山嶺高速公路隧道多處大變形處理施工技術(shù)

陳英俊

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510000）

1 工程概況

G7611都勻至香格里拉高速公路守望（滇黔界）～紅山（滇川界）段A2合同段，起訖里程K17+835～K33+300，長度15.47 km。沿線橋隧比達到46.7%，隧道4.34 km/5座，主線橋梁2.88 km/15座，主線路基8.25 km，互通立交2處，服務(wù)區(qū)1處。主線為雙向四車道建設(shè)標準，設(shè)計速度80 km/h，路基寬度25.5 m，分離式路基寬2×12.75 m。

2 山嶺高速公路隧道圍巖特點與大變形的成因分析

2.1 圍巖特點

勘察結(jié)果顯示，隧道區(qū)出露地層以侏羅系泥質(zhì)粉砂巖、砂巖及殘破積黏性土為主，本段內(nèi)無深大活動斷裂問題，有新構(gòu)造活動現(xiàn)象但相對微弱，地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，但存在剪切性節(jié)理和張性節(jié)理，以南北向的分布為主，數(shù)量方面普遍為2～6 條/m。尤為明顯的是斷裂帶的周邊，發(fā)育密度較大，導(dǎo)致巖體的完整性不足，被切割成若干個形狀各異的碎塊，加之開挖作業(yè)的擾動，隨之出現(xiàn)崩塌、滑坡等事故，不利于施工進程的正常推進，甚至誘發(fā)質(zhì)量問題。鄰近隧道中部位置有北西向的斷裂，由于斷層的存在，該處的巖層呈破碎狀，也會對隧道整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

2.2 隧道圍巖大變形的成因

從隧道出口掌子面處開挖，待推進至某處時，發(fā)現(xiàn)左側(cè)的初支結(jié)構(gòu)有較大幅度變形，影響噴射混凝土結(jié)構(gòu)，使其形成環(huán)向裂縫，局部有較明顯的變形。隧道出口處的仰坡處也存在開裂、鼓包問題。經(jīng)過施工隊伍測量后發(fā)現(xiàn)，測點的水平偏移量、累積下沉量均較大，分別達到18、30 cm。在該大變形的條件下，嚴重影響隧道的正常施工，導(dǎo)致隧道大變形的原因錯綜復(fù)雜，主要從客觀和主觀兩個角度考慮。

（1）客觀因素。

客觀條件缺乏可控性，隧道出口處的圍巖以砂質(zhì)板巖居多，其經(jīng)過風(fēng)化、卸荷過程，圍巖等級為Ⅴ級，呈薄片形，缺乏足夠的自穩(wěn)能力，此條件下易出現(xiàn)大變形問題。

（2）施工因素。

二次襯砌施工過程中，未合理協(xié)調(diào)好作業(yè)關(guān)系，進洞時間偏長；下臺階開挖過程中，初期支護的設(shè)置不合理，即并未有效封閉成環(huán)，難以切實發(fā)揮支護的作用，影響山嶺隧道的穩(wěn)定性。

因此，在現(xiàn)場地質(zhì)條件欠佳的條件下，加之施工層面的原因，誘發(fā)隧道大變形問題。

3 變形隧道施工對策設(shè)計法

3.1 變形隧道設(shè)計體系

變形隧道的對策一般難以根據(jù)地壓造成的變形現(xiàn)象與襯砌結(jié)構(gòu)確切掌握變形原因、掌握地壓引起的變形原因?qū)Φ貕旱淖饔梦恢?、方向、大小等進行精準推斷。設(shè)計變形對策，就是以過去類似的例子或借助專家的經(jīng)驗進行技術(shù)分析及判斷，在此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場狀況，更利于合理設(shè)計，并制定出適應(yīng)變形原因和狀態(tài)的標準設(shè)計。

（1）相同條件下的設(shè)計適用性。

通常情況下，在進行變形隧道對策設(shè)計時應(yīng)在對類似事例設(shè)計施工條件進行調(diào)查的基礎(chǔ)上，評價其穩(wěn)妥性，在確認穩(wěn)妥性的情況下，結(jié)合現(xiàn)場實際進行對策設(shè)計。針對條件基本相當?shù)乃淼朗吕?，此對策設(shè)計方案的返工量最少，該方法是最基本的設(shè)計方法。

