隧道初期支護(hù)空洞造成的危害和隱患分析

傅飛越

(江西眾聯(lián)建設(shè)工程咨詢有限公司，江西 上饒 334600)

0 引 言

在隧道工程項(xiàng)目開(kāi)展的過(guò)程中，隧道初期支護(hù)空洞問(wèn)題存在不僅會(huì)影響到施工安全同時(shí)也會(huì)影響施工進(jìn)度。結(jié)合相關(guān)施工資料分析可知，影響隧道初期支護(hù)空洞因素很多，故而在實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要加強(qiáng)技術(shù)措施研究，為隧道項(xiàng)目實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

1 隧道初期支護(hù)空洞造成原因

(1)有很多施工單位認(rèn)為拱架脫空并不是嚴(yán)重的問(wèn)題，而實(shí)際上這么小的問(wèn)題卻能導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題，造成巨大的安全事故，產(chǎn)生的危害是難以估量的。初期支護(hù)是隧道項(xiàng)目施工極為重要的工序，提高初期支護(hù)的施工質(zhì)量水平，可以防止發(fā)生坍塌、人員傷亡的事故問(wèn)題，但是如果操作不當(dāng)或者規(guī)范性不足，或者沒(méi)有執(zhí)行施工工藝方案，造成嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，危害性難以預(yù)估。隧道開(kāi)挖環(huán)節(jié)選擇的施工方法不同，應(yīng)用初期支護(hù)的施工工藝可以保證隧道地質(zhì)圍巖等級(jí)較差的部分恢復(fù)性能，拱頂開(kāi)挖結(jié)束后立即支護(hù)噴混，此時(shí)的拱架底部存在基礎(chǔ)超挖或者清渣不足的情況，造成拱架在上部出現(xiàn)懸空或者處于廢渣上，而每一榀拱架都是由拱頂、上導(dǎo)、下導(dǎo)、仰拱形成的閉環(huán)，在拱架分段施工的過(guò)程中，相關(guān)的錨桿系統(tǒng)固定方式主要以鎖腳錨桿固定方式進(jìn)行處理?；炷羾娚渲蟮腻^桿承受力與抗把力在一定的程度上與區(qū)域的強(qiáng)度變化有一定的聯(lián)系。那么在一旦發(fā)現(xiàn)錨桿受力不合格的現(xiàn)象，就很容易出現(xiàn)變形問(wèn)題，豎直度不合格，造成安全事故的發(fā)生。

(2)在隧道項(xiàng)目開(kāi)展階段，倘若拱架未閉合形成整體的時(shí)候。那么各個(gè)掌子面爆破就會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊波與振動(dòng)力，產(chǎn)生較大的破壞力，還就是在淺埋施工環(huán)節(jié)的爆破開(kāi)挖影響或者降雨有雨水滲出等等，造成拱架結(jié)構(gòu)發(fā)生下沉變化，圍巖就會(huì)出現(xiàn)乳便或者是受到人為因素的影響，導(dǎo)致拱架底部以及超挖初期支護(hù)背后發(fā)生脫空的現(xiàn)象，就會(huì)引起初期支護(hù)下沉、開(kāi)裂、坍塌等病害問(wèn)題。在空架以及預(yù)留洞發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題之后，就會(huì)影響到后續(xù)工程的開(kāi)展，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)各種安全施工質(zhì)量問(wèn)題。因?yàn)橐婚こ淘诨炷羾娚涔ば蛲戤呉院?，仰拱的結(jié)構(gòu)沒(méi)有能夠形成一個(gè)閉環(huán)問(wèn)題，結(jié)構(gòu)的自重也在不斷的增加，以圍巖為Vb的隧道工程開(kāi)展分析，一榀工字鋼拱架相關(guān)結(jié)構(gòu)的體重均在1.5 t左右，這種重量不僅包含有錨桿系統(tǒng)、鋼筋網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)還有初期支護(hù)噴射的混凝土重量，沒(méi)有形成閉環(huán)前會(huì)將全部重量集中在一起，尤其是在施工中按照拱頂開(kāi)挖、上導(dǎo)開(kāi)挖、下導(dǎo)開(kāi)挖的施工順序， 最后施工環(huán)節(jié)才是仰拱開(kāi)挖，這種操作方式就會(huì)導(dǎo)致施工過(guò)程的開(kāi)發(fā)量增加，并且在后期支付噴射混凝土的時(shí)候，所承受的爆震動(dòng)以及氣流的沖擊影響比較大，這就引發(fā)出上島以及下島拱頂?shù)氖┕は到y(tǒng)受到影響。這個(gè)環(huán)節(jié)在處理的階段中，沒(méi)有能夠做好全面性的檢查，也會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)效果下降，繼而引發(fā)開(kāi)裂位于沉降等情況，同時(shí)在處理的階段中沒(méi)有對(duì)圍巖的蠕變以及沖擊進(jìn)行全面分析，這種情況就會(huì)引起不利影響。雖然設(shè)計(jì)以及規(guī)范都要求各個(gè)斷面觀測(cè)，但是現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)很多單位都沒(méi)有加強(qiáng)沉降方面的觀測(cè)，或者沒(méi)有及時(shí)的監(jiān)測(cè)沉降量信息，加上施工現(xiàn)場(chǎng)的管理因素，沉降觀測(cè)的效果并不能達(dá)到設(shè)計(jì)以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)施工不斷深入之下，每一榀拱架錨桿數(shù)量都處于增多的趨勢(shì)下，但是現(xiàn)場(chǎng)卻因?yàn)槿藛T不到位、工藝不合理等多方面因素造成拱架的豎直度難以滿足要求，和設(shè)計(jì)方案的規(guī)定存在著較大的差異，包含了按照結(jié)構(gòu)是否結(jié)實(shí)，是否建設(shè)在廢渣位置，這種情況往往會(huì)造成影響。

