大斷面隧道大變形治理措施探究

徐佳力

(柳州東城投資開發(fā)有限公司，廣西柳州545000)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)圈的不斷擴(kuò)大，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷跟進(jìn)，越來越多的城市道路需要修建，道路沿線不可避免地遇到山體溝谷，因而隧道工程往往是其中的控制性工程。在隧道施工過程中，可能出現(xiàn)的災(zāi)害有塌方、巖爆以及大變形等。其中，大變形是較為常見的工程事故，如處治不當(dāng)，往往容易引發(fā)塌方，導(dǎo)致嚴(yán)重的工程災(zāi)害。

針對(duì)隧道施工中的大變形現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量研究，但由于每座隧道存在不同的地質(zhì)條件、施工措施以及施工管理水平，因此有必要對(duì)大斷面隧道施工過程中出現(xiàn)的大變形事故處治措施進(jìn)行探究。

本文以三車道大斷面隧道施工過程中拱頂、拱腰及側(cè)墻出現(xiàn)的大變形為工程背景，對(duì)該隧道塌方的具體情況、處治方案以及處治效果進(jìn)行了詳細(xì)闡述，可為今后處治類似隧道大變形事故處理提供一定的參考。

1 項(xiàng)目概況

隧道單洞長(zhǎng)1 360 m，雙向六車道，建筑限界凈寬13.75 m，凈高5.0 m。內(nèi)輪廓凈寬15.13 m，凈高9.69 m，建筑限界及內(nèi)輪廓如圖1所示。隧道沿線巖層為上二疊統(tǒng)大隆組(P2d)灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r夾泥巖、砂巖，覆蓋層為殘坡積層(Qel+dl)黏性土。進(jìn)口附近地形為穩(wěn)定的表面為土質(zhì)的低丘緩坡，坡度約10°～20°，坡面為高大的喬木覆蓋，隧道洞身段穿越的山體高低起伏，山體高度變化較大，出口附近地形為穩(wěn)定的表面為土質(zhì)的低丘緩坡，坡角約8°～15°，坡面為高大的喬木覆蓋。

圖1 隧道內(nèi)輪廓

2 隧道大變形概述

隧道右線掌子面掘進(jìn)至90 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)距離掌子面20 m位置處初期支護(hù)開裂和掉塊，洞內(nèi)出現(xiàn)異常聲響。為確保施工安全，洞內(nèi)掌子面停止施工作業(yè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：YK0+845、YK0+855、YK0+865三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的拱頂下沉、水平收斂單天變形值超出預(yù)警范圍，表明圍巖已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

隨后對(duì)距離掌子面15 m處右下導(dǎo)洞開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)有三榀鋼架拱腳發(fā)生扭曲變形，2 d后，YK0+855拱頂累計(jì)下沉已達(dá)219.91 mm，水平收斂值累計(jì)已達(dá)258.89 mm。其中，YK0+845-860段地表有多處裂縫，長(zhǎng)度1～3 m不等，縫寬2～5 cm。由于連續(xù)降雨，地表裂縫有增大的趨勢(shì)。

3 大變形原因分析及治理方案

3.1 大變形原因分析

(1)YK0+840～YK0+870段洞頂板埋深約21～28 m，斜坡坡度約30°～40°，坡面較陡，表層為含碎石紅黏土，厚10～17 m。該段圍巖較差，隧道內(nèi)主要出露的巖性為黏性土夾硅質(zhì)灰?guī)r碎塊，屬軟～較軟巖，耐風(fēng)化程度弱；節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，呈松軟(散)結(jié)構(gòu)；受地表水影響，開挖段右側(cè)滲水頻繁，時(shí)而有線狀流水；圍巖整體穩(wěn)定性差，易掉塊、坍塌。因此，地質(zhì)條件較差是導(dǎo)致大變形的主要原因。

