隧道初期支護(hù)大變形、地表沉降段換拱處理

曹火勇

【摘要：成渝客專某隧道進(jìn)口段屬于淺埋、大跨度、軟弱圍巖地段，在施工過程中由于地表水滲入造成初期支護(hù)發(fā)生嚴(yán)重沉降收斂變形侵限。本文就該段初支變形過程、形成原因分析、治理方法、換拱施工工法、安全保障措施進(jìn)行論述探討。

【關(guān)鍵詞】隧道工程、收斂沉降、換拱處理、監(jiān)控量測

1、工程概況

某隧道全長7328m，設(shè)計高瓦斯隧道，被原鐵道部評定為高風(fēng)險隧道。全隧位于直線上，隧道縱坡為4‰的下坡。變形段處于隧道進(jìn)口淺埋區(qū)斷層帶，為雙線大跨度斷面。主要巖性為泥巖、砂巖，巖體整體穩(wěn)定性差、巖體破碎、地下水豐富，埋深14～22m。

2、沉降收斂變形情況

進(jìn)口端已施作DK22+600—DK22+630段初期支護(hù)發(fā)生沉降收斂變形，當(dāng)日最大沉降量達(dá)到12mm，收斂量達(dá)到8mm。至沉降收斂變形基本穩(wěn)定，期間最大累計沉降變形1169mm，最大日沉降118mm。

3、收斂變形原因分析

（1）地質(zhì)原因。收斂沉降段為全-強(qiáng)風(fēng)化帶，風(fēng)化不均。洞頂埋

深埋深14—23米，且處于龍泉驛斷層破碎帶，巖體破碎，圍巖軟弱，自穩(wěn)性差。

（2）外部原因。施工期間，正值雨季，加之當(dāng)?shù)卮汗喽错敼麍@，大量地表水下滲，軟化圍巖，惡化圍巖地質(zhì)條件。

（3）施工原因。施工單位沒能對該段地質(zhì)條件及大量地表水下滲引起高度重視。在開始出現(xiàn)收斂變形后，雖然采取了一定措施，但沒能有效控制收斂變形的發(fā)展。

4、變形控制

（1）地表處理。變形段地表采取土地緊急補(bǔ)征打圍。對所有的裂縫進(jìn)行清理，采用粘土夯實(shí)所有的裂縫及側(cè)溝雜物并采用薄膜覆蓋封閉，防止地表水滲入覆蓋層內(nèi)。

（2）洞內(nèi)處理。為確保施工安全，對掌子面進(jìn)行封閉，未施工仰拱段采用臨時仰拱、臨時豎撐及扇形支撐。對整個沉降變形段進(jìn)行注漿加固，并對變形段增設(shè)I20b套拱加強(qiáng)支護(hù)。沉降變形趨于穩(wěn)定后，在大里程端施作3m仰拱及二襯混凝土。

5、換拱處理

5.1、施工工藝

5.2、施工控制要點(diǎn)

5.2.1徑向注漿處理

對變形體段初期支護(hù)進(jìn)行全斷面徑向注漿固結(jié)處理，采用φ42無縫鋼管，單根長4.5m，環(huán)向間距0.5m×縱向間距0.5m，采用雙序孔交叉注漿，自下而上進(jìn)行。注漿過程采用“雙控”，根據(jù)注漿壓力和注漿量初步判斷是否滿足要求。注漿預(yù)防替換拱架施工造成二次擾動變形加大，導(dǎo)致坍塌不安全隱患事故發(fā)生。注漿參數(shù)表如下：

水泥漿水灰比 水玻璃 水泥漿與水玻璃體積比 NaH2PO4摻水泥質(zhì)量%

注漿終壓力（MPa）

穩(wěn)壓時間（min）

濃度

（/0Be‘） 模數(shù)

1：1 38 2.4 1：0.6 2.0 2.0～2.5 10

5.2.2監(jiān)控量測

5.2.2.1布點(diǎn)原則

待注漿完成后，對原沉降觀測及收斂觀測標(biāo)識進(jìn)行清理，每5m一個觀測斷面，補(bǔ)充被損壞的標(biāo)志。每斷面設(shè)沉降觀測點(diǎn)3個，分別位于拱頂及拱頂量測4m處。每斷面設(shè)收斂觀測點(diǎn)一對，位于矮邊墻頂面以上1.5m處。換拱過程每損壞一個點(diǎn)，在新施工的初支上增加一個點(diǎn)，始終保證觀測點(diǎn)的數(shù)量不變。地表監(jiān)控量測點(diǎn)通過測量放樣對應(yīng)于洞內(nèi)觀測點(diǎn)位置埋設(shè)。

