圍巖，防止圍巖接觸空氣風化，避免圍巖垮塌。

利用可收縮鋼拱架支護，以適應隧道開挖后圍巖初期變形要求，可收縮鋼拱架采用I22b鋼拱架加工，在環形拱架兩側各安裝一個可收縮性接頭，收縮量25cm，鋼拱架安裝間距50cm，22螺紋鋼焊接連接，底部采用長4mΦ42鎖腳導管鎖死，防止鋼架向隧道內收斂變形。

鋼拱架之間鋪設20cm×20cm的鋼筋直徑Φ8mm雙層鋼筋網片，并與壁面接觸緊密。打設長4m的Φ25自進式中空注漿系統錨桿，1.0m×0.5m（環×縱）間距梅花型布置，增強圍巖牢固性和整體性。錨桿、掛網和鋼架安裝完后立即噴射混凝土，盡快形成聯合支護體系，以抑制圍巖變形。噴射混凝土采用混凝土濕噴機作業，減少回彈量，降低粉塵，保證施工質量。

4.4 仰拱及二襯施工

仰拱距掌子面、二襯距掌子面的步距控制尤為重要。開挖初支施工完畢后，及時施做仰拱，仰拱距開挖面不宜超過30m，并全幅一次性施做;當監控量測顯示位移速度明顯減緩并已基本穩定時，立即進行二次襯砌的施工，盡快封閉成環，確保施工安全。

5? 結束語

石峽隧道作為松散型大變形隧道，主要因地質和支護參數不當等因素，導致圍巖位移速度長時間不能趨于穩定，通過對初期支護增加臨時護拱、注漿加固、鋼管門架支撐及換拱等應急措施，使前期變形得到了有效的控制，達到了預期效果，同時在后續隧道開挖掘進施工中采取了新的施工工藝，加強了超前支護、初期支護的施工措施，避免了初支變形侵限的現象發生，為松散型隧道施工提供了寶貴的經驗，得到了社會各界的認可。

參考文獻：

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