隧道大偏壓變形處理措施的探討

魏宏圖

摘 要：在隧道施工建設(shè)項目中，由于隧道斷面較大、山體偏壓、巖質(zhì)較軟、地下水豐富等不利影響，導(dǎo)致軟質(zhì)巖隧道容易出現(xiàn)大偏壓變形的問題，這也是設(shè)計和施工過程中容易忽視的地方。該文將結(jié)合具體的隧道工程施工實例，簡要探討隧道出現(xiàn)偏壓變形的簡要情況，并提出解決隧道大偏壓變形的具體措施。

關(guān)鍵詞：隧道工程 大偏壓變形 變形處理 支護(hù)

中圖分類號：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0043-03

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國隧道工程的建設(shè)再次掀起熱潮。在隧道施工建設(shè)項目中，由于隧道斷面較大、山體偏壓、巖質(zhì)較軟、地下水豐富等不利影響，導(dǎo)致軟質(zhì)巖隧道容易出現(xiàn)大偏壓變形的問題，這也是設(shè)計和施工過程中容易忽視的地方，一旦軟質(zhì)隧道出現(xiàn)這一問題，容易產(chǎn)生變形、侵限、甚至坍塌等風(fēng)險，這會對工程的施工安全造成很大的威脅。該文筆者將結(jié)合具體的隧道工程施工實例，簡要探討隧道出現(xiàn)偏壓變形的簡要情況，并對出現(xiàn)大偏差變形的主要原因進(jìn)行了分析，最后提出了解決隧道大偏壓變形的具體措施。

1 工程概況

擬建石門坪1#隧道位于甘肅省宕昌縣兩河口鄉(xiāng)石門坪村，穿行于白龍江右岸山體，進(jìn)口位于石門坪電站大壩上游右岸山體斜坡，出口位于石門坪溝左岸斜坡，隧道進(jìn)、出口端均為鄉(xiāng)道，道狹窄，交通不便，需新修便道。

石門坪1#隧道屬中山地貌。隧址區(qū)位于白龍江右岸山體，山體走向呈南北向，山勢呈西北高東南低，隧道線路所經(jīng)最大高程約為1 420 m，山體自然坡度較陡，植被稀少，大部基巖裸露；山體地表發(fā)育數(shù)條小沖溝，無長流水；隧址區(qū)地下水主要為第四系孔隙性潛水、基巖裂隙水；隧址區(qū)松散巖類孔隙水主要賦存于第四系殘坡積碎石土中，補(bǔ)給來源為大氣降水和地表水體入滲，碎石土厚度小，透水性及富水性均較好，大氣降水易入滲后多迅速形成徑流向低洼處排泄，此類地下水不易大量富集，水量較貧乏。

石門坪1#隧道YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段為Ⅳ級圍巖，該段隧道埋深42～167 m，地層巖性為泥盆系中統(tǒng)灰色-淺灰色板巖夾灰?guī)r、千枚巖，中風(fēng)化，屬較軟巖，受構(gòu)造影響褶曲發(fā)育，圍巖破碎，完整性較差，巖層產(chǎn)狀220～251°∠60～83°，與洞軸線近乎平行或呈小角度相交，板理面發(fā)育，一般平整較光滑，結(jié)合一般-較差，開挖后易沿板理面滑塌、掉塊。隧道出口斜坡上部由于道路開挖形成近乎直立的高陡邊坡，巖性為板巖、灰?guī)r夾千枚巖，軟硬不均，皺曲發(fā)育，層間張裂隙發(fā)育，巖體破碎，產(chǎn)狀陡立。原設(shè)計YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段采用SⅣb型襯砌結(jié)構(gòu)。

