公路隧道軟巖大變形施工處理技術(shù)研究

劉俊峰

(山西路橋第五工程有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

某隧道工程左線開挖到ZK150+527處、仰拱開挖到ZK150+513處、二襯開挖到ZK150+466處后，發(fā)現(xiàn)初支產(chǎn)生明顯的沉降收斂，已經(jīng)可以看到裂縫和掉塊，通過檢查確認(rèn)工字鋼產(chǎn)生彎曲變形，侵限已經(jīng)達(dá)到8.7 cm。將右線開挖到K150+486～K150+500后，同樣發(fā)現(xiàn)了該問題，但侵限比左線小。

2 變形產(chǎn)生原因

為保證軟巖變形實(shí)際處理效果，應(yīng)確定問題具體產(chǎn)生原因。組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定產(chǎn)生原因，主要和施工位置地質(zhì)條件有主要關(guān)系。根據(jù)勘察資料，產(chǎn)生軟巖大變形的位置，其上方有一條河流。另外，圍巖裂隙發(fā)育，巖石的主要成分為凝灰?guī)r。因區(qū)域地下水豐富，巖石處于松散破碎的狀態(tài)，受震動(dòng)與荷載作用后，極易產(chǎn)生掉塊。隧道開挖施工中，巖石變?yōu)槟酀{，流動(dòng)性顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致承載力大幅減弱，使之前完成施工的初支產(chǎn)生明顯變形，進(jìn)而引發(fā)上述問題。

3 施工處理技術(shù)

3.1 對(duì)二襯崩裂進(jìn)行的施工處理

通過現(xiàn)場人員的深入勘察和確認(rèn)，二襯開裂的主要段落是左幅ZK150+791～ZK150+800和右幅K150+874～K150+885，實(shí)際開裂情況比較嚴(yán)重。通過進(jìn)一步研討，決定采取下列措施。

(1)為確保施工順利開展，設(shè)置臨時(shí)性支撐，并檢查其穩(wěn)定性，在穩(wěn)定性合格的情況下做好現(xiàn)場處治。

(2)通過小導(dǎo)管注漿實(shí)現(xiàn)加固處理，采用42 mm直徑導(dǎo)管，壁厚4 mm，管長4 500 mm，提前準(zhǔn)備好注漿所需材料，即按照1∶1的比例混合攪拌水泥和水。

(3)在二襯兩側(cè)拱腳處設(shè)置兩排鋼管樁，鋼管直徑108 mm，壁厚6 mm，整體長4 500 mm，縱向間隔距離為100 cm，之后采用注漿設(shè)備開始注漿，注漿的初始和終止壓力分別按照1.0 MPa、2.0 MPa控制，連接好注漿設(shè)備和鋼管，以持續(xù)不斷的壓力確保裂隙被泥漿完全充滿，實(shí)現(xiàn)對(duì)拱腳處的有效加固。

(4)注漿結(jié)束后，通過監(jiān)測(cè)確定是否達(dá)到穩(wěn)定，確定達(dá)到穩(wěn)定后拆除二襯開裂較為嚴(yán)重的部分，并對(duì)侵限處實(shí)施換拱，重新進(jìn)行初支與二襯的施工。

針對(duì)局部輕微裂縫，若通過分析確定對(duì)結(jié)構(gòu)承載力并不會(huì)造成太大影響后，應(yīng)繼續(xù)做好監(jiān)測(cè)，在裂縫達(dá)到穩(wěn)定后，通過灌漿有效處理。

3.2 對(duì)仰拱開裂進(jìn)行的施工處理

針對(duì)該隧道工程產(chǎn)生的仰拱開裂，需要以裂縫所在位置與產(chǎn)生原因?yàn)橐罁?jù)，制定相應(yīng)的處治方案。

(1)基底注漿加固

經(jīng)調(diào)查可知，仰拱底部由于地下水豐富，導(dǎo)致承載力無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生了一定程度的沉降，致使仰拱產(chǎn)生若干裂縫。此外，經(jīng)監(jiān)測(cè)可知，由于受到外部荷載持續(xù)作用，沉降伴隨時(shí)間不斷推移而加重，使裂縫不斷發(fā)育。對(duì)此，可采用基底注漿加固的方法處理。于仰拱基底插入若干鋼花管，按照梅花形布置，鋼管直徑108 mm，壁厚6 mm，管長4 500 mm。在鋼花管之間連接的部位通過焊接固定。漿液采用水和水泥按照1∶1的比例混合而成的漿液，注漿初始和終止壓力法分別為1.0 MPa、2.0 MPa，結(jié)束注漿后，做好后續(xù)監(jiān)測(cè)。

