大断面隧道大变形治理措施探究

徐佳力

(柳州东城投资开发有限公司，广西柳州545000)

随着中国经济的快速发展，城市经济圈的不断扩大，基础设施的建设不断跟进，越来越多的城市道路需要修建，道路沿线不可避免地遇到山体沟谷，因而隧道工程往往是其中的控制性工程。在隧道施工过程中，可能出现的灾害有塌方、岩爆以及大变形等。其中，大变形是较为常见的工程事故，如处治不当，往往容易引发塌方，导致严重的工程灾害。

针对隧道施工中的大变形现象，国内外研究者进行了大量研究，但由于每座隧道存在不同的地质条件、施工措施以及施工管理水平，因此有必要对大断面隧道施工过程中出现的大变形事故处治措施进行探究。

本文以三车道大断面隧道施工过程中拱顶、拱腰及侧墙出现的大变形为工程背景，对该隧道塌方的具体情况、处治方案以及处治效果进行了详细阐述，可为今后处治类似隧道大变形事故处理提供一定的参考。

1 项目概况

隧道单洞长1 360 m，双向六车道，建筑限界净宽13.75 m，净高5.0 m。内轮廓净宽15.13 m，净高9.69 m，建筑限界及内轮廓如图1所示。隧道沿线岩层为上二叠统大隆组(P2d)灰岩、硅质灰岩夹泥岩、砂岩，覆盖层为残坡积层(Qel+dl)黏性土。进口附近地形为稳定的表面为土质的低丘缓坡，坡度约10°～20°，坡面为高大的乔木覆盖，隧道洞身段穿越的山体高低起伏，山体高度变化较大，出口附近地形为稳定的表面为土质的低丘缓坡，坡角约8°～15°，坡面为高大的乔木覆盖。

图1 隧道内轮廓

2 隧道大变形概述

隧道右线掌子面掘进至90 m时，发现距离掌子面20 m位置处初期支护开裂和掉块，洞内出现异常声响。为确保施工安全，洞内掌子面停止施工作业。监测结果显示：YK0+845、YK0+855、YK0+865三个监测断面的拱顶下沉、水平收敛单天变形值超出预警范围，表明围岩已处于不稳定状态。

随后对距离掌子面15 m处右下导洞开挖时发现有三榀钢架拱脚发生扭曲变形，2 d后，YK0+855拱顶累计下沉已达219.91 mm，水平收敛值累计已达258.89 mm。其中，YK0+845-860段地表有多处裂缝，长度1～3 m不等，缝宽2～5 cm。由于连续降雨，地表裂缝有增大的趋势。

3 大变形原因分析及治理方案

3.1 大变形原因分析

(1)YK0+840～YK0+870段洞顶板埋深约21～28 m，斜坡坡度约30°～40°，坡面较陡，表层为含碎石红黏土，厚10～17 m。该段围岩较差，隧道内主要出露的岩性为黏性土夹硅质灰岩碎块，属软～较软岩，耐风化程度弱；节理裂隙发育，岩体极破碎，呈松软(散)结构；受地表水影响，开挖段右侧渗水频繁，时而有线状流水；围岩整体稳定性差，易掉块、坍塌。因此，地质条件较差是导致大变形的主要原因。

(2)YK0+840～YK0+870处于洞口浅埋段，自掘进以来，由于连续降雨，地表水下渗导致黏性土软化，岩土体抗剪强度降低，自重增加，隧道开挖后围岩松动圈扩大，无法形成自然承载拱，自稳能力差，使得初支承受了很大的松弛荷载。

(3)由于左洞开挖面岩性为黏性土夹硅质灰岩、灰岩，属于硬软质岩石互层，局部需要进行弱爆破，由于该隧道属于小净距隧道，左洞的爆破开挖会对右洞围岩的稳定性造成极大影响。

3.2 大变形治理方案

根据现场变形的实际情况，在“科学、择优、安全、经济”的原则下，对隧道右洞大变形段的加固处治方案为：

(1)隧道右洞大变形段加固处理完成之前，隧道右洞掌子面及下导坑必须停止开挖。

(2)对地表裂缝进行处理，并在合适的位置设置截水沟。

(3)增设环向临时套拱，套拱采用工字钢，拱脚设置φ42锁脚小导管，工字钢间距为50 cm，密贴初支喷射混凝土，空隙处应用垫块或木楔楔紧，以加强洞内支撑。

(4)环向临时套拱对应设置M型支撑，支撑脚设置垫块，避免支撑下沉。工字钢及临时支撑采用Ⅰ22b型工字钢。

(5)对大变形段及后方5 m段沿隧道环向采用φ42注浆小导管注浆加固周边围岩土体。

(6)待变形收敛且二衬跟进至距离变形段20 m后，对隧道右线大变形段分段扩挖换拱，每次扩挖宽度为50 cm，进行人工换拱，禁止大扰动，每次更换一榀。

(7)加固处理过程中，在变形段增加监测断面和监测频率，及时预报和预警监测动态。

(8)变形段换拱完成稳定后，方可开挖掌子面和下导坑。

(9)待工序满足要求后，及时施作该段落的二次衬砌。

3.3 治理效果

在大变形段的治理前后，监测单位和施工方分别对YK0+845、YK0+855、YK0+865、YK0+875等4个断面跟进监测，监测数据分析曲线如图2～图5所示。通过分析各断面的监测数据，在该段落加固后，发现变形速率及收敛预测值均在容许范围之类，尚无再次发生灾害事故的危险。因此，采用上述方案对该段大变形进行处理加固，达到了预期目的，有效地避免了塌方发生。

图2 YK0+845监测断面数据分析

图3 YK0+855监测断面数据分析

图4 YK0+865监测断面数据分析

图5 YK0+875监测断面数据分析

4 结束语

(1)隧道大变形对工程进度和效益影响巨大，因此，在施工过程中，首要任务是做好各种预防措施。

(2)一旦发现有变形加剧的迹象，应及时采取加固措施。如风险不可控，应及时撤离所有人员和机具设备。

(3)在发生大变形后，应立即停止对围岩的继续扰动，及时加设临时支撑。

(4)在换拱的过程中，应隔榀换拱，防止初支工字钢拆除过多导致变形再次加剧，以至于导致塌方。

(5)应对变形段进行重点监测，及时预警预报并指导施工。

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