隧道仰拱隆起處理方法

羅雪松

（福建路橋建設(shè)有限公司，福州 350000）

1 引言

隨著高速公路的發(fā)展以及施工技術(shù)水平的提高，長(zhǎng)、大隧道越來(lái)越多地出現(xiàn)在高速公路施工中。于此同時(shí)，各種復(fù)雜地質(zhì)情況下的隧道施工問(wèn)題也困擾著參建各方，尤其在大變形隧道中，面臨著洞室初支變形、塌方、二襯開(kāi)裂、仰拱隆起變形等諸多安全和質(zhì)量問(wèn)題，作為施工方，也面臨著更加嚴(yán)峻的施工地質(zhì)環(huán)境和更高的施工管理要求。

2 工程概況

本項(xiàng)目為蘭州至海口國(guó)家高速公路（G75）渭源至武都建設(shè)項(xiàng)目，木寨嶺隧道穿越漳河與洮河分水嶺——木寨嶺，橫跨漳縣、岷縣兩縣。隧道采用分離式設(shè)計(jì)，左線里程ZK210+635～ZK225+856，全長(zhǎng)15 231m；右線里程K210+635～K225+798，全長(zhǎng)15 163m，洞身最大埋深590m。

木寨嶺隧道進(jìn)口施工段，主線起訖樁號(hào)為K210+620～K216+380（雙洞），路線全長(zhǎng)5.76km，位于甘肅省定西市漳縣大草灘鄉(xiāng)小林溝村境內(nèi)。主要工作內(nèi)容為木寨嶺特長(zhǎng)隧道進(jìn)口段5 745m，斜井1623m/1 座，隧道全部為V 級(jí)圍巖，主洞襯砌類型分為sVa（30m）、sVb（45m）、sVc（1467m）、sVd（304m）、sVe（475m）、sVf（2652m）、JGSV（100m）、TSVa（100m）、TSVc（280m）、交叉口277m、明洞15m 等11 種襯砌類型。木寨嶺隧道按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)車速80km/h，為雙向四車道分離式隧道。

木寨嶺隧道進(jìn)口于2016 年5 月4 日開(kāi)工，截至2019 年10 月25 日，上導(dǎo)開(kāi)挖施工到Y(jié)K214+590 時(shí)，發(fā)現(xiàn)YK214+547～YK214+574 段仰拱填充隆起變形，填充表面縱向開(kāi)裂，洞室初支拱架扭曲變形，嚴(yán)重影響了后序工序的施工，為確保后續(xù)施工安全及工程質(zhì)量，需對(duì)YK214+547～YK214+574 段進(jìn)行處理。

3 設(shè)計(jì)和施工情況

3.1 原設(shè)計(jì)情況

原設(shè)計(jì)情況具體為：

1）設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)：木寨嶺隧道左洞ZK214+535.2～ZK214+615.2 段原設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖，襯砌結(jié)構(gòu)形式為TSVC（緊急停車帶），設(shè)計(jì)支護(hù)主要參數(shù)為：φ42mm 超前注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)450cm，環(huán)向間距40cm，外插角α為10°；φ25mm 自進(jìn)式中空注漿錨桿長(zhǎng)500cm，間距100cm×100cm（環(huán)向100cm，縱向100cm），φ42mm 徑向注漿小導(dǎo)管長(zhǎng)400cm，間距100cm×100cm（環(huán)向100cm，縱向100cm）；HW200 型鋼鋼架，縱向間距50cm（含仰拱），噴射早強(qiáng)C25 混凝土厚30cm；二次襯砌C30 鋼筋混凝土厚65cm；預(yù)留變形量30cm。

2）地質(zhì)情況：該段圍巖主要為中風(fēng)化碳質(zhì)板巖，灰黑色，薄層狀構(gòu)造，受褶皺影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，該段圍巖中存在高地應(yīng)力，主應(yīng)力方向?yàn)楸北睎|向，與線路夾角小于26°，圍巖穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生大變形及大坍塌，地下水主要為基巖裂隙水；施工時(shí)可能出現(xiàn)點(diǎn)滴狀或淋雨?duì)畛鏊?/p>

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

ZK214+535.2～ZK214+615.2 段為緊急停車帶，地表高程為3 055.97～3 075.28m；設(shè)計(jì)路面高程為2 582.68～2 581.17m；洞室埋深為473～493m，存在較大的應(yīng)力。從施工過(guò)程揭示的圍巖情況看，該段以炭質(zhì)板巖為主，部分圍巖呈千枚巖化，圍巖揉皺明顯，巖體破碎，層理間黏結(jié)力小，施工過(guò)程中極易出現(xiàn)掉塊和坍塌，且掌子面有滲水情況，進(jìn)一步軟化了巖體，在高應(yīng)力地質(zhì)作用下導(dǎo)致變形不可避免。

該段于2019 年8 月20 日開(kāi)始開(kāi)挖施工，11 月13 日，開(kāi)挖支護(hù)結(jié)束；ZK214+535.2～ZK214+574 段仰拱施工時(shí)間從2019 年9 月6 日開(kāi)始施工，至2019 年10 月9 日結(jié)束。施工過(guò)程中嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)圖施工，從鉆芯取樣顯示，該段仰拱及填充厚度符合設(shè)計(jì)要求，拱架數(shù)量滿足設(shè)計(jì)要求。施工中采取的措施有：（1）加強(qiáng)隧道超前支護(hù)，每循環(huán)施作一次，具體參數(shù)：φ42mm 小導(dǎo)管，長(zhǎng)4.5m，每循環(huán)35 根，間距40cm，1∶1 水泥漿進(jìn)行注漿加固。（2）加強(qiáng)鎖腳的連接。鎖腳連接方式具體加強(qiáng)措施為：在拱架外側(cè)翼緣板處焊接U 型定位筋，先加工廠焊接好，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后安裝拱架，再?gòu)腢 型筋中間穿過(guò)鉆孔，安裝鎖腳小導(dǎo)管并與U 型筋焊接牢固，然后采用L 筋加強(qiáng)鎖腳與拱架的連接，這樣加強(qiáng)了在變形段鎖腳導(dǎo)管的作用。

