富水軟巖隧道初期支護(hù)侵限處置技術(shù)應(yīng)用研究

趙利杰，楊 宇

（中國(guó)有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450006）

某隧道為左右幅分離式隧道，左幅起止里程為ZK93+663～ZK99+160，全長(zhǎng)5497m；右幅起止里程為K93+638～K99+111，全長(zhǎng)54735m。隧道最大埋深約420m。該隧道屬于特長(zhǎng)隧道，為重點(diǎn)控制性工程，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造斷裂及地下水發(fā)育。根據(jù)對(duì)初期支護(hù)斷面量測(cè)結(jié)果,出現(xiàn)侵限情況，二襯設(shè)計(jì)尺寸將難以保證，結(jié)合實(shí)際情況采取可行的工程措施，合理有效地控制工程質(zhì)量。

1 工程地質(zhì)條件

ZK94+400～ZK95+100段受F7二道坪斷裂構(gòu)造影響，巖體強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈裂隙塊狀、碎裂狀結(jié)構(gòu)，巖溶管道或溶蝕裂隙發(fā)育，與地表溝谷相連，溝內(nèi)有季節(jié)性流水，斷裂破碎帶及巖溶發(fā)育、富水，易發(fā)生坍塌，開(kāi)挖時(shí)掌子面易發(fā)生坍塌，雨季易出現(xiàn)突水、突泥，為嚴(yán)重不良地質(zhì)段落。

2 初期支護(hù)侵限現(xiàn)狀

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)表明，①、ZK94+739斷面，4月8日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量2mm（24小時(shí)沉降量為1mm），周邊累計(jì)位移3mm（24小時(shí)位移量為1mm）。②、ZK94+743斷面，4月8日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量3mm（24小時(shí)沉降量為0）,周邊累計(jì)位移3mm（24小時(shí)位移量為1mm）。③、ZK94+746斷面，4月8日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量為0，周邊累計(jì)位移3mm（24小時(shí)位移量為0）。④、ZK94+750斷面，4月7日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量3mm（24小時(shí)沉降量為1mm），周邊累計(jì)位移6mm（24小時(shí)位移量為3mm）。⑤、ZK94+756斷面，4月6日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量8mm（24小時(shí)沉降量為1mm），周邊累計(jì)位移7mm（24小時(shí)位移量為-1mm）。⑥、ZK94+764斷面，4月6日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量8mm（24小時(shí)沉降量為1mm），周邊累計(jì)位移6mm（24小時(shí)位移量為2mm）。⑦、ZK94+771斷面，4月6日至4月9日拱頂累計(jì)沉降量18mm（24小時(shí)沉降量為1mm），周邊累計(jì)位移6mm（24小時(shí)位移量為-1mm）。

隧道三方檢測(cè)單位4月7日至4月9日提供監(jiān)控量測(cè)報(bào)告表明，4月9日，除ZK94+756斷面為當(dāng)天最大沉降點(diǎn)，沉降量為1.21mm外，其余2個(gè)斷面5個(gè)點(diǎn)24小時(shí)沉降量均小于1mm。根據(jù)施工單位和三方檢測(cè)單位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)情況初步判定ZK94+730～ZK94+770段初期支護(hù)侵限，其設(shè)置臨時(shí)支撐后圍巖初期支護(hù)變形速率基本趨于穩(wěn)定。

3 隧道侵限原因分析

侵限段落位于地層巖性過(guò)渡變化帶，圍巖巖性由輝綠巖向灰?guī)r過(guò)渡、變化；圍巖強(qiáng)風(fēng)化，巖質(zhì)軟至較軟；構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎；圍巖結(jié)構(gòu)面富水性弱，出水狀態(tài)可呈潮濕狀、點(diǎn)滴狀；圍巖主要以松動(dòng)垮塌為主，洞周側(cè)壁出水區(qū)巖體受震動(dòng)后容易出現(xiàn)垮塌、塌方。

在施工過(guò)程中工序銜接不緊密，工作進(jìn)度較慢，仰拱未及時(shí)成環(huán)，導(dǎo)致初支累計(jì)變形侵限；開(kāi)挖放樣時(shí)，預(yù)留變形量不夠，未能及時(shí)按照初支變形量及時(shí)調(diào)整預(yù)留量。

