軟巖順層偏壓地段隧道初支變形侵限安全有效處理技術(shù)

楊先全

(中交四航局一公司云桂鐵路項(xiàng)目部)

1 工程概況

隧道位于廣南－ 珠琳區(qū)間，為單洞雙線隧道，線間距4.6 m，全長(zhǎng)820 m。隧道圍巖巖性為三疊系板納組粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，巖層褶皺，構(gòu)造裂隙發(fā)育。洞身段巖性主要以砂巖、粉砂巖為主，中～厚層產(chǎn)狀，巖石節(jié)理發(fā)育破碎。巖層產(chǎn)狀N70°W/50NE°，線路走向與巖層走向夾角24°傾向右側(cè);同時(shí)隧道洞身段左側(cè)存在順層偏壓。隧道換拱范圍多集中在洞口段范圍且洞外山勢(shì)走向?qū)λ淼佬纬善珘籂顟B(tài)，為確保隧道換拱施工質(zhì)量、及隧道施工安全的前提下，盡量減少圍巖擾動(dòng)和減少換拱范圍，針對(duì)初支侵限的范圍進(jìn)行拆換拱處理。

2 施工現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

施工現(xiàn)狀:隧道上臺(tái)階掌子面里程為DK446 +087.5，累計(jì)開挖支護(hù)123.5 m;仰拱里程為DK446 +060.2，累計(jì)完成96.2 m;二襯里程為DK446 +033，累計(jì)完成54 m。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述:DK445 +964～DK446 +005 段41 m 設(shè)計(jì)為V級(jí)B 型復(fù)合襯砌;DK446 +005－ DK446 +109 段104 m 設(shè)計(jì)為V 級(jí)A 型復(fù)合襯砌。支護(hù)措施均為全環(huán)I20b 鋼架，間距0.8m，拱部Φ42 超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.4 m，每3.2 m 一環(huán)，每環(huán)38 根，4.5 m/根。設(shè)計(jì)參數(shù)為:28cm 厚C25噴射混凝土、20 cm×20 cm 的φ8 鋼筋網(wǎng)片、1.2 m ×1.0 m 間距的φ22 砂漿錨桿4 m/根、50 cm 厚C35襯砌鋼筋混凝土。

3 侵限分析

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)及初支斷面檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，DK446 +000～DK446 + 024 段 全環(huán)、DK446 + 033～DK446 + 043 及DK446 +048～DK446 + 052 段左側(cè)半環(huán)、DK446 + 052～DK446 +064 段左側(cè)半環(huán)變形量超標(biāo)，最嚴(yán)重部分已侵限31.6 cm，目前該段監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示變形已趨于穩(wěn)定。

隧道侵限段圍巖主要為砂巖夾粉砂巖，屬軟質(zhì)巖，巖層褶皺，構(gòu)造裂隙發(fā)育，圍巖較為破碎。從已施工里程看，圍巖掉塊現(xiàn)象頗為嚴(yán)重，圍巖自穩(wěn)性較差。

隧道進(jìn)口洞身段左側(cè)存在順層偏壓也直接加快隧道變形沉降侵限，同時(shí)隧道進(jìn)口端山勢(shì)較陡與洞門斜切且植被發(fā)育地質(zhì)多為強(qiáng)風(fēng)化巖石，導(dǎo)致進(jìn)洞口端初支變形大。

隧道開挖后圍巖應(yīng)力釋放，對(duì)鋼架作用的應(yīng)力較大。開挖爆破、仰拱未及時(shí)施工、初期支護(hù)施工質(zhì)量等也是影響隧道沉降變形大的原因之一。

二襯施工未及時(shí)跟上，支護(hù)措施過(guò)弱(大管棚段以后范圍均發(fā)生沉降變形)，上臺(tái)階施工放置時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)收斂及沉降量預(yù)計(jì)不足等。

4 侵限換拱施工方法及工藝

4.1 侵限處理思路

(1)臨時(shí)加固(支撐)

在拆除初期支護(hù)前，必須對(duì)兩側(cè)原有的支護(hù)系統(tǒng)設(shè)立臨時(shí)支撐，使隧道兩側(cè)拱架單元與臨時(shí)支撐形成穩(wěn)定的支撐體系。臨時(shí)支撐采用5 根I20a 型鋼加工制作成支撐排架，其頂端與初支鋼架B 單元頂端周邊焊接牢固，底角埋入仰拱填充面上寬60 cm，厚30 cm 的底座混凝土中。同時(shí)采取幾個(gè)方面的措施:一、二襯緊跟;二、初支左側(cè)偏壓段加固;三、在填充面上及作業(yè)臺(tái)車上施做臨時(shí)支撐;四、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。

