隧道初支變形的成因分析及應(yīng)對(duì)策略探討

劉昌相

中鐵三局集團(tuán)廣東建設(shè)工程有限公司 廣東 廣州 510080

1 隧道初支變形的成因分析

1.1 地質(zhì)水文方面

（1）當(dāng)待建隧道通過(guò)斷層破碎帶和壓碎巖的應(yīng)力集中區(qū)域時(shí)，在進(jìn)行隧道開(kāi)挖的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力釋放而對(duì)初支造成影響，如若圍巖應(yīng)力超過(guò)初支阻力就會(huì)造成初支變形。

（2）地層堆積體因其質(zhì)地疏松，當(dāng)隧道洞口穿過(guò)時(shí)，開(kāi)挖施工將會(huì)大概率導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主體發(fā)生松動(dòng)移位，從而影響隧道初支的穩(wěn)定性，嚴(yán)重的還會(huì)造成支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及拱頂下沉等。

（3）由于破碎帶區(qū)域有較多的軟硬夾層，所以經(jīng)常會(huì)有泥質(zhì)物填充，該地段在遇到地下水時(shí)，便會(huì)造成軟硬夾層相交處硬度快速下降，導(dǎo)致節(jié)理面位移使得隧道初支發(fā)生變形。

（4）隧道開(kāi)挖施工方向如遇地下水，則在開(kāi)挖施工時(shí)極易出現(xiàn)涌水問(wèn)題。且富水地質(zhì)條件下，軟巖軟化概率大大增加，從而造成施工作業(yè)面出現(xiàn)整體失穩(wěn)，影響隧道初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（5）在軟巖區(qū)域含有較多的地下水，該區(qū)域隧道初支結(jié)構(gòu)的拱腳長(zhǎng)期處于潮濕地段，使得拱腳支撐力大幅度減小，久而久之就會(huì)引發(fā)初支結(jié)構(gòu)變形。

1.2 勘察設(shè)計(jì)方面

（1）施工前的地質(zhì)勘查不到位、不嚴(yán)謹(jǐn)，就會(huì)造成后續(xù)的支護(hù)參數(shù)和措施的制定與真實(shí)變形圍巖狀態(tài)不相符，進(jìn)而造成支護(hù)結(jié)構(gòu)不牢固或產(chǎn)生較大變形。

（2）隧道開(kāi)挖過(guò)程中的勘察缺失，而圍巖應(yīng)力一直處于變化階段，且局部位置圍巖應(yīng)力還會(huì)出現(xiàn)大幅上升或下降的狀態(tài)，以致原始初支參數(shù)不能滿足應(yīng)力變化的要求，盡管前期支護(hù)較為牢固但隨著應(yīng)力變化后期會(huì)慢慢失穩(wěn)變形。

（3）開(kāi)挖時(shí)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)欠妥，以致開(kāi)挖時(shí)出現(xiàn)欠挖或超挖，且因欠挖或超挖造成圍巖應(yīng)力集中而超出安全值，并于個(gè)別凹凸區(qū)域因應(yīng)力集中而產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)，從而引發(fā)隧道初支變形。

1.3 作業(yè)施工方面

（1）隧道開(kāi)挖施工中，未全面考量炭質(zhì)板巖和碎質(zhì)巖等地質(zhì)狀態(tài)，以及斷層破碎帶對(duì)初支結(jié)構(gòu)的影響，以致對(duì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防不夠，一旦出現(xiàn)圍巖變形或失穩(wěn)就會(huì)造成初支侵限而影響后續(xù)二襯作業(yè)。

（2）因隧道塌陷或超挖等原因致使需支撐的鋼架大小與實(shí)際大小不匹配，鋼架支撐無(wú)法與圍巖緊密接觸，不符合原支護(hù)方案要求，致使支護(hù)剛度不夠。

（3）拱圈襯砌施工中，因?qū)鷰r變形的累積效應(yīng)考慮不周，使得后續(xù)隧道施工變形超出預(yù)期，若變形速率太快而未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成襯砌，就會(huì)出現(xiàn)因襯砌不及時(shí)而造成的初支變形。

（4）施工中地下水處理不當(dāng)，使得初支結(jié)構(gòu)與掌子面滲漏水，影響拱腳的牢固度，減弱了地基承載性，引起結(jié)構(gòu)變形。

2 隧道初支變形的應(yīng)對(duì)策略

2.1 預(yù)防措施

①做好超前小導(dǎo)管注漿、徑向錨桿支護(hù)以及鎖腳錨桿支護(hù)等的質(zhì)量控制，注漿期間嚴(yán)格按照規(guī)定操作，保證注漿充分密實(shí)，以充分發(fā)揮圍巖穩(wěn)定性及初支結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用。②對(duì)軟巖及強(qiáng)風(fēng)化圍巖應(yīng)提前做好支護(hù)處理，減少暴露時(shí)間，滿足穩(wěn)固性要求；另外，該地段開(kāi)挖所用設(shè)備應(yīng)盡量減少擾動(dòng)，或選擇人工開(kāi)挖施工。③嚴(yán)格依照監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展相應(yīng)的施工及管理。④做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)單元為2m一個(gè)斷面，地表斷面為5m一個(gè)斷面。

