柿子園隧道進(jìn)口初支侵限變形分析及控制措施

王運(yùn)超 朱超楊 孟 全

(河南省建院勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450014)

1 工程概況

柿子園隧道D2K77+075～D2K77+170段，埋深60 m～70 m，掌子面揭示圍巖為三疊系上統(tǒng)須家河組(T3x)泥灰?guī)r夾砂巖，以泥灰?guī)r為主，結(jié)合力較差；該段均處于Ⅴ級(jí)圍巖段。該里程范圍采用三臺(tái)階法開挖，采用復(fù)合式襯砌。設(shè)計(jì)分別采用Ⅴ級(jí)復(fù)合絕緣一般錨段、Ⅴ級(jí)復(fù)合隔離開關(guān)、Ⅴ級(jí)復(fù)合絕緣下錨等三種襯砌結(jié)構(gòu)。全環(huán)采用Ⅰ20b型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)，間距0.8 m/榀；拱部采用φ42小導(dǎo)管超前支護(hù)，絕緣一般錨段每環(huán)38根，隔離開關(guān)、絕緣下錨段每環(huán)40根，縱向間距3.2 m，單根長(zhǎng)度4.5 m。設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 隧道變形段設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)表

2 變形情況及原因

2.1 結(jié)構(gòu)侵限變形情況

柿子園隧道進(jìn)口D2K77+075～D2K77+170段初期支護(hù)出現(xiàn)變形侵限，個(gè)別鋼架發(fā)生扭曲、斷裂(見圖1a))，拱頂噴射混凝土開裂掉塊(見圖1b))。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量已施工仰拱填充段初期支護(hù)局部最大侵限9.8 cm，已施作初期支護(hù)段局部最大侵限34.0 cm，各里程段監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

2.2 侵限變形原因

該段初支發(fā)生變形侵限由下述多種因素造成：

1)高地應(yīng)力：該段埋深約60 m，處于地表沖溝一側(cè)下方，地形條件不利于地應(yīng)力集中，高地應(yīng)力引起變形的可能性較小。2)順層偏壓：巖層產(chǎn)狀NE20°～45°，與隧道走向夾角10°～30°，傾向NW(掌子面左側(cè))，傾角約30°～50°，產(chǎn)狀與隧道走向的不利組合形成洞內(nèi)順層現(xiàn)象，加之層理發(fā)育，隧道開挖后在左側(cè)起拱線部位形成應(yīng)力集中，造成巖體局部破壞，引起隧道左側(cè)屈服變形；右側(cè)在初期支護(hù)襯砌作用下，邊墻部位順層坍滑現(xiàn)象較少，引起變形量亦不大，但經(jīng)左側(cè)屈服變形后，巖石松動(dòng)圈增大，牽引右側(cè)變形。3)巖體裂隙、微裂隙發(fā)育：本段處于兩條斷層之間，靠近彭縣—灌縣活動(dòng)斷裂，構(gòu)造極發(fā)育，巖層壓扭、撓曲現(xiàn)象很多；單從掌子面的巖體情況看，巖體完整性一般，但從開挖的碴樣看，塊體很小，多呈角礫狀，說明巖體內(nèi)部的微裂隙較為發(fā)育，這就為巖體的破壞創(chuàng)造了必要的邊界條件。4)地下水作用：地下水滲入巖體結(jié)構(gòu)面，降低層間結(jié)合力，弱化巖體穩(wěn)定性，加劇圍巖變形。

表2 柿子園隧道進(jìn)口初支斷面監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表

3 變形段處理措施

3.1 D2K77+075～D2K77+170段增設(shè)套拱

1)逐榀架設(shè)Ⅰ22b套拱，并盡量與原初期支護(hù)密貼，間距1.0 m/榀，各節(jié)鋼架以螺栓連接，連接板應(yīng)密貼。每榀套拱每側(cè)各安設(shè)4根φ42鎖腳錨管將其鎖定，鎖腳錨管長(zhǎng)度4.5 m，鋼架兩側(cè)增設(shè)φ22定位錨桿進(jìn)行固定，錨桿長(zhǎng)度1.5 m，環(huán)向間距1.2 m。根據(jù)加固后圍巖監(jiān)控量測(cè)情況，選擇在套拱的拱腰位置增設(shè)一道Ⅰ22b型鋼橫撐，拱頂與仰拱填充(臨時(shí)仰拱)之間增設(shè)一道Ⅰ22b型鋼豎向支撐(見圖2)。

