不良地質(zhì)隧道初期支護(hù)變形的處理措施

馬銀川

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550001)

現(xiàn)代社會(huì)呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，人們的生活和生產(chǎn)均處在提速階段，地鐵、輕軌、高速公路均是人們出行時(shí)重要的交通方式，因此，與這幾種交通方式相關(guān)的建設(shè)越來越多，尤其是高速公路的建設(shè)更多，并且需要進(jìn)行很多隧道的施工。但是，隧道施工涉及非常多的方面，需要進(jìn)行支護(hù)施工，如果支護(hù)不穩(wěn)定，影響施工進(jìn)度，也影響施工人員的安全。為此，必須認(rèn)真研究隧道初期的支護(hù)，尤其是不良地質(zhì)條件下，隧道初期支護(hù)變形的問題和應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而為現(xiàn)實(shí)的施工做好預(yù)防變形的工作，并采取相應(yīng)的處理。

1 不良地質(zhì)條件下，隧道初期支護(hù)變形的原因

1.1 地質(zhì)性因素造成初期支護(hù)的變形

圍巖變形導(dǎo)致支護(hù)變形，因?yàn)閹r體破碎松散，各個(gè)巖層之間缺少緊密的結(jié)合，則容易在巖體的洞室開挖的時(shí)候，受到重力的作用，導(dǎo)致圍巖變形，進(jìn)而出現(xiàn)支護(hù)變形。隧道穿過斷層、擠壓破碎帶、松散堆積體、節(jié)理裂隙發(fā)育地層、軟弱夾層時(shí)，開挖后由于應(yīng)力釋放，圍巖失穩(wěn)而極易造成坍塌，以及軟弱圍巖在地下水的加速作用下極易加劇巖體的失穩(wěn)和坍塌，導(dǎo)致出現(xiàn)支護(hù)變形。

另外，則會(huì)受到隧道區(qū)域內(nèi)的地下水影響，如果施工區(qū)域周圍的地下水非常豐富，并且隧道所在地段的頁巖和泥巖比較豐富，有著很高的雨水崩解性，也就容易受到地下水的作用，出現(xiàn)崩解問題，從而破壞圍巖，支護(hù)變形可能出現(xiàn)。

1.2 支護(hù)設(shè)計(jì)因素造成初期支護(hù)的變形

支護(hù)設(shè)計(jì)不滿足施工區(qū)域地質(zhì)條件的要求，引發(fā)初期支護(hù)變形。也就是從地質(zhì)層面去分析，在隧道開挖之后，實(shí)際遇到的巖體，要不前期勘察時(shí)勘察部分更破碎，原有設(shè)計(jì)不能抵抗更嚴(yán)重的體質(zhì)變形，這時(shí)的支護(hù)就可能出現(xiàn)變形的問題，影響到后期的施工。

1.3 施工問題因素造成初期支護(hù)的變形

其一，施工方法選擇不當(dāng)，或工序銜接安排不合理。各工序間距拉得較長(zhǎng)，巖層暴露時(shí)間過長(zhǎng)，引起圍巖松動(dòng)、風(fēng)化而導(dǎo)致塌方的發(fā)生。其二，噴錨不及時(shí)，或噴混凝土質(zhì)量、厚度不符合要求。其三，采用鋼支撐時(shí)，支撐架設(shè)質(zhì)量欠佳，支撐與圍巖不密貼，兩者間的空隙填塞不密實(shí)，或聯(lián)結(jié)不夠牢固，不能滿足圍巖壓力所需要的強(qiáng)度要求。其四，抽換支撐操作不當(dāng)，或者當(dāng)支撐已出現(xiàn)受力過大的現(xiàn)象而未及時(shí)加固。其五，施工的過程中，監(jiān)測(cè)和收集的信息不能及時(shí)反饋，使得在前期對(duì)變形可控制的階段，為能及時(shí)地采取加固措施進(jìn)行加固，導(dǎo)致初期支護(hù)變形出現(xiàn)，這就容易引發(fā)較大的塌方問題。

2 不良地質(zhì)隧道初期支護(hù)變形的處理措施

2.1 支護(hù)變形的預(yù)防處理措施

做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作：尤其是施工開挖接近設(shè)計(jì)探明的富水、裂縫及破碎帶時(shí)，要認(rèn)真及時(shí)地分析和觀察開挖工作面巖性變化，遇有探孔突水、涌泥、滲水增大和整體性變差等現(xiàn)象，及時(shí)改變施工方案。加強(qiáng)圍巖量測(cè)工作：通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)分析處理，按照時(shí)間-位移曲線規(guī)律，及時(shí)調(diào)整和加強(qiáng)初期支護(hù)，同時(shí)重視混凝土襯砌及時(shí)施作。短開挖，弱爆破：嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，需爆破時(shí)少裝藥或改用人工開挖，盡量減小對(duì)軟弱破碎圍巖的擾動(dòng)。保證施工質(zhì)量：超前預(yù)報(bào)注漿固結(jié)止水，鋼架制作、初期支護(hù)和混凝土襯砌質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)標(biāo)要求。嚴(yán)格控制開挖工序，尤其是一次開挖進(jìn)尺，杜絕各種違章施工。強(qiáng)支護(hù)，快襯砌：根據(jù)受力情況，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，襯砌緊跟開挖工作面，使襯砌盡快成環(huán)。做好排水工作：在施工前和施工中采取相應(yīng)的防排水措施，盡可能將坑道外之水截于坑道之外。預(yù)防準(zhǔn)備：施工期間，洞口應(yīng)常備一定數(shù)量的坍方搶險(xiǎn)材料，如方木、型鋼鋼架等，以備急用。有下述現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，包括圍巖量測(cè)所反映的圍巖變形速度急劇加快、圍巖面不斷掉塊剝落、初期支護(hù)噴混凝土表面龜裂、裂縫或脫皮掉塊、拱架嚴(yán)重變形。應(yīng)先撤出工作面上的施工人員和機(jī)械設(shè)備，指定專人觀察和進(jìn)行加固處理。