（2）標準設(shè)計的適用性。

若變形程度、襯砌結(jié)構(gòu)和發(fā)展性都欠佳，由于適用于標準設(shè)計，此時可抵消部分設(shè)計的個人差異與設(shè)計過剩問題。

（3）分析方法的適用性。

分析方法對以往隧道的變形對策較難適應(yīng)，此次提出的方法，將可能是裂縫的模型作為骨架分析的方法，可簡便分析比較屈服強度評價和對策效果。

3.2 標準設(shè)計的適用

（1）摘要條件。

標準設(shè)計適用于因塑性壓、偏壓、圍巖的松弛造成的垂直壓力等變形原因的一般場合。此外，對于不滿足標準設(shè)計條件的場合，對有關(guān)適用類似設(shè)計和分析方法的斷面設(shè)定等也適用。

（2）標準設(shè)計順序。

在安裝標準設(shè)計流程施工時，即便滿足摘要條件，若遇到不能實時標準設(shè)計對象或必須實施大規(guī)模對策的場合，無法按照標準設(shè)計表劃分塑性壓變形場合的補強等級，應(yīng)劃分為適合變形程度4個階段的補強等級。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合變形現(xiàn)象與結(jié)構(gòu)條件對等級進行調(diào)整修正，再設(shè)定最新的補強等級。此外，針對變形較嚴重的補強等級Ⅳ，結(jié)合結(jié)構(gòu)與現(xiàn)象，慎重進行對策的選擇設(shè)計。

（3）標準設(shè)計的補強形式。

襯背灌漿適用于所有的補強形式，通常情況下，有問題的隧道基本上都存在背面空洞問題，填充背面空洞是防止變形發(fā)展的最有效方式[1]。

①補強等級Ⅰ。

通常使用襯背灌漿，針對無法使用襯背灌漿的場合，可使用內(nèi)側(cè)補強、內(nèi)襯砌、巖石錨桿等進行取代。

②補強等級Ⅱ。

一般使用襯背灌漿和巖石錨桿補強，針對無法使用襯背灌漿的場合，可使用巖石錨桿補強+內(nèi)襯砌或內(nèi)側(cè)補強。另外，巖石錨桿補強+內(nèi)襯砌或內(nèi)側(cè)補強方法比較適用于無背面空洞場合，若某一場合不能適用上述組合，便不能適用標準設(shè)計。

③補強等級Ⅲ。

原則上組合三種工種，對于無背面空洞場合仍采用巖石錨桿補強+內(nèi)襯砌方式，最好使用拱架或內(nèi)側(cè)補強。

4 山嶺高速公路隧道大變形的處理施工技術(shù)

4.1 超前小導(dǎo)管施工工藝

山嶺高速公路隧道大變形處理工作中，針對圍巖部分采用超前小導(dǎo)管施工工藝，按照10°～15°的外插角控制標準將提前制作成形的鋼管穩(wěn)定打設(shè)至圍巖內(nèi)，鋼管環(huán)向距離按照35 cm控制，搭接長度達到1 m以上，以保證其具有足夠的穩(wěn)定性。

人工手持風(fēng)鉆將小導(dǎo)管打設(shè)至隧道地層內(nèi)，在完成各管的安裝作業(yè)后，進入注漿施工環(huán)節(jié)，注入適量質(zhì)量達標的混凝土，借助混凝土的凝結(jié)作用，有效填充裂縫，使其恢復(fù)完整。注漿采用自下而上的順序，但實際局部有地下水大范圍涌出的情況，經(jīng)技術(shù)分析與論證后，決定采用雙液體注漿的方法。配制兩種漿液，將其分別置于特定的容器中，根據(jù)施工要求，按比例混合兩類漿液，利用雙液注漿泵注入縫隙內(nèi)，由此發(fā)揮出兩類漿液的應(yīng)用優(yōu)勢，有效封閉裂縫，阻止地下水的滲入[2]。