2)套拱鋼架縱向連接采用Φ22鋼筋，環(huán)向間距1 m，待套拱縱向施工段長(zhǎng)度達(dá)到9 m時(shí)，在兩側(cè)拱腳及拱腰位置各設(shè)1道Ⅰ18型鋼加勁肋進(jìn)行縱向連接加固。

3.2 D2K77+124～D2K77+170段施作臨時(shí)仰拱

架設(shè)底部Ⅰ22b型鋼臨時(shí)橫撐，縱向間距與初期支護(hù)鋼架保持一致，Ⅰ22b臨時(shí)橫撐連接處或與鋼架連接處均設(shè)置鋼墊板(260 mm×200 mm×16 mm)，相鄰臨時(shí)橫撐之間采用Ⅰ22型鋼“K”形連接，鋪設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm，并噴C30混凝土(厚30 cm)封閉臨時(shí)仰拱(見圖3)。

3.3 徑向注漿加固圍巖

1)對(duì)D2K77+075～D2K77+170初期支護(hù)變形段拱墻采用φ42小導(dǎo)管徑向注漿，小導(dǎo)管長(zhǎng)度5 m，縱、環(huán)向間距0.8 m×1.0 m，梅花形布設(shè)(見圖4)，注漿材料采用水泥漿，水泥漿水灰比取1∶(0.8～1)，具體配合比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況進(jìn)行確定。

2)小導(dǎo)管采用φ42無縫熱軋鋼管制成，在前部鉆孔注漿，孔徑6 mm～8 mm，孔間距10 cm～20 cm，呈梅花形布置(見圖5)，前端加工成錐形，尾部長(zhǎng)度不小于30 cm，作為不鉆孔的止?jié){段。

3)小導(dǎo)管安裝采用鉆孔打入法，即先按設(shè)計(jì)要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3 mm～5 mm，然后將小導(dǎo)管用錘擊或鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出。注漿終壓一般為0.5 MPa～1 MPa。

3.4 D2K77+075～D2K77+121變形侵限地段換拱

在侵限換拱施工之前加工好侵限換拱臺(tái)架和制作換拱所需的鋼拱架。首榀鋼拱架加工完畢后，在水泥地上試拼，當(dāng)各部尺寸均符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，方可批量生產(chǎn)，周邊拼裝允許偏差為±3 cm，平面翹曲小于2 cm，拱架加工預(yù)留25 cm變形量。注漿完成后，從已施工二襯段向掌子面逐榀拆換，拆除采用人工手持風(fēng)鎬進(jìn)行，鋼架拆除后進(jìn)行人工擴(kuò)挖至預(yù)留變形量增大的斷面尺寸后，拆除順序一般采用從下向上、先墻后拱的順序進(jìn)行拆換，拆除一個(gè)單元，支護(hù)一個(gè)單元。

3.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作

1)監(jiān)控量測(cè)不僅對(duì)原初期支護(hù)鋼架變形進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)置換后的拱架同樣要加強(qiáng)觀測(cè)，量測(cè)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析。

2)開挖過程中注意觀察初期支護(hù)狀態(tài)包括噴混凝土層是否產(chǎn)生裂縫、剝離和剪切破壞、支撐是否壓屈變形進(jìn)行觀察分析，對(duì)以上情況進(jìn)行詳細(xì)描述、記錄，并予以評(píng)估，作為及時(shí)采取支護(hù)參數(shù)選擇的參考及量測(cè)等級(jí)選擇的依據(jù)。

4 結(jié)語

正確的支護(hù)設(shè)計(jì)方案能有效的控制結(jié)構(gòu)變形侵限問題。對(duì)柿子園隧道進(jìn)口D2K76+075～D2K76+175里程段采取增加臨時(shí)支護(hù)，注漿加固圍巖，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等手段后，侵限變形趨于穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)繼續(xù)變形收斂的情況。