山區高速公路淺埋軟弱圍巖隧道沉降變形開裂處治施工技術

摘要 文章以云龍至蘭坪高速公路嶺丹隧道工程實例為依托，對淺埋軟弱圍巖地質條件下的隧道初支沉降開裂變形進行探討研究。從隧道監控量測數據、超前地質預報、工程地質水文條件、地表處理、開挖支護施工等方面進行分析，提出有針對性的施工技術措施進行處治，確保隧道施工安全，杜絕安全生產事故發生，為類似地質條件下隧道沉降開裂變形等病害處治提供了借鑒和參考。

關鍵詞 高速公路；淺埋軟弱圍巖；沉降變形開裂處治；施工技術

中圖分類號 U455 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0133-03

0 引言

云龍至蘭坪高速公路是云南省高速公路的重要組成部分，也是建設“一帶一路，沿邊開放”國家戰略決策的需要，對促進地方經濟發展、抗災應急和國防安全具有重要意義。但是，在高速公路隧道施工過程中會遇見軟弱圍巖，這種圍巖有著節理裂隙發育、破碎、質軟、遇水自穩能力差等特點，極易造成隧道沉降變形開裂。為保證施工質量、安全，需要對這種地質采取特殊的施工處治技術，以此來保證施工質量、安全可控，提高高速公路的建設水平。

1 工程概況

1.1 隧道淺埋軟弱圍巖段工程概況

云龍至蘭坪高速公路嶺丹隧道，屬分離式特長隧道，隧址區附近海拔2 199.6～2 680.4 m，左幅隧道起止里程樁號為ZK93+936～ZK98+461，全長4 525 m，最大埋深約387 m，右幅隧道起止里程樁號為YK93+935～YK98+450，全長4 515 m，最大埋深約408 m。隧道右幅進口YK93+935～YK94+400段，長465 m，頂板埋深0～61.3 m。洞身圍巖為碎石土及強～中風化泥巖夾砂巖。碎石土厚0～6 m，松散～稍密狀；強風化泥巖夾砂巖，節理裂隙比較發育，巖體極破碎，呈碎裂狀結構，巖質軟；中風化泥巖夾砂巖，節理發育，遇水后易崩解、開裂，呈塊狀，巖體較破碎，呈碎裂塊狀結構，Rc-7 MPa，kW-030，[BQ]-165。隧道進口段YK93+940～YK95+700右側35～280 m是麥稈河，麥稈河為關坪河的上游段，該河常年有水，河寬2～7 m，深0.5～1.5 m，施工時水位高程2 315.5 m，流量約6 L/s，根據現場調查走訪，最高洪水水位約2 317.0 m，流量約15 L/s，沖刷能力較強。

1.2 隧道初支沉降變形開裂具體情況及原因分析

1.2.1 初支沉降變形開裂的具體情況

因2020年7月7日至2020年7月12日持續強降雨，監控量測單位和施工單位在2020年7月2日至2020年7月15日對嶺丹隧道右幅進口端隧道初支拱頂沉降、周邊收斂進行監測過程中，于7月13日開始發現YK94+148、YK94+158、YK94+167斷面初支拱頂下沉速率、周邊收斂速率具有增加現象，經過持續幾天的監測發現從7月15日起下沉速率增長較快，具體如下：

（1）YK94+148斷面7月15日拱頂沉降速率最大達到109.5 mm，累計沉降值達到154.0 mm，周邊位移當日達到13.54 mm，累計達到62.47 mm。

（2）YK94+158斷面7月15日拱頂下沉速率較大，并有加速現象，日沉降速率最大達到140.7 mm，累計沉降值達到173.7 mm，周邊位移當日達到18.57 mm，累計達到51.42 mm。

（3）YK94+167斷面7月15日拱頂下沉速率較大，并有加速現象，日沉降速率最大達到81.8 mm，累計沉降值達到99.6 mm，周邊位移當日達到16.41 mm，累計達到36.08 mm，同時初支YK94+150～YK94+165右側邊墻出現明顯剝離及開裂現象。

在7月16日中午發現YK94+157.0～YK94+216.4段圍巖在急劇變化，圍巖極不穩定，初支突變，噴射混凝土開裂、剝落嚴重，鋼拱架扭曲變形侵占二襯界限，地表開裂。預警級別為Ⅰ級，并立即撤出人員和機械設備，暫停施工。見圖1～2。

1.2.2 初支沉降變形開裂的原因分析

首先，隧道洞身段圍巖主要為泥巖夾砂巖，節理裂隙較發育，巖體較破碎且巖質軟，正值雨季在長期持續強降雨作用下，淺埋段軟弱巖體遇水軟化圍巖自穩能力減弱，且土體自重不斷加大。超過初支的承載能力是該次隧道初支沉降變形開裂的主要原因。其次，施工過程中管理不到位，施工作業人員存在超前錨桿、小導管注漿壓力、注漿量不足、水灰比偏低等偷工減料行為，都是導致初支外圍巖加固效果未達到設計要求，進而導致初期支護承載力不足的主要因素。最后，設計院在對隧道進行設計時，經常用的主要設計方法有理論計算法、工程類比法和現場監控法，由于地勘鉆孔不能對隧道完全覆蓋，因而缺乏對軟弱圍巖的全面了解掌握，從而導致設計出的方案與隧道的實際情況并不完全匹配適合。主要是隧道初期支護的各項設計參數與實際施工過程中的各項參數的數據差距性比較大，進一步加大了隧道施工過程中初支支護沉降變形開裂剝落的概率，加大了施工的安全風險[1]。

