小凈距隧道偏壓淺埋段開挖及支護技術(shù)研究

郭強

山東恒建工程監(jiān)理咨詢有限公司 山東濰坊 261057

隨著我國公路交通的不斷發(fā)展，在山區(qū)修建隧道時會遇到愈加復雜的自然條件。由于受到自然條件及線路規(guī)劃的限制，在修建小凈距隧道時難免遇到偏壓淺埋的情況。小凈距隧道偏壓淺埋段受地形，地質(zhì)條件，埋深，凈距，開挖及支護形式的影響很大，且由于其一般上覆土厚度較小，圍巖受到非對稱荷載的作用，所以開挖方法及支護形式選用不當很容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。因此，對小凈距隧道淺埋偏壓段開挖支護技術(shù)進行深入研究是有意義的。

1 加強隧道支護的意義及必要性

1.1 加強隧道支護的意義

保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是維持隧道施工安全的前提條件。當隧道進行開挖卸載時，原始的圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，進而圍巖重新開始應(yīng)力的分布，且隨著隧道施工的進程不斷變化，最終逐漸形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)。若因此造成支護結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，從而造成隧道系統(tǒng)的失穩(wěn)。淺埋偏壓小凈距隧道由于其埋深較淺，主要依靠支護結(jié)構(gòu)和圍巖承擔外部應(yīng)力，支護結(jié)構(gòu)如果不能充分發(fā)揮作用，圍巖將不可避免地發(fā)生滑坡甚至冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，甚至隧道會局部坍塌。研究隧道開挖技術(shù)和圍巖支護技術(shù)，可以因地制宜的優(yōu)化開挖施工和圍巖支護的協(xié)同作用，更好的保證隧道施工過程的安全性。

1.2 加強隧道支護的必要性

隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保證隧道施工和運營安全的基本條件。隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是隧道工程中的關(guān)鍵問題之一。在隧道開挖卸荷過程中，圍巖由于變形失去約束，破壞了應(yīng)力平衡，導致應(yīng)力重新分布，從而引起隧道系統(tǒng)環(huán)境條件的變化。隧道系統(tǒng)受支護結(jié)構(gòu)和圍巖失穩(wěn)的影響。特別是淺埋偏壓隧道，由于近距離接觸和節(jié)理作用的支護和圍巖，一旦支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，支護功能喪失，圍巖不可避免地發(fā)生坍塌或滑動，從而導致整個隧道系統(tǒng)失穩(wěn)。加強隧道及其關(guān)鍵支護技術(shù)的研究，有效治理隧道塌方，不僅有利于保證隧道工程的實現(xiàn)，而且能促進技術(shù)體系的逐步形成，對提高隧道工程的安全運營起著重要作用。

2 工程地質(zhì)概況

某小凈距隧道淺埋偏壓段為巖石及軟塑性土組合地質(zhì)。上部臺階的初期支護受到破壞發(fā)生變形、且隧道圍巖存在坍塌情況、地表存在大面積的裂縫及錯臺、施工段附近存在地表坑道，隧道底部溶洞規(guī)模較大，且由于施工過程中不斷出現(xiàn)塌方情況，而且工程地質(zhì)情況較復雜，造成其開挖及支護的施工難度增大。

3 工程開挖及支護技術(shù)研究

3.1 坍塌體開挖

坍塌體是隧道巖溶塌陷地段的主要開挖對象，開挖前必須保證原支護的安全再對其進行加固。具體加固措施分為兩種情況：第一種是原有鋼支撐未發(fā)生變形破壞時，則在原有鋼支撐上直接添加橫撐；第二種當原鋼支撐已經(jīng)發(fā)生變形破壞時，則需要對其更換鋼支撐后再用橫撐進行加固。

3.2 對口鋼支撐

一般原鋼拱支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，發(fā)生嚴重變形，進而支護功能喪失是造成隧道塌方的常見原因。另外，圍巖結(jié)構(gòu)由于已經(jīng)發(fā)生變形破壞，所以其產(chǎn)生的松動壓力不穩(wěn)定，并且支護結(jié)構(gòu)直接承受其重力形式的壓力作用。原支護結(jié)構(gòu)在設(shè)計時未考慮這部分力的作用，故設(shè)計參數(shù)小于其所承受的壓力。因此在坍塌體在開挖作業(yè)時，對開挖及支護的要求會更高。此時為了使支護結(jié)構(gòu)保證足夠的安全及穩(wěn)定，原有的拱形結(jié)構(gòu)支護形式已不能達到支護強度的要求。因此，隧道變形體系有必要采用支護強度高并且效果好的對口鋼支護形式對其進行再支護。

（1）原支護體系設(shè)計。由于原支護體系在進行設(shè)計時未能充分掌握工程地質(zhì)條件，故隧道原設(shè)計的為噴射混凝土以及型鋼架初期支護，素混凝土二次襯砌支護形式。支護結(jié)構(gòu)未能滿足支護要求，造成初期支護完成后隧道頂部失穩(wěn)形成滑坡體，并發(fā)生位移下沉，導致原初期支護結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞，部分地段的初期支護變形嚴重，甚至出現(xiàn)局部坍塌的情況，嚴重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，有必要拆除并更換變形的初期支護，對其重新進行支護。

（2）調(diào)整方案。在坍塌事故發(fā)生后，滑坡體雖然通過對塌方地段進行注漿加固處理，已經(jīng)基本保持穩(wěn)定。但其仍受到大面積的從拱頂?shù)剿淼雷缶€邊墻的側(cè)向壓力，初期支護受力形式未發(fā)生本質(zhì)改變，其依舊處于收斂變形的受力狀態(tài)。且碎石夾軟土為線路左側(cè)隧道及溶洞的主要填充物，在此種情況下會產(chǎn)生掉塊情況，尤其在雨季極容易發(fā)生局部塌方，存在極大安全隱患。在沒有安全措施的情況下，很難直接拆除和更換主支撐拱架。因此，對原隧道的鋼支撐進行加固是很有必要的。開挖塌方體前一定將安全措施完全做到位。對于力學性能差、流變性突出的軟塑性土來說，在開挖過程中應(yīng)采取液壓系統(tǒng)加固初期支護結(jié)構(gòu)的方案。同時，由于隧道內(nèi)空間狹窄，為了便于在隧道底部進行樁筏基礎(chǔ)等后期施工工作，對初始支護結(jié)構(gòu)進行了初步設(shè)計，并將初始支護結(jié)構(gòu)由弧形調(diào)整為豎向型，增加了隧道內(nèi)的作業(yè)空間。

4 結(jié)語

結(jié)論表明在對支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時應(yīng)結(jié)合施工特點和施工實踐進行，以此來保證隧道受力的合理性，并減少隧道修建過程中可能出現(xiàn)的各種地質(zhì)災(zāi)害，得出可為此類隧道工程提供有益參考的開挖及支護技術(shù)。