5.2.2.2觀測頻率

換拱期間洞內(nèi)沉降觀測及收斂觀測保證每8小時一次，每天三次的觀測頻率。洞頂?shù)乇碛^測每天兩次。測量完成半小時內(nèi)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果以書面形式下發(fā)至現(xiàn)場指導(dǎo)生產(chǎn)。發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時立即暫停換拱施工，并分析原因指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

尤其是對施工區(qū)域前后初支變形情況的監(jiān)控，新鋼架在安裝完成1小時內(nèi)完成監(jiān)控標(biāo)志的布設(shè)，并采集初始值。侵限初支及鋼架在拆除前后對相鄰兩榀鋼架的控制點(diǎn)進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)采集，核實(shí)拆除前后的沉降情況。并按上述觀測頻率繼續(xù)觀測。

5.2.3換拱

待監(jiān)控量測數(shù)據(jù)滿足要求后，開始進(jìn)行換拱施工?？傮w思路：采用長臂挖機(jī)配破碎頭或修邊刀片在原施工的兩榀鋼架間進(jìn)行拱頂初支混凝土鑿除→采用CAT320挖掘機(jī)配破碎頭鑿除邊墻初支混凝土、矮邊墻混凝土、16cm厚填充混凝土→割除侵限鋼架、鋼筋網(wǎng)、連接鋼筋及部分鎖腳、徑向錨管→長臂挖掘機(jī)或CAT320挖掘機(jī)安裝刀片將斷面擴(kuò)挖至設(shè)計斷面（預(yù)留35cm沉降量）→初噴4cm厚混凝土封閉圍巖面→安裝新鋼架→掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、焊接連接鋼筋、施工鎖腳、徑向錨管→噴射混凝土完成換拱。

第一循環(huán)換拱設(shè)置為3m試驗(yàn)段，換拱逐榀進(jìn)行，每環(huán)鋼架完成封閉成換后方可進(jìn)行下一榀鋼架的拆換。新鋼架設(shè)置35cm預(yù)留沉降。為縮短封閉成環(huán)時間，減少封閉成環(huán)前的沉降，換拱為全斷面進(jìn)行，完成原鋼架拆除后立即安裝新鋼架，盡快封閉成環(huán)。換拱期間加強(qiáng)換拱段及前后的監(jiān)控量測。

如在換拱期間或完成試驗(yàn)段后每天的沉降或收斂超過5mm或累計沉降超過10cm，立即增加I20b工字鋼套拱。完成套拱加設(shè)并穩(wěn)定后如果能夠滿足設(shè)計斷面輪廓則立即組織澆筑二襯混凝土，同時第二循環(huán)開始換拱均采用雙層拱架，并設(shè)置10cm預(yù)留沉降量。第二循環(huán)換拱長度設(shè)置為5m，同樣根據(jù)換拱期間及完成換拱后的沉降情況，采用與第一循環(huán)相同的處理方式。

逐品換拱

6、施工安全質(zhì)量保證

（1）、監(jiān)控量測數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。處理過程中加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測，對數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析，根據(jù)測量檢測成果確定初期支護(hù)拱架替換部位及里程段落。

（2）、二次襯砌及時跟進(jìn)。因變形段仰拱已施作，換拱以6m為一節(jié)段，換拱完成數(shù)據(jù)穩(wěn)定后立即施作二次襯砌。

（3）、配足監(jiān)控人員及勞動力。成立現(xiàn)場施工指導(dǎo)小組，設(shè)置現(xiàn)場安全監(jiān)控人員，對施工現(xiàn)場進(jìn)行及時指導(dǎo)。勞動力按30%富余量進(jìn)行配置，確保現(xiàn)場施工穩(wěn)定高效。

五、結(jié)語

通過對該隧道初期支護(hù)變形換拱處理結(jié)果分析，采用對侵限段圍巖注漿加固，超前小導(dǎo)管和鋼拱架逐段加固阻斷處理方案是安全可行的，該處理方法可用于類似工程中去。同時，通過此次變形處理，對控制隧道變形有以下幾個方面的建議：

（1）隧道變形主要是高地應(yīng)力、圍巖節(jié)理發(fā)育、地下水豐富形成的復(fù)合式變形，地質(zhì)原因是內(nèi)因，設(shè)計和施工措施不到位誘發(fā)外因。

（2）加長錨桿降低圍巖壓力，控制圍巖變形；加強(qiáng)初期支護(hù)，增強(qiáng)其強(qiáng)度和剛度，是防治軟弱圍巖變形要著重解決的兩個問題。

（3）在地質(zhì)較差的隧道施工，做好施工過程中前期的預(yù)防措施，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報，加強(qiáng)監(jiān)控量測，避免初期支護(hù)變形侵限才是最好的選擇。

參考文獻(xiàn)

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