大雨過(guò)后，雨水沿裂隙滲入，在水的作用下土體強(qiáng)度迅速減弱，掌子面開(kāi)挖后應(yīng)力釋放時(shí)土體不穩(wěn)定，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn)拱部下沉及周邊水平土體收斂變形較大，導(dǎo)致拱腰至起拱線部位初期支護(hù)侵入二襯設(shè)計(jì)厚度范圍內(nèi)。

4 變形侵限段處理工藝流程

暫停掌子面的掘進(jìn)施工，由設(shè)計(jì)單位提交設(shè)計(jì)變更圖紙，施工單位編制專項(xiàng)施工方案，經(jīng)審批后組織實(shí)施，加快完成左洞換拱專項(xiàng)施工方案的審批工作進(jìn)程并組織實(shí)施換拱施工，盡快恢復(fù)隧道正常施工狀態(tài)。

總體思路是換拱前要對(duì)換拱部位進(jìn)行注漿加固，拱架置換遵循先上后下的原則進(jìn)行處理，其次換拱后，欠挖處理到位，防止換拱完成后出現(xiàn)二次侵限。在施工的同時(shí)，做好地表沉降觀測(cè)和洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)工作，并做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

圖1 侵限處理工藝流程圖

5 隧道下沉處理措施

隧道拱部變形后，立刻啟動(dòng)緊急預(yù)案，對(duì)掌子面進(jìn)行封閉處理，并對(duì)已經(jīng)施工的完成的初期支護(hù)進(jìn)行背后注漿加固或換拱，確保隧道施工安全。具體是原確定的SDsf-2襯砌支護(hù)參數(shù)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)需求，經(jīng)設(shè)計(jì)單位確定變更換拱支護(hù)參數(shù)為：φ42徑向注漿鋼花管/φ51自進(jìn)式錨桿，間距100×50cm（原設(shè)計(jì)間100×60cm）；I22b鋼拱架，間距50cm（原設(shè)計(jì)I22a鋼拱架，間距60cm）；中導(dǎo)位置鎖角錨桿為長(zhǎng)6m帶鋼筋籠的φ89注漿鋼花管，兩側(cè)各4根（原設(shè)計(jì)為φ42×4鎖腳小導(dǎo)管）；預(yù)留變形量暫定為40cm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整；400g/m2土工布及PVC防水板；C30防水鋼纖維鋼筋混凝土襯砌厚60cm。

6 侵限處理步驟

由于拱部下沉，導(dǎo)致地層破壞，首先對(duì)掌子面進(jìn)行注漿封閉，對(duì)該段進(jìn)行初期支護(hù)背后注漿及小導(dǎo)管注漿加固地層，在進(jìn)行加固后根據(jù)初期支護(hù)斷面測(cè)量成果，測(cè)量人員需要確定拱部初期支護(hù)侵限范圍，在現(xiàn)場(chǎng)用紅漆畫出換拱范圍，由大里程到小里程順序反向施工。

6.1 拆除初期支護(hù)

按照拱架單元進(jìn)行鑿除，且每次只能鑿除一榀中的一個(gè)拱架單元。鑿除主要以人工利用風(fēng)鎬開(kāi)挖為主，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。換拱段落采用φ42徑向注漿鋼花管/φ51自進(jìn)式錨桿，間距100×50cm（原設(shè)計(jì)間100×60cm）進(jìn)行注漿加固并在換拱地段搭設(shè)鋼管腳手做臨時(shí)支撐或相應(yīng)臺(tái)車兼做作業(yè)平臺(tái)。

（1）初期支護(hù)噴射混凝土鑿除。根據(jù)斷面測(cè)量結(jié)果鑿除侵限噴射混凝土，鑿除侵限初支混凝土施工注意事項(xiàng)：①根據(jù)斷面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，用紅油漆在噴射混凝土表面標(biāo)志出侵限的范圍，并用數(shù)字寫出該處或該段侵限多少。②風(fēng)鎬鑿除噴射混凝土之前，必須先把噴射混凝土的鑿除部分與不鑿除部分在分界處切開(kāi)分離，以防對(duì)不鑿除部分混凝土有損傷。③不得大面積拆除初期支護(hù)，防止塌方及冒頂。

（2）初期支護(hù)鋼拱架割除。鋼拱架拆除時(shí)先用風(fēng)鎬破除鋼拱架背后的巖土，當(dāng)用風(fēng)鎬不便于操作時(shí)可用鋼釬鑿除其背后的巖土。鋼拱架切割應(yīng)沿半徑方向，一次割除一個(gè)鋼拱架單元，割除前采用頂撐頂住被割除段的型鋼，兩端用氣焊割除后，再割除鋼拱架原有的縱向連接筋，然后用錘頭先輕敲震動(dòng)鋼拱架，使鋼拱架松動(dòng)，此時(shí)由4名工人人工配合托住鋼拱架，1人用撬棍從一端到另一端逐步撬動(dòng)，直至鋼拱架順利拆除。

