建全村隧道軟弱圍巖大變形的處治分析

摘要：文章依托建全村隧道工程實例，對其施工中遇到的軟巖大變形問題進行研究，分析了隧道襯砌變形開裂的特征及成因，建立針對不同隧道襯砌大變形破壞類型的施工處治方案，通過仰拱處理、二襯拆換、套襯施工、鋼帶加固及裂縫處治等處治措施有效控制了建全村隧道圍巖變形。

關鍵詞：軟巖大變形；大變形特征；處治措施

中圖分類號：U457+.2

0 引言

隨著我國交通需求量的提升，加之我國地形條件復雜，隧道工程是在進行穿山越嶺的修建中不可或缺的一部分［1］。當隧道穿越軟弱圍巖時，由于軟弱圍巖往往具有較低的抗壓強度和較高的可變形性，易受地下水侵蝕和巖層斷裂的影響，常由于地質構造、巖層性質和地下水等因素的影響使隧道產生軟弱圍巖大變形的問題［2］。大變形會給隧道工程帶來多方面的影響，隧道的穩定性受到嚴重威脅，可能引發圍巖塌方、支護結構破壞等事故；大變形還會導致隧道斷面變形和尺寸擴大，從而使隧道的設計凈高和凈寬出現超限，降低通行能力。此外，大變形還會導致隧道透水性增大，加劇地下水涌入，增加排水難度和工程風險。

針對隧道軟弱圍巖大變形問題，許多研究及工程實例已經取得了一定的成果。于景飛等［3］通過對監控量測數據的時間效應及空間效應的兩個方面分析隧道軟弱圍巖的變形特征，并提出治理措施。林之恒等［4］提出“讓防結合，剛柔并濟，柔讓適度，剛度足夠，共同承載”的控制理念，為實際工程提供參考。孫啟博等［5］研究了在理論分析與現場試驗的方法下，雙層支護結構在謝家坡隧道軟弱圍巖大變形段的應用效果。但目前對于套襯施工、鋼帶加固等施工工藝技術對于軟弱圍巖大變形的處治效果仍有研究空間。本文將從施工工藝出發，分析軟弱圍巖大變形，并提出處治措施及方案。

1 工程概況

建全村隧道位于峨漢高速公路2標段14分部，設計為雙向分離式越嶺隧道，全長1 451 m，最大埋深196 m，位于雅安市漢源縣富泉鄉建設村。隧道進口位于西溝右岸斜坡中下部，斜坡整體坡度36°，坡向南東，坡體順直，其上基巖局部有出露，隧道進口段圍巖主要由崩坡積層及粉砂質泥巖構造，崩坡積層以散體結構為主，圍巖穩定性差，容易引發坡表土體失穩滑動。隧道出口位于黑石河左岸斜坡中下部，斜坡整體坡度27°左右，洞口處為崩坡積堆積層，隧道出口段為第四系崩坡積松散層，呈散體結構，圍巖穩定性差。

漢源位于Y字形構造帶核部附近，屬于四川省區域構造活動最強烈地區之一。隧址區多條斷層相互切割，分期配套復雜，斷層既有壓扭性特征、又有逆沖走滑性質。根據地面調查，隧址區除了發育金坪斷裂外，另外存在至少三條斷層，如圖1所示，其中1號和2號斷裂已經查明，根據地層所處的關系，推測3號斷裂從隧址區通過，其走向大概率與隧道小角度相交，并隱伏在地下，深度不明。

2 軟弱圍巖大變形特征及成因

2.1 變形特征

（1）初期支護變形滯后性強、持續時間長、量值大。

隧道開挖后，工作面巖體特征與設計基本相符，但隨著時間推移，受殘余地應力釋放、地下水滲流軟化、爆破振動松動圈等影響，初支開始發生變形，且變形持續時間長，變形程度隨著時間的推移而加劇。具體表現為：初支施作完成后通常一個星期開始出現變形，同時在仰拱開挖后進一步加劇，變形在二襯施工前持續發展。另外，施工過程中，左洞最大周邊收斂值高達0.87 m，初支拱部下沉＞1 m。

