五峰隧道軟巖大變形施工處治措施

楊曉丹，吳寶森

（1.云南交投公路建設(shè)第二工程有限公司，云南 昆明 650000；2.云南交投集團(tuán)公路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使我國(guó)交通建筑行業(yè)發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)黃金時(shí)期，目前我國(guó)已經(jīng)成為世界上隧道工程與地下建筑的發(fā)展速度最快的國(guó)家。在云南地區(qū)地勢(shì)多為丘陵地貌，地質(zhì)巖層質(zhì)量多種多樣，很大程度上加大了隧道施工的技術(shù)難度，對(duì)軟巖問(wèn)題的處理更加棘手，使正常的施工手段難以運(yùn)用，進(jìn)而降低隧道施工的安全性以及隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1 工程概況

五峰隧道位于大理州鶴慶縣松桂鎮(zhèn)格局村北側(cè)、蝙蝠洞南側(cè)，起點(diǎn)K0+000 接上鶴高速止點(diǎn)K61+400，之后經(jīng)金墩、鶴慶火車站、麗江機(jī)場(chǎng)、七河等地，路線止于麗江市古城區(qū)七河鎮(zhèn)關(guān)坡埡口北側(cè)，設(shè)置關(guān)坡立交連接華麗高速及七河至麗江一級(jí)公路，止點(diǎn)樁號(hào)為K42+400，路線全長(zhǎng)42.4km。麗江段承建段落起止點(diǎn)為K24+500~K42+400，主線全長(zhǎng)17.9km。涵洞（通道）主要工程數(shù)量：涵洞1918m/65 道；通道761m/20 道，涵臺(tái)身均為C20 混凝土。鶴慶至關(guān)坡高速公路的建設(shè)，對(duì)完善全省高速公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提升國(guó)省干道公路運(yùn)輸服務(wù)水平，緩解區(qū)域交通壓力，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

隧道施工地區(qū)的巖石成分多數(shù)強(qiáng)度極差，如黏質(zhì)黃土、軟巖、板巖、斷層壓碎巖等，多數(shù)巖層緊致度極差用手即可破壞，碳制泥巖遇水后極易軟化。因?yàn)槭┕に淼浪幍牡貐^(qū)屬于高地應(yīng)力區(qū)，所以使隧道在修建施工過(guò)程和后期使用過(guò)程中十分容易發(fā)生變形問(wèn)題。在加上巖石主體成分偏軟，使隧道圍巖的整體穩(wěn)定性非常差，且易發(fā)生大面積變形[1]。

2 地質(zhì)勘察

2.1 探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是基于電磁波遇到不同反射界面其反射振幅、頻率和相位不同來(lái)判斷前方傳播介質(zhì)的性質(zhì)和變化。介質(zhì)介電常數(shù)的差異決定電磁波反射的強(qiáng)弱程度和其相位的正負(fù)。巖石巖性、斷裂構(gòu)造破碎帶、風(fēng)化程度及其含水量等的變化將影響其介電常數(shù)，電磁波反射的頻率、振幅、相位也將發(fā)生變化。因此，根據(jù)電磁波反射的特征推斷掌子面前方的地質(zhì)情況。

2.2 探測(cè)方法

本次預(yù)報(bào)選用CrossOver730 型雷達(dá)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，布設(shè)兩條測(cè)線，采用單點(diǎn)測(cè)量方式探測(cè)，得到兩條雷達(dá)反射剖面。采集參數(shù)為：采集方式為單點(diǎn)測(cè)量，每10cm 采集一道。

2.3 探測(cè)結(jié)果及力學(xué)性質(zhì)分析（隧道掌子面地質(zhì)情況）

掌子面圍巖主要為黑色全～強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，巖體極破碎，呈散體狀結(jié)構(gòu)，手可扒動(dòng)，拱頂易掉塊，局部有灰?guī)r孤石。掌子面區(qū)域位于風(fēng)化界線附近，圍巖性質(zhì)復(fù)雜多變，開(kāi)挖范圍內(nèi)總體圍巖堅(jiān)硬程度差異較大。掌子面稍濕，局部有少量水滲出，該段圍巖遇水易軟化，導(dǎo)致圍巖整體穩(wěn)定性降低，仰拱承載力低，開(kāi)挖后支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)不當(dāng)易導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)、整體沉降、坍塌冒頂。