(2)拱腳注漿加固

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)拱腳由于在水中長時(shí)間浸泡產(chǎn)生了大量虛渣，導(dǎo)致拱腳承載力無法達(dá)到要求，引起沉降，致使仰拱開裂。通過對(duì)拱腳開裂實(shí)施的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂縫有明顯的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)此，可采用拱腳注漿的方法來處理。于隧道二襯拱腳處每側(cè)分別布置鋼花管，直徑108 mm，壁厚6 mm，整長4 500 mm，縱向間距按照120 cm控制。經(jīng)檢查確認(rèn)鋼花管的布置達(dá)到牢固后，方可開始注漿，注漿所用材料和參數(shù)同上。另外，對(duì)于拱腳長時(shí)間被水浸泡的問題，應(yīng)采取有效的防滲和降水措施。開挖拱腳周圍含水率相對(duì)較高的土，然后用混凝土進(jìn)行填充，這樣除了能提高強(qiáng)度，還能起到防止?jié)B水的作用。在今后的監(jiān)測(cè)工作中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過上述處理的拱腳沒有發(fā)生沉降，仰拱處的開裂也得到了很好的解決。

(3)在仰拱的填充層處增設(shè)鋼筋網(wǎng)

對(duì)于仰拱部分位置產(chǎn)生的輕微開裂，通過連續(xù)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些裂縫并沒有連續(xù)擴(kuò)張的趨勢(shì)，而且并不會(huì)對(duì)隧道整體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性造成明顯影響，針對(duì)這些裂縫，可以在填充層處增設(shè)鋼筋網(wǎng)來處理。采用該方案進(jìn)行施工處理的過程中，需高度重視的要點(diǎn)包括。

①在施工處理開始前應(yīng)對(duì)開裂處進(jìn)行全面清理，將裂縫中和兩側(cè)存在的松動(dòng)碎石全部清理干凈。

②以裂縫的尺寸大小為依據(jù)，確定適宜的鋼筋網(wǎng)片。每個(gè)鋼筋網(wǎng)片都是采用10 mm直徑鋼筋通過焊接形成的，其橫、縱向的間隔距離均為20 cm。鋼筋網(wǎng)片的主要設(shè)置位置為仰拱上填充層和找平層之間。

③將鋼筋網(wǎng)片設(shè)置到指定位置并檢查確認(rèn)合格后，要對(duì)其進(jìn)行固定，使其達(dá)到穩(wěn)定和牢固，避免在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生位移，影響加固后的效果。

④完成對(duì)鋼筋網(wǎng)片的設(shè)置與加固處理后，將事先制備完成的泥漿均勻灌注至開裂處。待泥漿和鋼筋之間的結(jié)合達(dá)到緊密后，檢查抗拉力和強(qiáng)度是否達(dá)到要求，若抗拉力和強(qiáng)度都有良好的表現(xiàn)，則能從根本上提高仰拱整體穩(wěn)定性。

3.3 施工注意事項(xiàng)

軟弱圍巖勢(shì)必影響隧道施工質(zhì)量和安全，若處理不到位，將嚴(yán)重威脅現(xiàn)場施工人員自身安全。在高隧道工程施工過程中，遇到很多軟巖段，盡管在前期施工過程中采取了與歐曉措施進(jìn)行支護(hù)，但地質(zhì)條件十分復(fù)雜，尤其是在地下水豐富的部位，可能由于泡水等原因，使拱腳或基底產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致仰拱及二襯裂縫。對(duì)此，施工人員應(yīng)在查明其產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，制定科學(xué)合理的處治方案。在實(shí)際工作中，要把軟巖變形監(jiān)測(cè)視作一項(xiàng)常態(tài)化工作，并貫穿到整個(gè)開挖施工過程當(dāng)中。確定最大變形速率，若實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果超出這一最大值，應(yīng)立即告警。此時(shí)現(xiàn)場人員應(yīng)在第一時(shí)間對(duì)變形產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，然后采取有效加固措施。此外，在選擇具體加固方式時(shí)，也要加強(qiáng)管理。只有選擇合理的方法進(jìn)行處理，才能有效降低軟巖變形可能造成的負(fù)面影響，使隧道施工安全、快速且順利完成。

4 結(jié) 語

綜上所述，軟巖大變形是當(dāng)前很多隧道施工中可能遇到的問題，目前，該隧道的軟巖大變形處理已經(jīng)順利完成，所用施工處理技術(shù)均合理可行，值得類似隧道工程參考借鑒，不斷積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。