隧道初支大變形風(fēng)險(xiǎn)分析與控制研究

韓光欽，馬懷鵬，李建東

（1.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司 貴陽(yáng)市 55008；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017）

隧道初支大變形風(fēng)險(xiǎn)分析與控制研究

韓光欽1，馬懷鵬1，李建東2

（1.貴州省公路工程集團(tuán)有限公司 貴陽(yáng)市 55008；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017）

圍巖和初期支護(hù)的大變形問(wèn)題是軟弱圍巖隧道中經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題。依托盤(pán)興高速公路城關(guān)隧道、德寨隧道、營(yíng)盤(pán)隧道三條隧道處理大變形問(wèn)題的不同措施，結(jié)合隧道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)不同技術(shù)措施的支護(hù)效果進(jìn)行了比較和評(píng)價(jià)，提出了一種控制隧道初支大變形問(wèn)題的有效方案。

軟弱圍巖；初期支護(hù)；變形控制

隧道軟弱圍巖施工中，經(jīng)常發(fā)生圍巖和襯砌的大變形問(wèn)題。圍巖初期支護(hù)變形迅速，變形速率大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，隧道破壞嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為拱頂下沉、邊墻內(nèi)擠、噴混凝土剝落、鋼拱架扭曲、襯砌開(kāi)裂等等，嚴(yán)重影響隧道安全和施工進(jìn)度。因此這一問(wèn)題是我國(guó)隧道工程施工中亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題［1］。

新建盤(pán)興高速公路盤(pán)鐵段隧道施工過(guò)程中，城關(guān)隧道、德寨隧道、營(yíng)盤(pán)隧道三條隧道均發(fā)生了不同程度的初支大變形問(wèn)題，在施工過(guò)程中針對(duì)這一問(wèn)題各隧道分別采取了不同的應(yīng)對(duì)措施。文章通過(guò)綜合評(píng)價(jià)不同的變形控制措施，提出了一種控制隧道初支大變形問(wèn)題的有效方案。

1　研究區(qū)段概況

1.1城關(guān)隧道

城關(guān)隧道左線Z1K5+637～Z1K5+600為Ⅴ級(jí)圍巖段，圍巖主要為泥質(zhì)粉砂巖、煤層。受區(qū)域構(gòu)造影響較嚴(yán)重，巖層傾角較陡，層間結(jié)合差，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈薄層狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，隧道埋深較淺，受地表分化影響，地層透水性較好，利于地表水下滲；開(kāi)挖后洞室中地下水主要以點(diǎn)滴狀滲水，圍巖穩(wěn)定性差，拱部不及時(shí)支護(hù)易順層發(fā)生大坍塌，側(cè)壁小滑塌。

1.2德寨隧道

德寨隧道右線K21+505～K21+488為Ⅴ級(jí)圍巖段，圍巖為含碎石粉質(zhì)粘土及灰?guī)r，屬軟巖及較硬巖。受構(gòu)造影響較嚴(yán)重，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)及散體結(jié)構(gòu)。隧道埋深較淺，受地表分化影響，地層透水性較好，利于地表水下滲，且地表發(fā)生巖溶發(fā)育，開(kāi)挖后洞室中地下水主要以點(diǎn)滴狀、淋雨?duì)顫B水，圍巖穩(wěn)定性差，拱部不及時(shí)支護(hù)易發(fā)生大滑塌，側(cè)壁小坍塌。

1.3營(yíng)盤(pán)隧道

營(yíng)盤(pán)隧道右線K28+342～K28+312為Ⅴ級(jí)圍巖段，圍巖為玄武巖，飽和抗壓強(qiáng)度較高，屬于較硬巖，受區(qū)域構(gòu)造影響較嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖體完整性差。地下含玄武巖孔洞裂隙水，洞室開(kāi)挖后，地下水一般呈滴水狀，局部線狀產(chǎn)出。圍巖穩(wěn)定性差，圍巖無(wú)自穩(wěn)能力，拱部無(wú)支護(hù)易產(chǎn)生大坍塌，側(cè)壁易發(fā)生小坍塌。

2　隧道初支大變形處理措施效果評(píng)價(jià)

2.1城關(guān)隧道左線

城關(guān)隧道左線Z1K5+630～Z1K5+600施工中發(fā)生較大沉降時(shí)，盤(pán)興高速隧道蘇交科集團(tuán)股份有限公司監(jiān)控量測(cè)在隧道發(fā)生初期支護(hù)急劇變形后，及時(shí)報(bào)告給相關(guān)單位后，甲方及時(shí)聯(lián)系各相關(guān)單位開(kāi)會(huì)進(jìn)行研討，經(jīng)過(guò)各方研究討論，為有效控制初期支護(hù)變形發(fā)展，采用增加臨時(shí)副拱的方法。具體施工狀況如圖1。

根據(jù)城關(guān)隧道施工過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖2、圖3所示。

從上述檢測(cè)數(shù)據(jù)中我們可以得出以下結(jié)論：

（1）Z1K5+630拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月3日～4月4日急劇變形，4月5日～4月7變形較小，4月7日～4月8日急劇變形。施加臨時(shí)副拱后，4月9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形，5月20日～8月14日變形較小。

（2）Z1K5+629拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月7日～4月8日急劇變形，施加臨時(shí)副拱后，4月9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形。

（3）Z1K5+628拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月7日～4月8日急劇變形，施加臨時(shí)副拱后，4月 9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形。