(3)人工打錨桿的現(xiàn)場(chǎng)，角度因素的影響比較大，受到風(fēng)槍自生重量的影響，且相關(guān)的錨桿孔洞的系數(shù)均為15°施工，而在1.2 m及以下才會(huì)選擇平行或者稍微上抬15°的方式施工，這樣就會(huì)導(dǎo)致錨桿現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，只有少數(shù)的桿件受到抗剪力的影響，多數(shù)都是受到抗拔力的影響，這就導(dǎo)致初期支護(hù)下沉環(huán)節(jié)錨桿受力條件不當(dāng)，導(dǎo)致在初期支護(hù)下沉的環(huán)節(jié)被拉出或者拔出，結(jié)構(gòu)施工效果受到較大的影響，施工質(zhì)量也難以滿足要求。此外，由于拱架底部松散或是結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定也是影響結(jié)構(gòu)下沉等問(wèn)題出現(xiàn)的原因。對(duì)于此類問(wèn)題來(lái)說(shuō)，一旦出現(xiàn)了下沉那么就會(huì)導(dǎo)致閉環(huán)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量下降，整體的脫空面積會(huì)增加，危險(xiǎn)系數(shù)在不斷的提升。初期支護(hù)發(fā)生下沉的問(wèn)題極易造成縮頸情況發(fā)生，其會(huì)產(chǎn)生侵限問(wèn)題而引發(fā)厚度變薄，同時(shí)在受到初期支護(hù)下沉等問(wèn)題的影響，一榀拱架閉環(huán)以后相關(guān)的二次襯砌沒(méi)有能夠形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，加上外力的影響那么就會(huì)出現(xiàn)損壞引發(fā)安全問(wèn)題。特別是在一些壓力大的區(qū)域，很容易出現(xiàn)漏水、滲水、下沉、位移等情況，造成隧道坍塌。

(4)除開(kāi)上述的原因以外，初期支護(hù)與二次襯砌壽命縮短也是主要的因素。按照我國(guó)的公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，規(guī)定隧道初期支護(hù)要結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)展開(kāi)分析，并采取合理有效的應(yīng)對(duì)措施，其設(shè)計(jì)初期就要考慮到受力條件，并且在山體圍巖受到擾動(dòng)、蠕變后逐步穩(wěn)定不影響二次襯砌可以正常施工，二次襯砌前期不參與到受力運(yùn)行，如果二次襯砌混凝土沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度而受到外部作用力影響，造成二次襯砌混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、滲水、滲漏等情況，甚至發(fā)生坍塌事故。而在投入運(yùn)營(yíng)后，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的延長(zhǎng)，地質(zhì)地殼發(fā)生變化，給二次襯砌造成較大作用力影響，此時(shí)的二次襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已經(jīng)比較高，即使受到外部作用力依然可以保持整體性能，避免受到影響。但是就目前的實(shí)際情況分析，很多工程的質(zhì)量存在問(wèn)題，不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，造成二次襯砌的前期就受到較大外部作用力的影響，使用年限大幅縮短，難以滿足工程質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，且隨著時(shí)間的推移，結(jié)構(gòu)損壞問(wèn)題變得嚴(yán)重，也會(huì)爆發(fā)出更加安全的工程質(zhì)量問(wèn)題，事故危害性增加。