2 軟弱圍巖隧道初支沉降開裂變形的處治技術

結合現場實際情況、變形部位及圍巖裂隙發育情況，借鑒參考類似工程處治案例和施工經驗，制定有針對性的施工處治技術。

2.1 地表裂縫處理

（1）對地表開裂位置灌注水泥漿，水灰比1∶1（質量比），并采用M7.5的水泥漿對裂縫進行封堵。

（2）對地表水進行引排截堵，水溝砂漿抹面防止地表水繼續滲透。

2.2 YK94+157.0～YK94+216.4段洞內處治措施

（1）在YK94+157.0～YK94+180.0段（已澆筑仰拱段）回填反壓土高度4.8 m，并用挖掘機分層碾壓夯實。

（2）在YK94+180.0～YK94+216.4段回填反壓土高度2.1 m，并用挖掘機分層碾壓夯實，見圖3。

（3）施做臨時仰拱：采用I18工字鋼做臨時仰拱鋼拱架，人工鑿除兩側拱腳的鋼筋網片和C25噴射混凝土，露出鋼拱架，兩邊各設置一道I20a縱向連接工字鋼，與原初期支護拱架進行焊接，見圖4。

（4）I18臨時仰拱工字鋼兩側與縱向連接工字鋼焊接連接，臨時仰拱工字鋼縱向間距0.6 m，施工中嚴格控制焊接質量，接觸位置必須滿焊，連接好后采用C25噴射混凝土封閉鋼拱架，混凝土×厚度25 cm，見圖5。

（5）在每榀臨時仰拱拱架處設置豎向I20a工字鋼支撐兩根，分別位于拱頂中心線位置和右側A接頭位置，垂直設置，見圖6。

（6）在豎向支撐間用I20a工字鋼連接成井字，初支面及臨時仰拱面采用I20a工字鋼縱向緊貼混凝土面與豎向支撐焊接牢固，見圖7。

（7）施做徑向導管：①在拱頂中心線往大里程方向右側打設單根長6 m的φ76×4.5 mm導管并注漿，縱、環向間距0.6×1 m，梅花形布置。②在拱頂中心線往大里程方向左側打設單根長4.5 m的φ42×4 mm鋼花管并注漿，縱、環向間距為0.6×1 m，按照梅花形的要求進行設置。③鋼花管注漿采用M20的水泥砂漿，水灰比采用1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，見圖8。

2.3 YK94+157.0～YK94+216.4段換拱處理

（1）待打設徑向φ76導管及φ42導管注漿凝固后，對該段變形侵限二襯位置的鋼拱架進行換拱處理。

（2）從小里程至大里程方向逐榀拆除原有工字鋼，按SF5c襯砌類型開挖至設計的開挖邊線，初噴3 cm厚度的C25混凝土，預留變形量15 cm。

（3）更換為I20a鋼拱架，與徑向φ76及φ42導管焊接連接，及時在拱腰及拱腳位置按設計圖紙打設φ42×4 mm鎖腳小導管并注漿，單根鎖腳小導管長4.5 m。

（4）安裝φ12的20×20 cm雙層鋼筋網，濕噴機噴射C25混凝土至27 cm厚。

2.4 監控量測

加強監控量測工作：及時布置監控量測觀測點，洞內按縱向間距5 m布置，每個段面拱頂、拱腰、拱腳處布置共計5個測點，根據每天沉降速率情況按不大于

2 h/次的頻率進行監測，及時整理上報觀測數據，實行動態施工，以監控量測數據指導現場處治施工。洞外地表按照10～15 m的間距布置一個沉降觀測斷面，每個沉降觀測斷面在隧道拱頂的觀測點間距為2～3 m，拱頂兩側的沉降觀測點的間距為3～4 m，通過對隧道洞口淺埋偏壓、沉降變形開裂段的地表沉降監測來監控洞室穩定狀態和評價隧道變形特征[2]。

2.5 仰拱施工

（1）換拱完成后及時按照原施工圖設計施做仰拱，封閉成環。

（2）仰拱開挖嚴格控制步距，1榀開挖，1榀支護。

（3）3 m施做一次仰拱拱圈，整幅施做。

2.6 二襯施工

（1）對該次處治段落二襯每模施做12 m長。

（2）二襯每12 m設置一道變形縫，變形縫為通縫，沿襯砌全環設置，變形縫中的橡膠止水帶應用鋼筋卡固定，鋼筋卡間距為40 m，與變形縫箍筋交替布置。

（3）每模二襯設置兩道環向DN75的HDPE單壁打孔波紋管。

3 結語

綜上所述，在山區高速公路軟弱圍巖隧道施工中，極易出現初支沉降變形開裂甚至塌方的情況，嚴重影響施工作業人員和機械設備的安全，以及工程工期和投資控制，因而如何預防和及時處治沉降變形開裂極為重要。當前，山區隧道主要采用新奧法和礦山法施工技術，受地質、水文、巖石構造、施工隊伍水平等方面影響，施工難度很大。因此在隧道施工過程中，應加強超前、系統錨桿、鋼支撐等初期支護施工質量的管理控制，施工各工序之間的銜接，結合超前地質預報和超前水平地質鉆探等技術，揭露隧道掌子面前方的地質、水文等情況。同時，應結合監控量測數據及時指導施工并進行施工圖的動態設計，并做好水系的防、排、截、堵，因地制宜合理制定隧道沉降變形開裂處置施工方案，采取有針對性的技術措施，保證隧道施工人員機械設備的安全，避免安全生產責任事故的發生。

參考文獻

[1]高宗登. 高速公路軟弱圍巖隧道塌方處理施工技術研究[J]. 四川水泥， 2020（11）： 255-256.

[2]馬曉文. 高速公路淺埋軟弱圍巖隧道施工技術[J]. 工程技術研究， 2021（1）： 63-64.