隧道初期支護(hù)變形原因分析及防護(hù)措施

張兵

摘要：北京市興延高速公路石峽隧道左線圍巖具有大松散型，施工過(guò)程中，出現(xiàn)初期支護(hù)多次變形的情況，致使初支混凝土開(kāi)裂、滲水、鼓包、起皮、掉塊、初支鋼拱架扭曲變形，甚至部分初支侵入二次襯砌范圍。文章重點(diǎn)闡述了隧道初期支護(hù)變形的原因、綜合治理及防護(hù)措施，提出了后續(xù)施工防止出現(xiàn)初期支護(hù)變形的施工工藝與技術(shù)措施

Abstract： The surrounding rock of the left line of the Shixia Tunnel on the Xingyan Expressway in Beijing has a large loose type. During the construction process， the initial support has been deformed many times， causing the crack， seepage， bulge and peel of initial support concrete and distorted deformation of primary steel arch The primary support steel arch is distorted and deformed， and even part of the primary support intrudes into the secondary lining range. The article focuses on the causes， comprehensive treatment and protective measures of the initial support deformation of the tunnel， and proposes the construction techniques and technical measures for the subsequent construction to prevent the initial support deformation.

關(guān)鍵詞：隧道;初支變形;加固;防護(hù)措施

Key words： tunnel;initial support deformation;reinforcement;protective measures

中圖分類號(hào)：U455.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0175-05

1? 工程概況

石峽隧道進(jìn)口段位于北京市昌平區(qū)與延慶縣交界的山嶺中，為分離式隧道，左線里程樁號(hào)為：ZK30+364～ZK32+320，長(zhǎng)1956m右線里程樁號(hào)為：YK30+398～YK32+410，長(zhǎng)2012m，路面縱坡控制范圍：0.3%≤i<2.6%，雙向六車道建設(shè)，是北京世博會(huì)的主要分流通道。

石峽隧道施工呈現(xiàn)的地質(zhì)特點(diǎn)主要有：

①洞身所穿地層主要為侏羅系中風(fēng)化、薇風(fēng)化熔結(jié)角礫凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰?guī)r與長(zhǎng)城系高于莊組白云巖，受地層不整合接觸作用及構(gòu)造作用影響，該區(qū)段地層性質(zhì)組合較復(fù)雜，巖體節(jié)理裂隙很發(fā)育，發(fā)育小斷層，沿巖體破碎帶發(fā)育中性侵入山脈體。巖體較完整～破碎，呈塊狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，致使巖體非常破碎，穩(wěn)定性差。

②隧道洞身段為中低山地貌單元與山間溝谷地貌單元，本工程由于長(zhǎng)期受斷塊抬升構(gòu)造作用影響，風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，溝谷切割強(qiáng)烈，沿線地形變化大，形態(tài)復(fù)雜。隧道沿線最高點(diǎn)標(biāo)高高于1000m，最低點(diǎn)標(biāo)高低于500m，相對(duì)高差500m以上。

③隧道主要穿越的含水巖組為侏羅系山組、白堊系東嶺臺(tái)組火山巖、火山碎屑巖，含水巖組與碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組兩大類。隧道底板整體位于地下水水位以上，開(kāi)挖易形成涌水的通道，隧道出現(xiàn)瞬間涌水量達(dá)到了6000～8000m3/d。

該隧道左線原設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)圍巖450m，Ⅳ圍巖461m，Ⅲ級(jí)圍巖1045m。而實(shí)際開(kāi)挖揭示Ⅲ級(jí)圍巖237m，Ⅳ圍巖230m，Ⅴ級(jí)圍巖1489m。隧道圍巖變率高達(dá)：77%之多。該隧道圍巖大變形的整治引起各方的密切關(guān)注，多次組織各方面的專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察、研討、論證。

2? 初期支護(hù)變形的基本情況及原因分析

2.1 初期支護(hù)變形的基本情況

①ZK30+902～ZK30+951段原設(shè)計(jì)為IV級(jí)圍巖，實(shí)際施工揭示圍巖情況較差，整體受水浸蝕軟化影響，巖質(zhì)軟弱，裂隙水發(fā)育，變更為V級(jí)圍巖施工，2016年12月6日開(kāi)挖至ZK30+920處，揭示右側(cè)拱腰處存在泥化軟巖，有較大股狀流水，造成右側(cè)坍塌，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)采取回填洞渣并澆筑混凝土處理，后期施工根據(jù)軟弱部位，加強(qiáng)超前支護(hù)并增加鎖腳導(dǎo)管數(shù)量，該段初支完成后，12月25日發(fā)現(xiàn)ZK30+902～ZK30+931拱腰初支有開(kāi)裂現(xiàn)象，及時(shí)對(duì)該部位進(jìn)行鎖腳加固并注漿穩(wěn)固，針對(duì)初支后空腔，破碎松散圍巖進(jìn)行徑向小導(dǎo)管注漿穩(wěn)固處理。2016年1月3日-1月11日通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映，此段圍巖受巖體強(qiáng)烈擠壓、應(yīng)力釋放大造成圍巖嚴(yán)重收斂，拱頂及右側(cè)初支出現(xiàn)噴射混凝土表面嚴(yán)重開(kāi)裂、局部掉塊、鋼拱架嚴(yán)重扭曲變形，并侵入二襯設(shè)計(jì)厚度20～30cm，（見(jiàn)圖1、圖2）需對(duì)該段進(jìn)行加固并換拱處理。