（2）變形以擠壓破壞為主，局部區域存在拉裂破壞。

（3）二襯裂縫分布廣，且不具有連續性。

（4）左右洞雙線之間變形破壞更為嚴重，且主要出現在先行導洞。

（5）地下水作用顯著，二襯邊墻出現嚴重滲水現象。

（6）極高地應力引起洞內結構變形嚴重且持續時間長。

2.2 變形成因

（1）隧址區復雜的地質環境：建全村隧道所處地漢源位于四川區域構造活動最為強烈的Y字構造帶核部附近，且發育多條次生斷裂。隧道開挖后的巖層走向與隧道走向基本平行，產狀陡傾，構造強烈，圍巖主應力方向垂直于隧道，使圍巖極易向東內變形。在建全村隧道開挖過程中，受汛期降雨影響，地下水滲流加劇，有效應力不斷降低，在圍巖應力重分布過程中，巖體抗剪強度不斷調整，引起巖體變形，而巖體變形又為滲流提供了幾何空間，加劇了孔隙水壓力的調整。

（2）極高地應力：由“流變應力恢復法”地應力測試結果可知，隧址區δx＞δz＞δy，即最大主應力為水平地應力，其數值為8.88 MPa，方向為近東西方向；中風化砂巖和粉砂質泥巖的強度應力比分別為2.0和0.96，屬于極高應力區。

（3）軟巖小凈距隧道開挖：隧道穿越在進口段為侏羅系紅色-棕紅色粉砂巖、粉砂質泥巖與泥巖不等厚互層，屬極軟巖-軟巖，出口段為上三疊系須家河組灰色至黑灰色砂巖、泥質砂巖、泥巖夾炭質頁巖，兩者間為次級分支斷層接觸，也屬于極軟巖-軟巖。對于陡傾軟巖中的小凈距隧道，在隧道先行洞開挖后進行應力釋放，達到新的平衡，隧道后行洞開挖再次打破平衡、擾動圍巖，兩洞松動圈具有疊加放大效應，導致先行洞破壞嚴重，同時地下水的不斷滲入，軟化圍巖且加大中巖墻自重荷載，造成中巖墻應力集中顯著，造成兩線間變形更嚴重以及仰拱單側隆起現象。

3 處治措施

3.1 處治思路

隧道所處的地質環境極為復雜，所發生的病害也是多種多樣，處治的主要思路包括主動型圍巖加固、被動型結構加固及隧道長期監測，其中主動型圍巖加固的措施有拱部圍巖加固及仰拱基底加固；被動型結構加固的措施有襯砌拆換、模筑套襯、鋼帶加固、仰拱加深、裂縫修補等，如圖2所示。

根據隧道病害的類型及嚴重程度，有針對性地選擇多種措施的有機組合。處治措施及段落由業主、設計、施工及監理四方根據現場條件動態確認調整。

3.2 隧道各區域病害特點及處治方案

根據隧道病害的實際情況，對隧道各段落進行區域劃分。劃分原則主要根據段落病害程度進行。A區域對應二襯破損、脫落段落；B區域對應二襯出現網狀裂縫、縱向裂縫段落；C區域對應洞身出現＞0.5 mm的環向及斜向裂縫的段落；D區域對應仰拱回填嚴重隆起、破損、縱向開裂、錯臺的段落；E區域對應仰拱回填輕微隆起、開裂段落，F、G、H區域屬于相對弱變形區，裂縫寬度＜0.5 mm。具體處治措施見表1。

具體施作方法如下：

圍巖加固（CZJ型）：采用6 m長42 mm注漿小導管及12 m長32 mm自進式錨桿交錯布置注漿加固圍巖，縱向間距60 cm，環向間距120 cm。42 mm注漿小導管全斷面布置，32 mm自進式錨桿拱部90°范圍不布置。

二襯重建（CZH型）：原襯砌拆除時保留拱腳處的原有鋼筋，新舊襯砌鋼筋之間形成可靠連接。無法連接的鋼筋，采取植筋等措施與原襯砌加強銜接，保證二襯結構整體受力性能。重建二襯鋼筋接長采用焊接，采用HRB400鋼筋，箍筋按30 cm（沿外側環筋）等間距布置，必須同時箍住環向主筋和縱向鋼筋，環向主筋凈保護層厚度為5 cm。