(2)徑向注漿加固

換拱段采用4 m 長(zhǎng)Φ42 mm 徑向小導(dǎo)管對(duì)初支背后圍巖注漿固結(jié)，環(huán)向間距1.0 m，縱向間距0.8 m，梅花形布置，在每榀鋼架與小導(dǎo)管“L 型”鋼筋鎖死，漿液采用1∶1 水泥漿，注漿壓力:0.3～0.5 MPa。

(3)逐榀置換拱架

①?gòu)耐庀騼?nèi)逐榀進(jìn)行，遵循先拱后墻的原則，對(duì)于全環(huán)侵限的部位必須采取分單元置換。

②換拱前先進(jìn)行臨時(shí)斜撐支護(hù)及拱頂豎上支撐方可開始進(jìn)行換拱施工。

③挖除侵限部分:每次只能拱部開挖一榀，邊墻開挖兩榀。開挖主要以沖擊錘破碎為主，人工利用風(fēng)鎬開挖為輔。

(4)換拱步驟

拆換拱時(shí)應(yīng)自上而下鑿出原初期支護(hù)進(jìn)行換拱施工，具體換拱步驟如下。

①如在A 單元范圍內(nèi)采取破碎機(jī)及人工利用風(fēng)鎬的方式進(jìn)行破除處理。A 單元范圍內(nèi)斷面鑿除至設(shè)計(jì)開挖輪廓線后，拆除鋼架、連接鋼筋及鋼筋網(wǎng)。先初噴一層混凝土封閉開挖面防止拱部掉塊?，F(xiàn)場(chǎng)加工與A 單元等弧度的鋼拱架并進(jìn)行安裝后按照設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)及預(yù)留變形量進(jìn)行施工。當(dāng)隧道初期支護(hù)侵限部位為拱架A 單元及B 單元時(shí)，需先處理完A 單元部分后再處理B 單元。

②如在B 單元時(shí)須拱部A 單元侵限段處理完畢后，才能進(jìn)行B 單元段侵限處理。處理B 單元時(shí)左右兩側(cè)錯(cuò)開3～5 m 進(jìn)行，當(dāng)選擇從右側(cè)開始時(shí)，拆除右側(cè)臨時(shí)支撐及采用風(fēng)鎬或破碎機(jī)對(duì)B 單元初期支護(hù)并鑿至設(shè)計(jì)輪廓后初噴封閉。左側(cè)B 單元施工與右側(cè)步驟相同。當(dāng)隧道初期支護(hù)侵限部位為拱架B 單元及C 單元時(shí)，需先處理完B 單元后再處理C 單元。

③當(dāng)隧道初期支護(hù)侵限部位為拱架C 單元時(shí)采取利用風(fēng)鎬或破碎機(jī)拆除拱架并開挖至設(shè)計(jì)輪廓線后按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)施工。

④當(dāng)隧道初期支護(hù)侵限部位為全斷面時(shí)，采取自上而下先拱后墻的方式按照A、B、C 單元施工步驟進(jìn)行換拱施工。

⑤換拱施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要及時(shí)增加橫向、豎向及水平臨時(shí)支撐及鎖腳錨桿，置換的拱架預(yù)留變形量為15 cm，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，防止沉降變形，造成二次侵限。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)隧道初期支護(hù)侵限處理，結(jié)合隧道圍巖情況及時(shí)采取注漿加固并做好臨時(shí)支護(hù)措施，過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，逐榀逐段逐節(jié)進(jìn)行置換拱處理，仰拱及二襯緊跟，安全有效的進(jìn)行處理侵限，該方法對(duì)同類工程處理有指導(dǎo)和借鑒作用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工積累，也對(duì)后期隧道初期支護(hù)施工更加重視，加強(qiáng)"超前支護(hù)、初支加強(qiáng)、合理調(diào)整預(yù)留變形量、仰拱及時(shí)封閉、二襯緊跟"的施工措施。

［1］鐵路隧道工程施工技術(shù)指南(TZ204－2008)［S］.

［2］鐵路隧道施工規(guī)范(TB10204－2002)［S］.

［3］隧道參考圖《雙線隧道輔助施工措施及施工工法》成都:中國(guó)中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010.