(5)由于初期支護(hù)存在平整度不足、下沉侵限以及二次襯砌厚度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。隨著時(shí)間的不斷推移，二次襯砌結(jié)構(gòu)逐步的穩(wěn)定，這時(shí)是比較安全的，但是前提條件是并未受到過(guò)大的外部作用力影響而損壞，理論角度分析，只要結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后就不會(huì)有問(wèn)題。從外界破壞力分析，首先引起影響的因素在于支護(hù)下沉背后的孔洞得不到及時(shí)的填補(bǔ)，且在初期支護(hù)背后的孔洞會(huì)形成一個(gè)銳角，雖然在初掌子面爆破施做了控制，但是由于環(huán)境影響同樣也存在擾動(dòng)，加上時(shí)間的推移，在受到爆破振動(dòng)的影響，很容易導(dǎo)致支護(hù)頂部的巖石脫落。而巖石脫落的兩遍銳角的差距較大，在受到聲波與振動(dòng)影響之下側(cè)壓力也會(huì)不斷增加。結(jié)美國(guó)相關(guān)教授分析可知，在地表水比較豐富的條件下，會(huì)導(dǎo)致水溶度較高的基巖慢慢地被侵蝕溶解而隨著水流移動(dòng)，久而久之就形成了更大的沉洞或?qū)е滤淼罍\埋段和地質(zhì)特別差的地段地表塌陷而引發(fā)更大的質(zhì)量、安全事故和隱患，這種情況多發(fā)于我國(guó)多雨的南方。

(6)由于淺埋段與地表水之間關(guān)系密切，且相關(guān)的圍巖等級(jí)比較差，車輛在通過(guò)的時(shí)候也會(huì)給混凝土結(jié)構(gòu)造成振動(dòng)波，同時(shí)因?yàn)檐嚵魉俣冗^(guò)快而給隧道內(nèi)形成聲波傳導(dǎo)或者氣流會(huì)形成較大振動(dòng)，按照我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在通行速度過(guò)快的情況下， 車輛在通過(guò)的過(guò)程當(dāng)中，就會(huì)在一定的程度上給隧道內(nèi)形成一定的順風(fēng)以及逆風(fēng)的風(fēng)振，而這種情況它主要就像在發(fā)生血崩位置上出現(xiàn)爆破或者是大聲呼喊而引起血崩的一種情況。而從某項(xiàng)研究中顯示，與振源相關(guān)的因素主要是車輛的重量、通行速度、通過(guò)頻率等， 也就是說(shuō)車輛自身比重比較大，行駛的速度比較快，在頻率以及各種參數(shù)變化的情況下，那么就會(huì)給初期支護(hù)背后的空洞造成一定的振動(dòng)。同時(shí)加上二次襯砌的厚度比較單薄，也會(huì)出現(xiàn)破壞力受到影響的情況。車輛在通行的過(guò)程當(dāng)中振動(dòng)的傳遞范圍是如何變化的呢？就像我們?cè)谑┕るA段針對(duì)樁機(jī)進(jìn)行處理小應(yīng)變檢測(cè)一樣。車輛在經(jīng)過(guò)的時(shí)候就會(huì)給周圍造成一定的波動(dòng)影響，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)力的提升，此外還會(huì)受到橫向波表面波各種參數(shù)的影響，導(dǎo)致振動(dòng)傳遞速度下降。另外由于隧道屬于一個(gè)封閉的狀態(tài)，在地面振動(dòng)的時(shí)候就會(huì)給鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)造成傳播振動(dòng)力，振動(dòng)力傳輸?shù)匠跗谥Ц断到y(tǒng)之后，就會(huì)面臨著一系列的病害問(wèn)題。

2 結(jié) 語(yǔ)

綜合以上分析，在隧道施工的過(guò)程中拱架脫空造成的危害是非常大的，不僅會(huì)給工程的進(jìn)度造成影響。同時(shí)也會(huì)給施工安全造成一定的威脅。所以在隧道施工階段對(duì)于拱架脫空問(wèn)題要加大重視要不斷的更新技術(shù)措施管理方法來(lái)避免危害和隱患問(wèn)題的存在，從而推動(dòng)項(xiàng)目的有序開(kāi)展。