2 現(xiàn)場情況

經(jīng)現(xiàn)場查看，ZK359+732～ZK359+767段初期支護(hù)收斂變形較大，如圖1、圖2所示，左側(cè)從拱腰以下至邊墻腳范圍內(nèi)初期支護(hù)已侵入二次襯砌限界，侵限最大為18 cm；右側(cè)從最大跨以上2 m至邊墻腳范圍內(nèi)初期支護(hù)已侵限，侵限最大為8 cm，收斂變形在最大跨處表現(xiàn)較為明顯（拱架接頭處）。隧道左線ZK359+790處地表出現(xiàn)一條縱向裂縫，該裂縫橫切洞頂截水溝，裂縫長度約3 m，寬度約4 cm；ZK359+800處地表出現(xiàn)一條橫向裂縫，該裂縫方向與洞頂截水溝平行，裂縫長度約3 m，寬度約3 cm。隧道右線YK359+765處地表農(nóng)道邊緣有兩條橫向裂縫，裂縫長度5～6 m，寬度約1 cm。

3 出現(xiàn)變形的原因分析

（1）圍巖本身的特性決定了自穩(wěn)定性差。隧址區(qū)出露泥盆系中統(tǒng)板巖夾千枚巖變砂巖及灰?guī)r，巖體類型可分為以板巖、千枚巖為主的軟巖～較軟巖和以灰?guī)r、變砂巖為主的較硬巖，這種巖體巖質(zhì)較軟、強(qiáng)度低，在圍巖偏壓的作用下隧道出現(xiàn)產(chǎn)生變形。這種巖體的孔隙率較大，并且該工程地下水較為封堵，為水的滲入創(chuàng)造了條件。這種巖體容易風(fēng)化，崩解行較強(qiáng)，風(fēng)化所產(chǎn)生的土體在水的浸泡之下容易發(fā)生膨脹，風(fēng)干失水后迅速崩解為碎屑狀。

（2）施工過程所產(chǎn)生的偏差。對于這種自穩(wěn)性較差的穩(wěn)巖，變形較大，當(dāng)變形達(dá)到一定程度之后，隧道的初期支付容易受到破壞，嚴(yán)重的話會出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)的問題。在施工中應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)的強(qiáng)度，如果圍巖仍不能滿足穩(wěn)定性的要求，則應(yīng)及時做好二次支護(hù)。而在施工過程中，如果一旦圍巖出現(xiàn)較大的持續(xù)變形，變形未穩(wěn)定時進(jìn)行二次襯砌的施作會造成二襯受力開裂，已經(jīng)取不到良好的效果。

在施工過程中，對于系統(tǒng)錨桿的施作不到位，鎖腳錨桿角度、方向控制不到位，系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿并未大角度穿越層里面。該工程開挖的步距較大，仰拱和二次襯砌無法及時跟進(jìn)，初支IV級圍巖支護(hù)鋼拱架未封閉成環(huán)，這些因素都將直接影響隧道內(nèi)收斂變形。

4 處理措施

（1）加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，在隧道洞內(nèi)、洞頂?shù)乇砑岸错斵r(nóng)道布設(shè)監(jiān)控量測斷面，縮短監(jiān)控量測斷面間距，加大監(jiān)控量測頻率，及時整理數(shù)據(jù)，對洞內(nèi)變形、地表沉降進(jìn)行觀測，從而反饋施工。在該工程施工中主要進(jìn)行監(jiān)測的項目包括：①洞口淺埋段的地表下沉觀測；②隧道圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測；③圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)效果分析。隧道施工時，對洞頂附近電桿、電線塔等設(shè)施應(yīng)進(jìn)行實時監(jiān)控，若有傾斜、偏移等現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)及時與相關(guān)部門聯(lián)系，采取有效措施。

洞口淺埋段的地表下沉觀測洞口淺埋段，布置4～7個觀測橫斷面，地表下沉量測的縱向間距S為：H<15 m時，S=5 m；15 m5B時，1次/3～7天；開挖面后>80 m，1次/7天；根據(jù)監(jiān)控資料，繪制每一橫斷面沉降槽隨時間的變化關(guān)系圖、最大沉降量隨時間的變化關(guān)系圖、最大沉降量與開挖面距離關(guān)系圖，據(jù)此進(jìn)行必要的回歸分析，對圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評價預(yù)測。

