軟巖大變形隧道雙層初支的施工工藝

（云南省昭通市交通建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，云南 昭通 657000）

昭樂高速公路串絲至佛耳巖段黃連坪隧道位于云南省東北緣，金沙江南岸，處于“川滇向構(gòu)造帶”與“四川盆地新華夏系沉降帶”的交接地帶，復(fù)雜特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，地處深埋區(qū)段，最大埋深540.70m。隧道洞身跨徑10.25m，洞身高5.00m，起止樁號k9+274～k15+246隧道全長5972m。路面設(shè)計縱坡坡度-1.96%，隧道路面設(shè)計高程進(jìn)洞處1063.48m，出口處946.58m。該隧道屬于特長隧道，設(shè)計行車速度80km/h，隧道總體走向305°。

黃連坪隧道出口掘進(jìn)500m后，隧道埋深498m，掌子面圍巖以砂泥巖、泥巖為主，水平薄層狀呈現(xiàn)，圍巖強(qiáng)度5MPa～30MPa。自出口掘進(jìn)1097m開始，掌子面、拱頂、拱腰出現(xiàn)多層煤矸石、煤線，進(jìn)入煤系地層。開挖初支完成后3d～5d，出現(xiàn)拱頂下沉情況，沉降量6cm～11cm。初支逐步縱向延伸開裂，裂縫呈擴(kuò)大趨勢，拱頂噴射混凝土剝落、掉塊，工字鋼變形嚴(yán)重，部分段落初支鋼架出現(xiàn)扭曲變形甚至斷裂情況。

一、方案研究

鑒于此，昭通市質(zhì)安局與工程指揮部、設(shè)計、監(jiān)理、施工五方現(xiàn)場察看，為防止工字鋼扭曲變形嚴(yán)重導(dǎo)致坍塌引起“關(guān)門”等事故發(fā)生，對初支工字鋼扭曲變形嚴(yán)重的區(qū)域增設(shè)工字鋼護(hù)拱，二次錨噴。護(hù)拱增設(shè)后，沉降有所減緩，但護(hù)拱工字鋼依然存在壓彎變形情況，沉降量2cm～3cm。二次噴射混凝土部分段落同樣出現(xiàn)開裂。為避免初支侵限，導(dǎo)致二襯厚度不足，澆筑二襯前護(hù)拱需逐榀拆除。綜上所述，工程存在一定隱患及問題。

因地應(yīng)力引起初支拱架扭曲變形，拱架支撐力損失很大，后期應(yīng)力繼續(xù)釋放，初支易侵入二襯限界，導(dǎo)致二襯厚度不足，同時，二襯澆筑后應(yīng)力未釋放完畢，隨時間推移，可能引起二襯大段落開裂。

該段落為瓦斯工區(qū)，存在瓦斯溢出情況，瓦斯?jié)舛容^高（經(jīng)監(jiān)測瓦斯溢出點最高濃度為5.3%），加之圍巖裂隙較發(fā)育，存在瓦斯通過圍巖裂隙沿拱頂及仰拱開裂的裂縫流竄、外泄。為確保安全，增設(shè)護(hù)拱、二次錨噴、二襯施工前鑿除二次噴射混凝土及拆除護(hù)拱拱架，造成大量窩工、重復(fù)施作、交叉施工，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，降效35%左右。

初支拱頂開裂掉塊，拱架扭曲變形可能引發(fā)坍塌、“關(guān)門”等事故，存在重大安全隱患。

在邀請多方專家現(xiàn)場指導(dǎo)的基礎(chǔ)上試驗總結(jié)，先后采用加強(qiáng)初支、增設(shè)護(hù)拱、換雙層拱架等技術(shù)措施。最后通過試驗，總結(jié)出地應(yīng)力釋放后繼不足的特點，項目最終采用先柔后剛、梯隊三級支護(hù)（首級柔性初支可變可裂，不侵限；二級初支小變形，不開裂；三級剛性二襯不變形，結(jié)構(gòu)堅）等方式，有效解決了黃連坪隧道遇到的深埋隧道高地應(yīng)力引起的軟巖擠壓變形這一重大技術(shù)難題。

二、工法特點

雙層初支支護(hù)中第二層初期支護(hù)在第一層初期支護(hù)完成后施作，可以及時彌補(bǔ)軟巖大變形對第一層初期支護(hù)的剛度，另一方面也有利于改變軟巖持續(xù)變形問題。所謂二次襯砌是指完成第二層初期支護(hù)沉降收斂之后再施作，滿足了安全性的要求。