6.2 掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片

在鋼拱架拆除完成后，人工進(jìn)行欠挖處理，對(duì)于局部殘留的砼采用風(fēng)鎬破除，錨桿超前支護(hù)等鋼結(jié)構(gòu)采用電氣焊切除，直至輪廓滿足施工和設(shè)計(jì)要求。由于考慮該段地勢(shì)偏壓嚴(yán)重?fù)Q拱后圍巖有可能產(chǎn)生較大變形，輪廓開(kāi)挖時(shí)預(yù)留沉降量為10cm～15cm。巖面修整完成后及時(shí)進(jìn)行初噴，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)格。

6.3 SDsf-2鋼架安裝

將加工好的相應(yīng)鋼拱架單元運(yùn)至作業(yè)面將置換的鋼架嵌入槽中，做好置換前后的鋼架連接質(zhì)量，連接方式采取原設(shè)計(jì)鋼架間的鋼板+連接螺栓方式有效連接，最后閉合處采用搭接焊，雙面焊搭接長(zhǎng)度不小于5d，單面焊搭接長(zhǎng)度不小于10d。①打設(shè)4根鎖腳錨管，用L型筋與鋼拱架焊接牢固。中導(dǎo)位置鎖角錨桿為長(zhǎng)6m帶鋼筋籠的φ89注漿鋼花管，兩側(cè)各4根（原設(shè)計(jì)為φ42×4鎖腳小導(dǎo)管）。②在鋼拱架與初噴混凝土的空隙處加設(shè)混凝土墊塊，楔緊鋼拱架。③按設(shè)計(jì)要求焊縱向連接筋及格柵鋼架主筋進(jìn)行焊接連接。

6.4 噴射混凝土

每單元初期支護(hù)拆換完成后及時(shí)濕噴C25砼，厚度同設(shè)計(jì)。

6.5 二襯施工

按以上拆換順序反復(fù)循環(huán)，并及時(shí)跟進(jìn)仰拱及仰拱填充，初期支護(hù)拆換完成一段，襯砌一段，確保安全。

7 預(yù)防坍塌和換拱施工的注意事項(xiàng)

①對(duì)侵限鋼架鑿除前，采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)預(yù)加固地層，為保證注漿質(zhì)量，對(duì)超前注漿管進(jìn)行定時(shí)抽查。②鑿除段采用人工用風(fēng)鎬施工，接近開(kāi)挖輪廓時(shí)，必須采用人工修整從而控制超挖。③格柵鋼架用于工程前應(yīng)進(jìn)行試拼，架立應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，連接螺栓必須擰緊，數(shù)量符合設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)板密貼對(duì)正，格柵鋼架連接圓順。④噴射混凝土結(jié)構(gòu)，不得出現(xiàn)脫落和漏筋現(xiàn)象。⑤格柵鋼架間噴射混凝土厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，表面應(yīng)平整圓順，無(wú)大的起伏凹凸。⑥換拱施工宜每榀進(jìn)行，上榀鋼架安設(shè)和混凝土施工未完成前不得進(jìn)行下一榀鋼架拆除施工；⑦應(yīng)謹(jǐn)慎開(kāi)挖、及時(shí)支護(hù)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和規(guī)范施工，鎖腳錨桿（管）施作到位，加強(qiáng)鋼架的縱向連接使鋼架整體受力，避免坍塌事件出現(xiàn)。⑧施工過(guò)程中需加強(qiáng)洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)和地表沉降觀測(cè)，準(zhǔn)備相應(yīng)預(yù)案，遇異常變形時(shí)應(yīng)立即采取臨時(shí)支撐、加強(qiáng)支護(hù)措施，并及時(shí)提請(qǐng)建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)各方協(xié)商處理。

8 結(jié)語(yǔ)

在置換拱架期間，尤其是侵限段徑向注漿加固時(shí)，派專人對(duì)隧道初支收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)換拱去前后10m范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行加密以及增加監(jiān)測(cè)頻次，及時(shí)分析出結(jié)果以便指導(dǎo)換拱作業(yè)，杜絕拱頂坍塌、涌砂、涌水事故的發(fā)生，確保施工安全。