（2）對洞頂?shù)乇砹芽p及洞頂農(nóng)道裂縫采用水泥砂漿進(jìn)行灌縫處理，以便觀察裂縫進(jìn)一步發(fā)展以及防止后期地表降水流入裂縫，加劇裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。

（3）經(jīng)觀測洞內(nèi)變形及地表沉降穩(wěn)定后，對左洞初期支護(hù)侵限段進(jìn)行換拱處理，換拱應(yīng)左右側(cè)交錯進(jìn)行，換拱參數(shù)采用：I18型鋼拱架支護(hù)（縱向@100 cm，鋼拱架間采用φ22鋼筋連接，環(huán)向@0.5 m）；在起拱線上下50 cm處各打設(shè)一組（每組兩根）長度為4 m的Φ42注漿鎖腳錨管，并在鋼拱架接頭處打設(shè)兩根長度為4 m的Φ42注漿鎖腳錨管進(jìn)行固定；換拱范圍內(nèi)打設(shè)長度為3 m的Φ42徑向注漿小導(dǎo)管，間距100 cm（縱）×150 cm（環(huán)）；噴射C25混凝土24 cm，拱墻鋪掛φ8鋼筋網(wǎng)（@20 cm×20 cm）；全斷面施做C30模筑鋼筋混凝土二次襯砌40 cm。

（4）對石門坪1#隧道YK359+758～YK359+778/ZK359+705～ZK359+725段原設(shè)計的SⅣb型襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，如圖1所示。即將以上兩段的初期支護(hù)封閉成環(huán)，替換原設(shè)計長度2 m長φ22鎖腳錨桿為長度4 m的Φ42注漿鎖腳錨管，并在起拱線處增打1組鎖腳錨管。襯砌結(jié)構(gòu)拱腳、墻角部位鎖腳錨管（桿）設(shè)置在開挖臺階的拱腳、墻腳處，與鉛垂方向成30°～45°角斜向下打入圍巖，以控制結(jié)構(gòu)下沉、收斂；半套拱拱腳部位鎖錨管（桿）應(yīng)徑向打入圍巖，并根據(jù)實際地形，巖層傾向合理控制控制角度，有效限制半套拱的拱腳變位和下沉。所有鎖腳錨管均應(yīng)管內(nèi)注漿，以增加鎖腳剛度（見圖3）。

（5）鑒于石門坪1#隧道YK359+530～YK359+788/ZK359+550～ZK359+777段巖層傾角較大，近乎垂直，且其節(jié)理發(fā)育，系統(tǒng)錨桿在隧道支護(hù)體系中的作用（組合梁）較為明顯，特別是在拱腰至邊墻范圍內(nèi)的支護(hù)效果良好，所以，在施工過程中必須加強(qiáng)施做系統(tǒng)錨桿的監(jiān)管，嚴(yán)格按設(shè)計施工，以達(dá)到設(shè)計應(yīng)有的支護(hù)效果。

（6）根據(jù)現(xiàn)場侵限段初期支護(hù)的變形情況，在上下導(dǎo)鋼拱架接頭處的收斂變形最大，鋼拱架接頭處為支護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱部位，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)鋼拱架的連接質(zhì)量、鎖腳錨桿的打設(shè)角度及與鋼拱架的焊接質(zhì)量。

5 結(jié)語

針對于存在山體偏壓、較軟巖質(zhì)情況，隧道較易出現(xiàn)大偏壓變形問題。文章通過結(jié)合某軟質(zhì)巖隧道工程實例，該隧道存在山體偏壓、殘坡積碎石土情況，同時圍巖自穩(wěn)定性差以及施工偏差等原因造成了隧道的初期支護(hù)受到破壞，導(dǎo)致某標(biāo)段初期支護(hù)收斂變形較大。對左洞初期支護(hù)侵限段進(jìn)行換拱處理，以及原設(shè)計的SⅣb型襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)等措施，使得該工程隧道大偏壓變形得到有效控制。

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