(2)YK0+840～YK0+870處于洞口淺埋段，自掘進(jìn)以來，由于連續(xù)降雨，地表水下滲導(dǎo)致黏性土軟化，巖土體抗剪強(qiáng)度降低，自重增加，隧道開挖后圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大，無法形成自然承載拱，自穩(wěn)能力差，使得初支承受了很大的松弛荷載。

(3)由于左洞開挖面巖性為黏性土夾硅質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，屬于硬軟質(zhì)巖石互層，局部需要進(jìn)行弱爆破，由于該隧道屬于小凈距隧道，左洞的爆破開挖會(huì)對(duì)右洞圍巖的穩(wěn)定性造成極大影響。

3.2 大變形治理方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變形的實(shí)際情況，在“科學(xué)、擇優(yōu)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則下，對(duì)隧道右洞大變形段的加固處治方案為：

(1)隧道右洞大變形段加固處理完成之前，隧道右洞掌子面及下導(dǎo)坑必須停止開挖。

(2)對(duì)地表裂縫進(jìn)行處理，并在合適的位置設(shè)置截水溝。

(3)增設(shè)環(huán)向臨時(shí)套拱，套拱采用工字鋼，拱腳設(shè)置φ42鎖腳小導(dǎo)管，工字鋼間距為50 cm，密貼初支噴射混凝土，空隙處應(yīng)用墊塊或木楔楔緊，以加強(qiáng)洞內(nèi)支撐。

(4)環(huán)向臨時(shí)套拱對(duì)應(yīng)設(shè)置M型支撐，支撐腳設(shè)置墊塊，避免支撐下沉。工字鋼及臨時(shí)支撐采用Ⅰ22b型工字鋼。

(5)對(duì)大變形段及后方5 m段沿隧道環(huán)向采用φ42注漿小導(dǎo)管注漿加固周邊圍巖土體。

(6)待變形收斂且二襯跟進(jìn)至距離變形段20 m后，對(duì)隧道右線大變形段分段擴(kuò)挖換拱，每次擴(kuò)挖寬度為50 cm，進(jìn)行人工換拱，禁止大擾動(dòng)，每次更換一榀。

(7)加固處理過程中，在變形段增加監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)預(yù)報(bào)和預(yù)警監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)。

(8)變形段換拱完成穩(wěn)定后，方可開挖掌子面和下導(dǎo)坑。

(9)待工序滿足要求后，及時(shí)施作該段落的二次襯砌。

3.3 治理效果

在大變形段的治理前后，監(jiān)測(cè)單位和施工方分別對(duì)YK0+845、YK0+855、YK0+865、YK0+875等4個(gè)斷面跟進(jìn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析曲線如圖2～圖5所示。通過分析各斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在該段落加固后，發(fā)現(xiàn)變形速率及收斂預(yù)測(cè)值均在容許范圍之類，尚無再次發(fā)生災(zāi)害事故的危險(xiǎn)。因此，采用上述方案對(duì)該段大變形進(jìn)行處理加固，達(dá)到了預(yù)期目的，有效地避免了塌方發(fā)生。

圖2 YK0+845監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)分析

圖3 YK0+855監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)分析

圖4 YK0+865監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)分析

圖5 YK0+875監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)分析

4 結(jié)束語

(1)隧道大變形對(duì)工程進(jìn)度和效益影響巨大，因此，在施工過程中，首要任務(wù)是做好各種預(yù)防措施。

(2)一旦發(fā)現(xiàn)有變形加劇的跡象，應(yīng)及時(shí)采取加固措施。如風(fēng)險(xiǎn)不可控，應(yīng)及時(shí)撤離所有人員和機(jī)具設(shè)備。

(3)在發(fā)生大變形后，應(yīng)立即停止對(duì)圍巖的繼續(xù)擾動(dòng)，及時(shí)加設(shè)臨時(shí)支撐。

(4)在換拱的過程中，應(yīng)隔榀換拱，防止初支工字鋼拆除過多導(dǎo)致變形再次加劇，以至于導(dǎo)致塌方。

(5)應(yīng)對(duì)變形段進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)并指導(dǎo)施工。

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