2.2 合理設(shè)定初期支護(hù)方案

針對(duì)隧道的地質(zhì)情況和施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，確定出初期加固措施的支護(hù)參數(shù)，制定合適的施工技術(shù)方案，然后開始加固洞室的施工。以某高速公路為例，初支采用I22b型鋼拱架縱向間距50 cm、C25噴混凝土30 cm厚和雙層Φ8鋼筋網(wǎng)@20 cm×20 cm聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)。中間巖柱部分布設(shè)5 m的中空注漿錨桿，其余拱部位置布設(shè)長(zhǎng)度為4 m中空注漿錨桿，間距為@50 cm×120 cm；洞口段超前支護(hù)為超前管棚支護(hù)。導(dǎo)洞支護(hù)采用I18型鋼間距50 cm、20 cm厚C25噴射混凝土，@20 cm×20 cm的Ф8鋼筋網(wǎng)和2 m長(zhǎng)的Φ25中空注漿錨桿錨桿，間距為@5 cm×120 cm。這種初期的支護(hù)從隧道地質(zhì)條件和水文條件出發(fā)，確定了科學(xué)的支護(hù)參數(shù)，才能更好地避免支護(hù)變形，維護(hù)施工人員的生面安全。

2.3 臨時(shí)性加固的措施

臨時(shí)性的加固措施運(yùn)用給予強(qiáng)大支撐力的方式，支撐著支護(hù)，避免存在變形的支護(hù)繼續(xù)變形。通常會(huì)采用鋼護(hù)拱的假設(shè)，這樣就能構(gòu)成雙層的拱架受力，提高支護(hù)承受能力。還可以在設(shè)置鋼護(hù)拱之前，架設(shè)門式的拱架，這樣就能增加受力的點(diǎn)，從而減少已經(jīng)損壞初期支護(hù)的承受的壓力，進(jìn)而預(yù)防和應(yīng)對(duì)支護(hù)變形，保護(hù)施工人員安全，促使施工順利進(jìn)行。并且在進(jìn)行臨時(shí)加固的時(shí)候，一定要重視支護(hù)材質(zhì)的質(zhì)量和數(shù)量，材料質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，還要保證數(shù)量充足。例如，在高速公路的隧道施工中，開挖屬于V級(jí)圍巖時(shí)，對(duì)此進(jìn)行了臨時(shí)支護(hù)，使用的材料分別是：C25噴射混凝土4.12 m3；Φ8鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm需要81.37 Kg；Φ25中空注漿錨桿需要52 m、26根；Φ42×4注漿鋼花管20 m、8根；注水泥漿0.5 m3；I18型鋼鋼架995.2 kg；鋼架連接鋼材73.44 kg；C20連接鋼筋59.2 kg。

2.4 永久性加固的措施

針對(duì)不良地質(zhì)隧道的支護(hù)變形問題，可以運(yùn)用永久性的加固措施。比如，超前預(yù)注漿的加固措施，超前預(yù)注漿施工，借助超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前物探及超前鉆孔等方法探明地下水、巖溶裂隙水的發(fā)育情況，超前鉆孔應(yīng)在距離預(yù)測(cè)突水位置前5～10 m進(jìn)行，每個(gè)斷面2～3個(gè)超前探孔，注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿，將大量的地下水盡可能地封堵在圍巖內(nèi)，防止突水造成支護(hù)變形的出現(xiàn)。還要采用中空注漿錨桿施工結(jié)合隧道噴射混凝土的施工技術(shù)，其中噴射混凝土在洞外采用噴射混凝土拌合站集中拌制，由混凝土汽車運(yùn)至噴射點(diǎn)，由濕噴射機(jī)施噴。施工按初噴和復(fù)噴進(jìn)行，開挖后即進(jìn)行初噴，安裝好錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼拱架后，再進(jìn)行復(fù)噴，直至滿足達(dá)到設(shè)計(jì)厚度要求，濕噴混凝土施工工藝流程見圖1，以不斷提高支護(hù)的強(qiáng)度。

圖1 濕噴混凝土施工工藝流程圖

3 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)隧道初期支護(hù)變形問題，必須詳細(xì)進(jìn)行隧道地質(zhì)條件和水文條件的勘查，完善初期支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，并采用一些永久性的加固措施，例如超前預(yù)注漿；還有臨時(shí)支護(hù)措施，比如鋼拱架的假設(shè)，從而預(yù)防和應(yīng)對(duì)支護(hù)變形，保證施工進(jìn)度，也能保護(hù)施工人員的安全。