為獲取隧道區(qū)各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)隧道內(nèi)巖層進(jìn)行取樣并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理做出巖層分析成果，統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 巖層分析成果統(tǒng)計(jì)

3 施工階段

3.1 未施工階段預(yù)防措施

根據(jù)五峰當(dāng)?shù)氐牡乩砜辈炜梢缘贸觯淼莱霈F(xiàn)軟巖大變形的主要原因是隧道內(nèi)部有膨脹性礦物的存在，同時(shí)還存在大量的水分，在施工時(shí)會(huì)對(duì)山體產(chǎn)生震動(dòng)導(dǎo)致水分與礦物相遇就會(huì)出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象。并且在圍巖擠壓褶皺的區(qū)域，地下水位很大，這如果有與水接觸就會(huì)變質(zhì)的礦物，例如隧道中炭質(zhì)板巖，在遇到水之后就會(huì)變成泥，進(jìn)而使隧道的周邊地質(zhì)產(chǎn)生大變形。針對(duì)膨脹導(dǎo)致的大變形現(xiàn)象，現(xiàn)階段常用的治理措施主要有一下幾種措施[2]。

3.1.1 施工處治加強(qiáng)措施

左洞ZK26+120~ZK26+080（施工處治結(jié)束樁號(hào)為暫定樁號(hào)，具體結(jié)束樁號(hào)以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及結(jié)合實(shí)際掌子面情況確定）為跨越?jīng)_溝淺埋段，施工處治措施按以下形式支護(hù)：

（1）工字鋼加強(qiáng)為I22b，間距50cm/榀。

（2）超前小導(dǎo)管兩榀一循環(huán)，搭接長(zhǎng)度為3.5m，每循環(huán)采用雙層小導(dǎo)管，第一層在工字鋼中心線位置以仰角為5°~15°打設(shè)，第二層在工字鋼外弧邊緣以仰角為30°~45°打設(shè)，兩層破空交叉施工，水泥漿液水灰比1:1（重量比）注漿壓力0.5~1.0MPa。

（3）每榀拱架增設(shè)4 根6m 長(zhǎng)的φ89 鎖腳導(dǎo)管，φ89 鎖腳導(dǎo)管為花管，端頭2m 范圍內(nèi)不需打孔。其布設(shè)方式為：A、B 單元接頭處左右側(cè)各設(shè)置1 根B、C 單元接頭處左右側(cè)各設(shè)置1 根，φ89鎖腳導(dǎo)管需緊貼工字鋼打設(shè)并且與工字鋼焊接牢固，水泥漿液水灰比1:1（重量比），注漿壓力0.5~1.0MPa（注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)）。

（4）工字鋼左右側(cè)A、B 單元接頭處及B、C 單元接頭處采用I16 工字鋼橫向連接，如圖1所示。

圖1 掌子面

3.1.2 注漿加固措施

將可以短時(shí)間固化的漿液通過(guò)打孔的方式注入墻體的裂隙或空隙中，能夠有效起到防滲和加固墻體的作用。在施工初期支護(hù)期間，一旦出現(xiàn)大變形的趨勢(shì)例如仰拱隆起、襯砌開(kāi)裂、局部塌方等問(wèn)題時(shí)，首先采取的方法應(yīng)是進(jìn)行注漿，使周圍的墻體巖石能夠固結(jié)，提升圍巖的整體穩(wěn)定性，防止軟巖繼續(xù)發(fā)生變形。對(duì)于無(wú)水或用水困難的地方可以采取單液漿注漿方法，水源充足的地方采用雙液漿注漿。若是在施工期間能夠提前預(yù)留出足夠大小的變形縫，給膨脹巖石提供足夠的膨脹空間，進(jìn)而降低巖石之間的相互擠壓，從而能夠有效防止因巖石向外鼓出而引起的大變形，變形如圖2所示。