由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，增加臨時(shí)副拱后，初期支護(hù)雖然在短期內(nèi)變形較小，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變形再次發(fā)展，初期支護(hù)沒(méi)有達(dá)到有效控制。經(jīng)過(guò)蘇交科集團(tuán)股份有限公司監(jiān)控量測(cè)單位進(jìn)行斷面凈空檢測(cè)后，此時(shí)初期支護(hù)已侵入二次襯砌厚度。因初期支護(hù)侵入二次襯砌厚度，需要進(jìn)行換拱。

2.2德寨隧道左線

德寨隧道右線進(jìn)口段K21+505～K21+488發(fā)生較大沉降時(shí)，盤(pán)興高速隧道蘇交科集團(tuán)股份有限公司監(jiān)控量測(cè)在隧道發(fā)生初期支護(hù)急劇變形后，及時(shí)報(bào)告給相關(guān)單位后，甲方及時(shí)聯(lián)系各相關(guān)單位開(kāi)會(huì)研討，經(jīng)過(guò)各方研究討論決定，經(jīng)過(guò)各方研究討論為有效控制初期支護(hù)變形情況，采用增加臨時(shí)仰拱及拱腳注漿錨桿的方案。具體施工狀況如圖4所示。

根據(jù)德寨隧道施工過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖5、圖6所示。

從上述檢測(cè)數(shù)據(jù)中我們可以得出以下結(jié)論：

（1）K21+494拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在5月28日～6月2日急劇變形。增加臨時(shí)仰拱及拱腳注漿錨桿后，變形明顯受到有效抑制，變形沒(méi)有大的發(fā)展。

（2）K21+485拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在5月28日～6月2日急劇變形。增加臨時(shí)仰拱及拱腳注漿錨桿后，變形明顯受到有效抑制，變形沒(méi)有大的發(fā)展。

（3）K21+470拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)建立于6月21日，此后隧道初支變形已受到有效抑制，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，該測(cè)點(diǎn)變形沒(méi)有大的發(fā)展。

由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，增加臨時(shí)仰拱及拱腳注漿錨桿后，初期支護(hù)的變形得到了有效控制，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變形也沒(méi)有再次發(fā)展，可見(jiàn)這種方法是非常有效的控制方法。

2.3營(yíng)盤(pán)隧道右線

營(yíng)盤(pán)隧道右線K28+342～K21+K28+312施工過(guò)程中發(fā)生較大沉降，隧道發(fā)生初期支護(hù)急劇變形后，甲方及時(shí)聯(lián)系各相關(guān)單位開(kāi)會(huì)研討，經(jīng)過(guò)各方研究討論，為有效控制初期支護(hù)變形情況，決定采用增加初期支護(hù)復(fù)拱的方案。

根據(jù)營(yíng)盤(pán)隧道施工過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖7、圖8所示。

從上述檢測(cè)數(shù)據(jù)中我們可以得出以下結(jié)論：

（1）K28+342拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時(shí)仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（2）K28+332拱頂沉降、周邊收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時(shí)仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（3）K28+322拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時(shí)仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（4）K28+312拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時(shí)仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，但是1月30日～1月31日急劇變形。

由以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，增加臨時(shí)仰拱后，初期支護(hù)雖然在短期內(nèi)變形較小，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后變形再次發(fā)展，初期支護(hù)沒(méi)有達(dá)到有效控制。

3　結(jié)論

城關(guān)隧道、德寨隧道、營(yíng)盤(pán)隧道施工中初期支護(hù)發(fā)生大變形后，分別采用不同的臨時(shí)支護(hù)措施：城關(guān)隧道臨時(shí)支護(hù)措施是增加間距較密的臨時(shí)副拱；營(yíng)盤(pán)隧道所采用的增加臨時(shí)仰拱，但未對(duì)拱腳處進(jìn)行錨桿注漿加固處理；德寨隧道所采用的在初期支護(hù)發(fā)生大變形后，增加臨時(shí)仰拱，并且拱腳打入錨桿注漿。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，城關(guān)隧道、營(yíng)盤(pán)隧道的初期支護(hù)變形并未得到有效控制，而德寨隧道初期支護(hù)大變形得到有效控制。

治理德寨隧道大變形的成功經(jīng)驗(yàn)表明，類(lèi)似地質(zhì)條件下采用“增加臨時(shí)仰拱，且拱腳打入錨桿注漿”措施對(duì)于隧道大變形的治理較為有效。

［1］ 趙勇.隧道軟弱圍巖變形機(jī)制與控制技術(shù)研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2012.

［2］ 江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司.貴州省盤(pán)縣至興義高速公路隧道通用設(shè)計(jì)圖［R］.南京：2014.

Research on Risk Analysis and Control for Large Deformation of Preliminary Bracing of Tunnel

HAN Guang-qin1，MA Huai-peng1，LI Jian-dong2
（1.Guizhou Highway Engineering Group Co.，Ltd.，Guiyang 550000，China；2.JSTI GROUP，Nanjing 210017，China）

The issue of large deformation of surrounding rock and preliminary bracing is often happened in the weak surrounding rock tunnel.Basing on different measures for large deformation issue of three tunnels like Chengguan Tunnel，Dezhai Tunnel，Yingpan Tunnel of Panxing Expressway，and combining with tunnel monitoring data，the comparison and evaluation on supporting effects of different technological measures are made，and an effective scheme for controlling the largedeformation issue of preliminary bracing of tunnel is put forward.

Weak surrounding rock；Preliminary bracing；Deformation control

U445.7

B

1673-6052（2016）03-0123-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.036