4.2 超前錨桿施工工藝

針對山嶺高速公路隧道的大變形問題，在處理工作中采用超前錨桿施工工藝時，除了完成前述的注漿工作外，還需要準備長4.5 m的Ф22 mm無帶肋鋼筋，安裝到位并組織注漿作業(yè)，要求其布設(shè)間距為45 cm，各封閉環(huán)中的數(shù)量分別為31根，布設(shè)的具體位置需根據(jù)襯砌的作業(yè)情況而定，在設(shè)置時外插角統(tǒng)一控制在10°～15°。

按照“鉆孔→清孔→注漿→插入桿體”的順序依次施工。超前錨桿灌漿施工過程中，先向漿泵內(nèi)注水和砂漿，此后插入灌漿管，要求管底距孔底5～10 cm，若無誤則再次配制砂漿，利用注漿泵組織注漿作業(yè)。注漿過程中，加強對注漿壓力的監(jiān)測與控制，確保該值在0.4 MPa以內(nèi)。

4.3 噴射混凝土施工工藝

（1）遵循分段噴射混凝土的基本原則，加強對各段施工質(zhì)量的控制，按照先墻后拱、自下而上的順序施工。為保證施工質(zhì)量，各小段的寬度以1.5～2.0 m較為合適，具體需根據(jù)實際施工條件進行靈活調(diào)整。

（2）大面積噴射混凝土?xí)r，應(yīng)當重點處理圍巖表面出露的空洞，利用混凝土將該部分填補密實，施工順序為先上后下、先內(nèi)后外。

（3）混凝土噴射施工中，精準控制噴射速度，相同性質(zhì)施工段的噴射速度需具有一致性，以便后續(xù)可以進一步采取壓實措施，待風(fēng)壓達到0.5 MPa后開始作業(yè)。

（4）嚴格控制各部分的噴射厚度，應(yīng)在許可范圍內(nèi)，過厚時，在混凝土自重的作用下，易出現(xiàn)下墜的情況，出現(xiàn)沉降問題；過薄則難以切實發(fā)揮出混凝土的性能優(yōu)勢，例如難以穩(wěn)定黏結(jié)，出現(xiàn)鼓包等問題[3]。

4.4 山嶺地區(qū)高速公路中、短隧道單向出洞施工工藝

超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固支護，再進入正式開挖環(huán)節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件以及質(zhì)量要求合理選擇施工方法，例如兩臺階預(yù)留核心土法或三臺階留核心土法，此后上臺階超前小導(dǎo)管打穿地面。通過此舉達到零開挖出洞的效果，于洞口處搭建2～3榀工字鋼，確保該結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性后，初噴混凝土封閉，再組織（中）下臺階交錯開挖作業(yè)，隨開挖進程的持續(xù)推進，及時采取支護措施，以免在開挖的擾動性作用下而失穩(wěn)。進入仰拱開挖環(huán)節(jié)，及時設(shè)置初期支護結(jié)構(gòu)并盡可能較快地實現(xiàn)封閉成環(huán)，制備適量混凝土，用于仰拱澆筑。經(jīng)前述施工后，加強對拱頂下沉、水平收斂的觀測，全面采集數(shù)據(jù)并記錄，待其趨于穩(wěn)定后進行二襯施工。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國公路建設(shè)規(guī)模日益擴大，公路網(wǎng)絡(luò)延伸常遇到山區(qū)作業(yè)環(huán)境，此時隧道成為打破山體阻礙的關(guān)鍵形式。隧道的施工環(huán)境錯綜復(fù)雜，在地質(zhì)條件和施工工藝等多重因素的共同作用下，易出現(xiàn)隧道大變形問題，輕則影響施工進度，重則影響施工質(zhì)量，甚至誘發(fā)安全問題。在山嶺隧道施工中，需要根據(jù)實際情況采取合適的加固支護技術(shù)，有效阻止地表大變形，在安全的環(huán)境下高效施工，以保證公路隧道的施工質(zhì)量。