4 仰拱裂縫及初支變形情況

4.1 初支變形情況

2019 年10 月25 日起開(kāi)始初支收斂沉降觀測(cè)，截至2019年11 月12 日，最大收斂出現(xiàn)在ZK214+570 處，累計(jì)收斂值995mm（施工預(yù)留沉降量700mm），收斂平均速率21.17mm/d，最大沉降值467mm，沉降平均速率為9.94mm/d。經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，該段最大侵限295mm，平均侵限136mm。在初支拱架變形后，對(duì)初支進(jìn)行臨時(shí)加固，方式為：采用I18 工字鋼對(duì)初支進(jìn)行環(huán)向支撐，間距1m。由于該段隧道沉降收斂變形較大，在安裝臨時(shí)護(hù)拱1 周后，臨時(shí)護(hù)拱也出現(xiàn)較大扭曲變形，初支部分開(kāi)裂，裂縫寬度為3～15mm。

4.2 仰拱裂縫及隆起情況

自2019 年10 月25 日發(fā)現(xiàn)ZK214+547～ZK214+574 仰拱出現(xiàn)隆起和縱向裂縫后，對(duì)該段進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，截至11 月13日，裂縫最寬為17mm，最小為3mm，仰拱隆起最大為95mm（發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂前已隆起40mm），最小為7mm。

2019 年10 月26 日，按5m 的間距在仰拱裂縫兩端布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)間距50～70cm。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，雖然變形速率有所下降，但仰拱隆起依然呈上升勢(shì)態(tài)，未完全穩(wěn)定。

5 洞室變形及仰拱隆起開(kāi)裂原因分析

5.1 地質(zhì)原因

ZK214+535.2～ZK214+615.2 處于斷層影響帶，圍巖主要為中風(fēng)化碳質(zhì)板巖，薄層構(gòu)造，碎裂狀松散結(jié)構(gòu)，并且以炭質(zhì)板巖為主，其間夾雜炭質(zhì)千枚巖，少量滲水；圍巖破碎，褶皺發(fā)育，圍巖具有遇水軟化特點(diǎn)，層理間填充物為全風(fēng)化石英巖，膠結(jié)能力差，易掉塊。圍巖軟散是導(dǎo)致洞室變形量大的主要原因之一，同時(shí)地應(yīng)力大，拱墻壓力全部施加至仰拱上，導(dǎo)致拱腳處應(yīng)力集中，仰拱受拉，致使仰拱出現(xiàn)縱向開(kāi)裂。

5.2 施工過(guò)程中水的影響

由于炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)千枚巖等對(duì)巖層認(rèn)識(shí)不到位，而且在施工時(shí)圍巖滲水點(diǎn)較多，導(dǎo)致巖體遇水軟化，基底承載力降低，進(jìn)而出現(xiàn)長(zhǎng)段落的仰拱及填充面隆起變形和開(kāi)裂。

6 處理方案

6.1 初支拱腳處處理

為減小仰拱結(jié)構(gòu)的繼續(xù)變形，并綜合考慮隧道整治時(shí)對(duì)后期二襯兩側(cè)邊墻的穩(wěn)定，減少其橫向、豎向變形和位移，對(duì)ZK214+547～ZK214+597 段邊墻兩側(cè)及拱腰兩側(cè)各設(shè)置梁排φ89mm 鋼花管（壁厚6mm）鎖腳，縱向間距100cm，每根長(zhǎng)4.5m，下排鋼花管斜插45°角斜向向下打入，上排鋼花管15°角斜向向下打入；鋼管內(nèi)灌注細(xì)粒式混凝土，以增加鋼花管整體剛度。為減小洞室變形，在兩側(cè)拱腰處各設(shè)置1 排φ89mm 鋼花管，鋼花管與拱架采用鋼板連接并焊接牢固。

6.2 仰拱基底注漿加固

在施作φ89mm 鋼花管大鎖腳以及φ76mm 穩(wěn)定桿對(duì)洞室進(jìn)行加固后，根據(jù)洞室變形情況，若有必要，對(duì)仰拱隆起段進(jìn)行基底加固，改善基底承載力和加固地基圍巖，具體為：采用φ42mm，長(zhǎng)5.5m 的小導(dǎo)管注漿，對(duì)仰拱基底進(jìn)行固結(jié)，小導(dǎo)管采用鋼花管，縱、環(huán)向間距1.5m，梅形布置，確保仰拱與巖體接觸的密實(shí)；漿液采用1∶1∶0.5 雙液水玻璃漿，注漿壓力為0.5～10MPa。

6.3 注漿加固注意事項(xiàng)

注漿加固注意事項(xiàng)包括：（1）注意注漿的速度與壓力，根據(jù)注漿速度及時(shí)調(diào)整配合比；（2）注漿時(shí)觀察是否有竄漿現(xiàn)象，如果竄漿，可降低注漿壓力、采用間歇注漿等措施保證注漿質(zhì)量。

6.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

對(duì)該地段仰拱及初支布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，每5m 布設(shè)一組斷面，2 次/d 進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)并與措施前進(jìn)行對(duì)比。