第二層初期支護(hù)與第一層支護(hù)可以形成復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)的整體強(qiáng)度，對軟巖大變形隧道難以穩(wěn)定的特點起到抑制作用，解決了軟巖大變形隧道的圍巖收斂和沉降問題。

三、工藝原理

雙層初支加單層加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)不同于一般的單層初支的地方在于，在后者基礎(chǔ)上多加了一層初支，主要特點是分別利用到兩層初支的不同效能。部分隧道圍巖的應(yīng)力及發(fā)生的形變由第一層初支承受部分，第二層起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。這樣更利于隧道圍巖的平衡，還可以成功解決支護(hù)變形問題。該結(jié)構(gòu)在承受圍巖變形、圍巖壓力等方面起到了重要的作用，而且支護(hù)體系具有較高的安全性。

雙層初支加單層加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的施工方法是以新奧法施工理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用巖體力學(xué)理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，是使圍巖體自身的承載能力得到最大限度的發(fā)揮。

四、工藝流程及具體操作

（一）工藝流程

測量放樣→超前支護(hù)→上部弧形導(dǎo)坑開挖，施作初期支護(hù)→斷面檢查（滿足要求則進(jìn)入下個步驟，否則返回上一級施工）→左右錯開開挖中臺階，施作初支護(hù)→施作第二層初期支護(hù)→分段開挖隧底，施做仰拱支護(hù)→仰拱二襯及填充→拱墻二次襯砌。

（二）施工方法及操作要點

1.隧道開挖及第一層初支施工

采用兩臺階開挖法施工，軟弱圍巖施工中遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測”的施工原則。

（1）依據(jù)初期支護(hù)鋼架之間的距離確定上臺階所需的開挖循環(huán)進(jìn)尺，1m左右即可。開挖后需要注意的是，首先及時初噴混凝土（3cm～5cm），其次對于系統(tǒng)支護(hù)要迅速開展噴、錨、網(wǎng)3個方面的工作，再次是開展對鋼架與鎖腳小導(dǎo)管的工作，具體要求在前者拱腳30cm，鋼架側(cè)邊按下傾角30°處，安裝后者，焊接兩者；最后噴混凝土。

（2）針對左右側(cè)下臺階開挖工作，需要注意，高度保持在3m～3.5m，兩個臺間隔在2m～3m。

（3）針對仰拱的開挖要注意，循環(huán)開挖長度保持在2m～3m適宜，分段長度保持4m～6m。隨后及時完成初期支護(hù)，及時推進(jìn)仰拱和回填工作。除此之外，采用棧橋過渡方案，以避免對車輛進(jìn)出產(chǎn)生不利影響。

2.第二層初支施工

第一層、第二層初支采用先后梯隊形式施工，第一層初期支護(hù)施工完成后根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，第一層初支拱頂沉降10cm，（根據(jù)項目實際沉降情況，前后兩次初支間隔10m～20m）立即進(jìn)行支護(hù)二層初支，鋼架要求采用I16型，一般間距保持1m，用C25混凝土噴拱墻至22cm；鎖腳小導(dǎo)管要求為φ45mm，每榀4處8根，長4.5m。采用20×20cm的連接墊板，高強(qiáng)螺栓要求m20×70。對于拱墻中所采用的鋼筋網(wǎng)片要求是單層，型號為φ8mm，要求的網(wǎng)格間距在25×25cm。利用螺紋鋼筋連接，方向為縱向，環(huán)向間距為1m，型號為φ22mm。

第二層初支拱架采用鋪掛防水臺架安裝，一般需要3榀～4榀，而且為有利于組織施工，第二層初支與掌子面第一層初支同時立架、噴護(hù)。

3.襯砌施工

按設(shè)計和規(guī)范要求，在量測變形穩(wěn)定的情況下方可施作二次襯砌，完成布點觀測后，會發(fā)現(xiàn)圍巖變形的速度慢慢減緩，在該速率穩(wěn)定時，可以施作二襯混凝土。

4.施工注意事項

超前、鎖腳小導(dǎo)管和徑向錨桿要嚴(yán)格按照規(guī)范施工；洞身開挖要嚴(yán)格按照要求進(jìn)尺逐步開挖；施工時應(yīng)采用人工配合機(jī)械的開挖方法，盡量減少對圍巖的擾動；現(xiàn)場開挖后要及時封閉成環(huán)，讓圍巖盡早恢復(fù)自穩(wěn)；初期支護(hù)上按照要求布設(shè)監(jiān)控量測點，每天量測不少于1次。