富水軟巖隧道初期支護侵限處置技術應用研究

趙利杰，楊 宇

（中國有色金屬工業第六冶金建設有限公司，河南 鄭州 450006）

某隧道為左右幅分離式隧道，左幅起止里程為ZK93+663～ZK99+160，全長5497m；右幅起止里程為K93+638～K99+111，全長54735m。隧道最大埋深約420m。該隧道屬于特長隧道，為重點控制性工程，工程地質條件復雜，構造斷裂及地下水發育。根據對初期支護斷面量測結果,出現侵限情況，二襯設計尺寸將難以保證，結合實際情況采取可行的工程措施，合理有效地控制工程質量。

1 工程地質條件

ZK94+400～ZK95+100段受F7二道坪斷裂構造影響，巖體強風化，節理裂隙發育，巖體破碎，呈裂隙塊狀、碎裂狀結構，巖溶管道或溶蝕裂隙發育，與地表溝谷相連，溝內有季節性流水，斷裂破碎帶及巖溶發育、富水，易發生坍塌，開挖時掌子面易發生坍塌，雨季易出現突水、突泥，為嚴重不良地質段落。

2 初期支護侵限現狀

根據監控量測數據表明，①、ZK94+739斷面，4月8日至4月9日拱頂累計沉降量2mm（24小時沉降量為1mm），周邊累計位移3mm（24小時位移量為1mm）。②、ZK94+743斷面，4月8日至4月9日拱頂累計沉降量3mm（24小時沉降量為0）,周邊累計位移3mm（24小時位移量為1mm）。③、ZK94+746斷面，4月8日至4月9日拱頂累計沉降量為0，周邊累計位移3mm（24小時位移量為0）。④、ZK94+750斷面，4月7日至4月9日拱頂累計沉降量3mm（24小時沉降量為1mm），周邊累計位移6mm（24小時位移量為3mm）。⑤、ZK94+756斷面，4月6日至4月9日拱頂累計沉降量8mm（24小時沉降量為1mm），周邊累計位移7mm（24小時位移量為-1mm）。⑥、ZK94+764斷面，4月6日至4月9日拱頂累計沉降量8mm（24小時沉降量為1mm），周邊累計位移6mm（24小時位移量為2mm）。⑦、ZK94+771斷面，4月6日至4月9日拱頂累計沉降量18mm（24小時沉降量為1mm），周邊累計位移6mm（24小時位移量為-1mm）。

隧道三方檢測單位4月7日至4月9日提供監控量測報告表明，4月9日，除ZK94+756斷面為當天最大沉降點，沉降量為1.21mm外，其余2個斷面5個點24小時沉降量均小于1mm。根據施工單位和三方檢測單位的監測數據和現場情況初步判定ZK94+730～ZK94+770段初期支護侵限，其設置臨時支撐后圍巖初期支護變形速率基本趨于穩定。

3 隧道侵限原因分析

侵限段落位于地層巖性過渡變化帶，圍巖巖性由輝綠巖向灰巖過渡、變化；圍巖強風化，巖質軟至較軟；構造節理、風化裂隙發育，巖體破碎；圍巖結構面富水性弱，出水狀態可呈潮濕狀、點滴狀；圍巖主要以松動垮塌為主，洞周側壁出水區巖體受震動后容易出現垮塌、塌方。

在施工過程中工序銜接不緊密，工作進度較慢，仰拱未及時成環，導致初支累計變形侵限；開挖放樣時，預留變形量不夠，未能及時按照初支變形量及時調整預留量。

大雨過后，雨水沿裂隙滲入，在水的作用下土體強度迅速減弱，掌子面開挖后應力釋放時土體不穩定，通過監控量測發現拱部下沉及周邊水平土體收斂變形較大，導致拱腰至起拱線部位初期支護侵入二襯設計厚度范圍內。

4 變形侵限段處理工藝流程

暫停掌子面的掘進施工，由設計單位提交設計變更圖紙，施工單位編制專項施工方案，經審批后組織實施，加快完成左洞換拱專項施工方案的審批工作進程并組織實施換拱施工，盡快恢復隧道正常施工狀態。

總體思路是換拱前要對換拱部位進行注漿加固，拱架置換遵循先上后下的原則進行處理，其次換拱后，欠挖處理到位，防止換拱完成后出現二次侵限。在施工的同時，做好地表沉降觀測和洞內監控量測工作，并做好超前地質預報。

圖1 侵限處理工藝流程圖

5 隧道下沉處理措施

隧道拱部變形后，立刻啟動緊急預案，對掌子面進行封閉處理，并對已經施工的完成的初期支護進行背后注漿加固或換拱，確保隧道施工安全。具體是原確定的SDsf-2襯砌支護參數不能滿足現場支護需求，經設計單位確定變更換拱支護參數為：φ42徑向注漿鋼花管/φ51自進式錨桿，間距100×50cm（原設計間100×60cm）；I22b鋼拱架，間距50cm（原設計I22a鋼拱架，間距60cm）；中導位置鎖角錨桿為長6m帶鋼筋籠的φ89注漿鋼花管，兩側各4根（原設計為φ42×4鎖腳小導管）；預留變形量暫定為40cm，根據現場實際情況調整；400g/m2土工布及PVC防水板；C30防水鋼纖維鋼筋混凝土襯砌厚60cm。