2.2 技術(shù)措施

（1）對(duì)于地質(zhì)條件較差的地段，可在初支過(guò)程中對(duì)圍巖外圍進(jìn)行加固，并通過(guò)向內(nèi)部注漿予以整體加固，使?jié){液充滿破碎帶形成統(tǒng)一整體，以降低圍巖受壓時(shí)的變形及外部水對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的危害，增加巖體的整體性和強(qiáng)度，再配合噴錨支護(hù)使圍巖地應(yīng)力趨于穩(wěn)定。

（2）參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，正常地質(zhì)條件變形量預(yù)留為施工圖預(yù)留變形量+5cm；圍巖變形地段變形量預(yù)留，須將施工預(yù)留變形量作為依據(jù)，結(jié)合實(shí)際予以計(jì)算，并在預(yù)留變形量+5cm偏差的前提下再增加5㎝的留足系數(shù)。當(dāng)在圍巖變形區(qū)域施工滯后或者工序調(diào)整時(shí)，則須依照初始規(guī)范增加系數(shù)1.2～1.5預(yù)留，并結(jié)合實(shí)際做好動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)整。

（3）在前期設(shè)計(jì)階段，施工方須根據(jù)真實(shí)地質(zhì)狀態(tài)與設(shè)計(jì)方配合對(duì)初始設(shè)計(jì)系數(shù)做好調(diào)整；在施工階段應(yīng)完善各項(xiàng)預(yù)案，提早完成初支加固，例如在發(fā)現(xiàn)某區(qū)段地質(zhì)比原來(lái)的勘查狀態(tài)差時(shí)，可以降低拱架相互間的距離或?qū)β?lián)結(jié)鋼筋進(jìn)行加密處理。

（4）當(dāng)初支結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，可在進(jìn)行緊急修復(fù)且使支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行換拱來(lái)增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。換拱須按照“少裝藥、弱爆破、逐榀更換、隨換隨測(cè)”的要求進(jìn)行。為達(dá)到拆換鋼架后初支牢固，可采取如下措施：一是通過(guò)機(jī)器與人力協(xié)作鑿除初期支護(hù)，嚴(yán)禁選擇爆破鑿除；二是先立后拆，完成小導(dǎo)管施工后才能繼續(xù)實(shí)施全環(huán)拆除換拱；三是若初支發(fā)生較大變形，超出允許的規(guī)定偏差，應(yīng)在垂直方向自上到下進(jìn)行拆換，嚴(yán)禁圍巖長(zhǎng)時(shí)間暴露，完成鑿除后馬上噴射砼，然后搭設(shè)鋼拱架支護(hù)，掛網(wǎng)噴射砼，同時(shí)，槽壁也應(yīng)噴射5～8cm厚度的砼，以有效防止因圍巖暴露而造成滑塌情況。

2.3 施工措施

（1）為避免初支結(jié)構(gòu)在空氣中暴露太久而產(chǎn)生變形，須在分臺(tái)階施工中的臺(tái)階尺寸減小，特別是在地下水充足的區(qū)域應(yīng)調(diào)整方案為三臺(tái)階七步開(kāi)挖。通過(guò)方案調(diào)整取消了上臺(tái)階的鉆孔臺(tái)架，最大程度縮短了長(zhǎng)短臺(tái)階轉(zhuǎn)換時(shí)間間隙，進(jìn)而避免了初支暴露太久而產(chǎn)生的變形問(wèn)題。

（2）嚴(yán)格控制施工步距，并加強(qiáng)對(duì)隧道圍巖的測(cè)量任務(wù)。即施工中應(yīng)緊抓如下三點(diǎn)：緊抓仰拱封閉到位、確保襯砌施工緊密結(jié)合、抓好圍巖監(jiān)測(cè)任務(wù)落實(shí)，從而保證隧道開(kāi)挖的順利進(jìn)行，促使初支結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)牢固穩(wěn)定。

（3）做好富水地段的排水工作，防止浸泡太久導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形。開(kāi)挖掌子面可采用6m超前探孔，提前對(duì)作業(yè)面的地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)引排，防止施工中突發(fā)涌水情況。如施工中遇到地下水較多，須在前期施工集水井做好降水、排水，以免初支結(jié)構(gòu)浸泡而失穩(wěn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

為盡可能減少因初支變形而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)細(xì)致、全面分析致使初支變形的多方成因，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，切實(shí)采取一系列初支變形的有效把控舉措，進(jìn)而為隧道工程的保質(zhì)、保量、按時(shí)完成奠定基礎(chǔ)。