套襯（CZE型）：套襯采用厚度25 cm的C50鋼筋混凝土，套襯底部增設長4.5 m25 mm藥卷錨桿鎖腳，錨桿頭部采用L形，長度為25 cm，間距40 cm，并與結構主筋一起焊接。

鋼帶加固（CZG型）：在二次襯砌臨空面粘貼整環熱軋鍍鋅鋼帶，鋼帶厚8 mm、寬40 cm、間距100 cm；鋼帶與隧道二次襯砌砌模筑混凝土之間采用改性環氧樹脂膠粘劑進行粘接，并用膠粘-模擴底錨栓錨固，采用4 m長32 mm砂漿錨桿進行鎖腳。適用于二襯變形開裂中＞0.5 mm的環向、斜向裂縫區域。

仰拱拆除重建（CZYS型）：仰拱嚴重隆起時，需進行仰拱拆除，除基底群樁加固以外，采用仰拱加深、140 mm×6 mm鋼管樁鎖腳等措施。

仰拱加固（CZYY型）：仰拱隆起段落采用4 m長250 mm鋼筋混凝土樁+8 m長140 mm×6 mm鋼管樁進行加固，樁間間距為150 cm×150 cm（環向×縱向），交錯布置。

邊墻底部鋼管樁加固（CZGZ型）：鋼管樁長4 m，縱距1 m，豎向夾角取15°和45°，鉆孔直徑220 mm，內置140 mm×6 mm熱軋無縫鋼管和鋼筋籠。

注漿回填（CZHT型）：采用注漿管注漿改善仰拱脫空和二襯背后空洞的情況。

裂縫修補（CZL型）：無明水的點滲和面滲采用防水材料封閉，裂縫寬度＜0.2 mm時采用防水材料封閉，裂縫寬度＞0.2 mm時采用注漿管注漿修補加固。

各處治措施示意圖如圖3所示。

3.3 隧道監控量測

在對建全村隧道相應病害區域采取處治措施后，對其二襯、仰拱進行了監控量測。監測數據見表2和表3。

由于軟弱圍巖大變形持續時間長，需要在洞內與地表設置監測設備進行長期監測，以保證其不會對隧道結構帶來更多影響與破壞［6］。

對比處治前隧道拱頂沉降最大值達到14.6 mm/d，周邊收斂速度最大值達到12.3 mm/d，隧道左右拱腰沉降、拱頂沉降等均得到了有效控制。根據《公路隧道施工技術細則》（JTG/TF60-2009）對變形速率的定義結合高地應力的地質情況，處治前隧道處于變形急劇增長階段，處治后隧道處于基本穩定階段與變形緩慢增長階段。

4 結語

隨著隧道工程的不斷發展，軟弱圍巖大變形問題逐漸成為工程建設中的重要挑戰。本文針對軟弱圍巖大變形對建全村隧道的影響，以及如何有效處治這一問題進行了研究。在研究中，通過調查和分析，確認了軟弱圍巖大變形對建全村隧道安全穩定性造成的影響，根據變形特征和成因，采取了一系列處治方案，包括圍巖加固、二襯重建、套襯施工、鋼帶加固、仰拱拆除重建、仰拱加固、邊墻底部鋼管樁加固、注漿回填以及裂縫修補。通過實際工程的實施與應用，驗證了這些處治方案的有效性和可行性。

參考文獻

［1］魏 來，劉 欽，黃 沛.高地應力軟巖隧道大變形機理及控制對策研究綜述［J］.公路，2017，62（7）：297-306.

［2］王成虎，郭啟良，丁立豐，等.工程區高地應力判據研究及實例分析［J］.巖土力學，2009，30（8）：2 359-2 364.

［3］于景飛，周文朋.隧道軟弱圍巖大變形分析及治理措施［J］.建筑技術，2019，50（5）：541-544.

［4］林之恒，袁 東.軟巖大變形隧道工程特點與防治對策［J］.低碳世界，2023，13（3）：139-141.

［5］孫景鳳，李文華，董亥興，等.超小凈距大跨度隧道巖柱穩定性分析［J］.中外公路，2014，34（2）：210-214.

［6］吳佳欣，陳 彥.分析監控量測在軟巖大變形隧道中的應用［J］.工程建設與設計，2020（7）：135-138.

收稿日期：2024-03-06

作者簡介：金 濤（1985—），高級工程師，主要從事公路工程施工管理工作。