4.1 開(kāi)挖方法

采用三臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖，預(yù)留核心土施工。開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格實(shí)施監(jiān)控量測(cè)工作，針對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析，以真實(shí)有效的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果變化突變時(shí)，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工參數(shù)。

4.2 超前支護(hù)施工

①將超前支護(hù)更改為T76S自進(jìn)式螺紋管（長(zhǎng)度15～30m，環(huán)向間距50cm，拱部120°范圍）施作大管棚。后續(xù)開(kāi)挖采用5b加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)施工，預(yù)留變形量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)增加。在施做超前T76自進(jìn)式螺紋管后，可進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)挖工藝，做到仰拱緊跟，初支變形穩(wěn)定后再施做二襯。

②首先安裝鋼拱架護(hù)拱。掌子面開(kāi)挖輪廓線起向后6m范圍內(nèi)將拱頂挑高40cm，形成鉆機(jī)工作室。在開(kāi)挖廓線以外拱部120°范圍內(nèi)架設(shè)一榀工字鋼（22b），工字鋼上開(kāi)100mm的孔，孔距50cm，在每個(gè)孔上焊接？準(zhǔn)100mm鋼管，長(zhǎng)度1m，作為導(dǎo)向鋼管，注漿泵與鉆機(jī)接頭連接，注漿材料采用P.O42.5水泥，水灰比控制在0.5。T76S自進(jìn)式螺紋管打設(shè)如圖12所示。

4.3 初期支護(hù)施工

圍巖開(kāi)挖后立即對(duì)裸露圍巖進(jìn)行混凝土噴射，及時(shí)封閉開(kāi)挖圍巖，防止圍巖接觸空氣風(fēng)化，避免圍巖垮塌。

利用可收縮鋼拱架支護(hù)，以適應(yīng)隧道開(kāi)挖后圍巖初期變形要求，可收縮鋼拱架采用I22b鋼拱架加工，在環(huán)形拱架兩側(cè)各安裝一個(gè)可收縮性接頭，收縮量25cm，鋼拱架安裝間距50cm，22螺紋鋼焊接連接，底部采用長(zhǎng)4mΦ42鎖腳導(dǎo)管鎖死，防止鋼架向隧道內(nèi)收斂變形。

鋼拱架之間鋪設(shè)20cm×20cm的鋼筋直徑Φ8mm雙層鋼筋網(wǎng)片，并與壁面接觸緊密。打設(shè)長(zhǎng)4m的Φ25自進(jìn)式中空注漿系統(tǒng)錨桿，1.0m×0.5m（環(huán)×縱）間距梅花型布置，增強(qiáng)圍巖牢固性和整體性。錨桿、掛網(wǎng)和鋼架安裝完后立即噴射混凝土，盡快形成聯(lián)合支護(hù)體系，以抑制圍巖變形。噴射混凝土采用混凝土濕噴機(jī)作業(yè)，減少回彈量，降低粉塵，保證施工質(zhì)量。

4.4 仰拱及二襯施工

仰拱距掌子面、二襯距掌子面的步距控制尤為重要。開(kāi)挖初支施工完畢后，及時(shí)施做仰拱，仰拱距開(kāi)挖面不宜超過(guò)30m，并全幅一次性施做;當(dāng)監(jiān)控量測(cè)顯示位移速度明顯減緩并已基本穩(wěn)定時(shí)，立即進(jìn)行二次襯砌的施工，盡快封閉成環(huán)，確保施工安全。

5? 結(jié)束語(yǔ)

石峽隧道作為松散型大變形隧道，主要因地質(zhì)和支護(hù)參數(shù)不當(dāng)?shù)纫蛩兀瑢?dǎo)致圍巖位移速度長(zhǎng)時(shí)間不能趨于穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)初期支護(hù)增加臨時(shí)護(hù)拱、注漿加固、鋼管門架支撐及換拱等應(yīng)急措施，使前期變形得到了有效的控制，達(dá)到了預(yù)期效果，同時(shí)在后續(xù)隧道開(kāi)挖掘進(jìn)施工中采取了新的施工工藝，加強(qiáng)了超前支護(hù)、初期支護(hù)的施工措施，避免了初支變形侵限的現(xiàn)象發(fā)生，為松散型隧道施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，得到了社會(huì)各界的認(rèn)可。

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