圖2 墻體架構(gòu)變形

3.2 軟巖大變形隧道的處理方案

隧道工程實(shí)際的地質(zhì)條件、圍巖情況在施工中不斷顯現(xiàn)出來(lái)，隧道施工人員依據(jù)圍巖揭示現(xiàn)狀和超前的地質(zhì)預(yù)報(bào)手段來(lái)對(duì)軟巖可能變形情況進(jìn)行預(yù)判，進(jìn)而預(yù)測(cè)軟巖變形級(jí)別，根據(jù)預(yù)測(cè)大變形的危害級(jí)別，采取不同的處理措施，調(diào)整加強(qiáng)工字鋼型號(hào)、間距以及網(wǎng)片之間距離等支護(hù)參數(shù)，與周圍巖層融合形成自穩(wěn)能力，從而控制軟巖的大變形。具體施工時(shí)需要注意如下幾點(diǎn)問(wèn)題。

①針對(duì)出現(xiàn)軟巖變形問(wèn)題時(shí)，首先要暫停掌子面的施工，全員撤出形變區(qū)域待該區(qū)域洞內(nèi)變形完全發(fā)生完畢后再進(jìn)行挖掘工作，上臺(tái)階掌子面噴5cm 厚C25 混凝土封閉，并留足足夠的加固處理操作空間；②在形變發(fā)生過(guò)后立即在變形區(qū)域上臺(tái)階拱腰位置增設(shè)I18 及φ110 鋼管作為臨時(shí)橫撐，并且利用工字鋼做剪刀撐，加強(qiáng)牢固焊接作業(yè)，使臨時(shí)橫撐能夠形成支護(hù)整體，在上臺(tái)階架構(gòu)底部同樣增設(shè)I18 及φ110 鋼管作為臨時(shí)橫撐并噴射混凝土。于初支內(nèi)側(cè)設(shè)置拱墻0.9m/榀的I19 作為臨時(shí)型鋼套拱，臨時(shí)套拱設(shè)于既有鋼架中間。臨時(shí)橫撐及型鋼套拱施工作業(yè)完畢之后，在變形區(qū)域沿拱墻增設(shè)φ42 鋼花管，并徑裂縫中注漿以加固圍巖，鋼花管長(zhǎng)度為4m，間距1.2m×1.2m（環(huán)×縱），梅花形布置，注漿壓力1~3MPa，壓注水泥漿[3]。

3.3 對(duì)檢測(cè)地段施工建議

對(duì)五峰隧道施工地區(qū)進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，并提出對(duì)地質(zhì)環(huán)境極差的隧道施工具體建議，進(jìn)而有效預(yù)防施工過(guò)程中出現(xiàn)塌方以及使用后出現(xiàn)大面積形變問(wèn)題。①在開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)短進(jìn)尺、弱爆破，遵循“少擾動(dòng)、及時(shí)噴錨支護(hù)、超前加固、勤監(jiān)測(cè)”等技術(shù)措施以避免發(fā)生塌方；②建議開(kāi)挖后及時(shí)成環(huán)，及時(shí)進(jìn)行仰拱填充，防止隧道塌方；③建議做好超前加固、防排水措施，防止圍巖含水量增大造成坍塌；若仰拱底端或中導(dǎo)出現(xiàn)積水現(xiàn)象，需及時(shí)排出積水，防止圍巖被水浸泡進(jìn)一步降低整體圍巖承載力；④加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，密切關(guān)注掌子面附近圍巖含水情況及穩(wěn)定性，確保施工安全；⑤該段埋深較淺，圍巖整體穩(wěn)定性差，建議開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)，防止隧道坍塌冒頂；⑥雨季來(lái)臨，地表水補(bǔ)給增多，建議提前做好防水措施，開(kāi)挖時(shí)遇地下水需做好排水措施，防止地下水浸泡軟化圍巖，降低整體穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

在五峰隧道出現(xiàn)的施工問(wèn)題，大多數(shù)都是由于軟巖變形而產(chǎn)生的問(wèn)題，因此，能否夠控制軟巖變形的發(fā)展，是確保隧道施工過(guò)程和之后的使用過(guò)程中是否能夠維持穩(wěn)定的重要因素。前文提到的幾種處理變形的措施，在五峰隧道中，可以解決一些現(xiàn)存的大變形問(wèn)題，為之后的隧道修建可能遇到的巖層問(wèn)題提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。