6 侵限處理步驟

由于拱部下沉，導致地層破壞，首先對掌子面進行注漿封閉，對該段進行初期支護背后注漿及小導管注漿加固地層，在進行加固后根據初期支護斷面測量成果，測量人員需要確定拱部初期支護侵限范圍，在現場用紅漆畫出換拱范圍，由大里程到小里程順序反向施工。

6.1 拆除初期支護

按照拱架單元進行鑿除，且每次只能鑿除一榀中的一個拱架單元。鑿除主要以人工利用風鎬開挖為主，盡量減少對圍巖的擾動。換拱段落采用φ42徑向注漿鋼花管/φ51自進式錨桿，間距100×50cm（原設計間100×60cm）進行注漿加固并在換拱地段搭設鋼管腳手做臨時支撐或相應臺車兼做作業平臺。

（1）初期支護噴射混凝土鑿除。根據斷面測量結果鑿除侵限噴射混凝土，鑿除侵限初支混凝土施工注意事項：①根據斷面實測數據，用紅油漆在噴射混凝土表面標志出侵限的范圍，并用數字寫出該處或該段侵限多少。②風鎬鑿除噴射混凝土之前，必須先把噴射混凝土的鑿除部分與不鑿除部分在分界處切開分離，以防對不鑿除部分混凝土有損傷。③不得大面積拆除初期支護，防止塌方及冒頂。

（2）初期支護鋼拱架割除。鋼拱架拆除時先用風鎬破除鋼拱架背后的巖土，當用風鎬不便于操作時可用鋼釬鑿除其背后的巖土。鋼拱架切割應沿半徑方向，一次割除一個鋼拱架單元，割除前采用頂撐頂住被割除段的型鋼，兩端用氣焊割除后，再割除鋼拱架原有的縱向連接筋，然后用錘頭先輕敲震動鋼拱架，使鋼拱架松動，此時由4名工人人工配合托住鋼拱架，1人用撬棍從一端到另一端逐步撬動，直至鋼拱架順利拆除。

6.2 掛設鋼筋網片

在鋼拱架拆除完成后，人工進行欠挖處理，對于局部殘留的砼采用風鎬破除，錨桿超前支護等鋼結構采用電氣焊切除，直至輪廓滿足施工和設計要求。由于考慮該段地勢偏壓嚴重換拱后圍巖有可能產生較大變形，輪廓開挖時預留沉降量為10cm～15cm。巖面修整完成后及時進行初噴，掛設鋼筋網，網格間搭接長度為1～2個網格。

6.3 SDsf-2鋼架安裝

將加工好的相應鋼拱架單元運至作業面將置換的鋼架嵌入槽中，做好置換前后的鋼架連接質量，連接方式采取原設計鋼架間的鋼板+連接螺栓方式有效連接，最后閉合處采用搭接焊，雙面焊搭接長度不小于5d，單面焊搭接長度不小于10d。①打設4根鎖腳錨管，用L型筋與鋼拱架焊接牢固。中導位置鎖角錨桿為長6m帶鋼筋籠的φ89注漿鋼花管，兩側各4根（原設計為φ42×4鎖腳小導管）。②在鋼拱架與初噴混凝土的空隙處加設混凝土墊塊，楔緊鋼拱架。③按設計要求焊縱向連接筋及格柵鋼架主筋進行焊接連接。

6.4 噴射混凝土

每單元初期支護拆換完成后及時濕噴C25砼，厚度同設計。

6.5 二襯施工

按以上拆換順序反復循環，并及時跟進仰拱及仰拱填充，初期支護拆換完成一段，襯砌一段，確保安全。

7 預防坍塌和換拱施工的注意事項

①對侵限鋼架鑿除前，采用小導管注漿超前支護預加固地層，為保證注漿質量，對超前注漿管進行定時抽查。②鑿除段采用人工用風鎬施工，接近開挖輪廓時，必須采用人工修整從而控制超挖。③格柵鋼架用于工程前應進行試拼，架立應符合設計要求，連接螺栓必須擰緊，數量符合設計，節點板密貼對正，格柵鋼架連接圓順。④噴射混凝土結構，不得出現脫落和漏筋現象。⑤格柵鋼架間噴射混凝土厚度應滿足設計要求，表面應平整圓順，無大的起伏凹凸。⑥換拱施工宜每榀進行，上榀鋼架安設和混凝土施工未完成前不得進行下一榀鋼架拆除施工；⑦應謹慎開挖、及時支護，嚴格按設計和規范施工，鎖腳錨桿（管）施作到位，加強鋼架的縱向連接使鋼架整體受力，避免坍塌事件出現。⑧施工過程中需加強洞內監控量測和地表沉降觀測，準備相應預案，遇異常變形時應立即采取臨時支撐、加強支護措施，并及時提請建設、監理、設計各方協商處理。

8 結語

在置換拱架期間，尤其是侵限段徑向注漿加固時，派專人對隧道初支收斂進行監測，對換拱去前后10m范圍內監測點進行加密以及增加監測頻次，及時分析出結果以便指導換拱作業，杜絕拱頂坍塌、涌砂、涌水事故的發生，確保施工安全。