隧道初期支护大变形、地表沉降段换拱处理

2015-10-21曹火勇

建筑工程技术与设计 2015年6期

关键词：隧道工程

曹火勇

【摘要：成渝客专某隧道进口段属于浅埋、大跨度、软弱围岩地段，在施工过程中由于地表水渗入造成初期支护发生严重沉降收敛变形侵限。本文就该段初支变形过程、形成原因分析、治理方法、换拱施工工法、安全保障措施进行论述探讨。

【关键词】隧道工程、收敛沉降、换拱处理、监控量测

1、工程概况

某隧道全长7328m，设计高瓦斯隧道，被原铁道部评定为高风险隧道。全隧位于直线上，隧道纵坡为4‰的下坡。变形段处于隧道进口浅埋区断层带，为双线大跨度断面。主要岩性为泥岩、砂岩，岩体整体稳定性差、岩体破碎、地下水丰富，埋深14～22m。

2、沉降收敛变形情况

进口端已施作DK22+600—DK22+630段初期支护发生沉降收敛变形，当日最大沉降量达到12mm，收敛量达到8mm。至沉降收敛变形基本稳定，期间最大累计沉降变形1169mm，最大日沉降118mm。

3、收敛变形原因分析

（1）地质原因。收敛沉降段为全-强风化带，风化不均。洞顶埋

深埋深14—23米，且处于龙泉驿断层破碎带，岩体破碎，围岩软弱，自稳性差。

（2）外部原因。施工期间，正值雨季，加之当地春灌洞顶果园，大量地表水下渗，软化围岩，恶化围岩地质条件。

（3）施工原因。施工单位没能对该段地质条件及大量地表水下渗引起高度重视。在开始出现收敛变形后，虽然采取了一定措施，但没能有效控制收敛变形的发展。

4、变形控制

（1）地表处理。变形段地表采取土地紧急补征打围。对所有的裂缝进行清理，采用粘土夯实所有的裂缝及侧沟杂物并采用薄膜覆盖封闭，防止地表水渗入覆盖层内。

（2）洞内处理。为确保施工安全，对掌子面进行封闭，未施工仰拱段采用临时仰拱、临时竖撑及扇形支撑。对整个沉降变形段进行注浆加固，并对变形段增设I20b套拱加强支护。沉降变形趋于稳定后，在大里程端施作3m仰拱及二衬混凝土。

5、换拱处理

5.1、施工工艺

5.2、施工控制要点

5.2.1径向注浆处理

对变形体段初期支护进行全断面径向注浆固结处理，采用φ42无缝钢管，单根长4.5m，环向间距0.5m×纵向间距0.5m，采用双序孔交叉注浆，自下而上进行。注浆过程采用“双控”，根据注浆压力和注浆量初步判断是否满足要求。注浆预防替换拱架施工造成二次扰动变形加大，导致坍塌不安全隐患事故发生。注浆参数表如下：

水泥浆水灰比水玻璃水泥浆与水玻璃体积比 NaH2PO4掺水泥质量%

注浆终压力（MPa）

稳压时间（min）

浓度

（/0Be‘）模数

1：1 38 2.4 1：0.6 2.0 2.0～2.5 10

5.2.2监控量测

5.2.2.1布点原则

待注浆完成后，对原沉降观测及收敛观测标识进行清理，每5m一个观测断面，补充被损坏的标志。每断面设沉降观测点3个，分别位于拱顶及拱顶量测4m处。每断面设收敛观测点一对，位于矮边墙顶面以上1.5m处。换拱过程每损坏一个点，在新施工的初支上增加一个点，始终保证观测点的数量不变。地表监控量测点通过测量放样对应于洞内观测点位置埋设。

5.2.2.2观测频率

换拱期间洞内沉降观测及收敛观测保证每8小时一次，每天三次的观测频率。洞顶地表观测每天两次。测量完成半小时内对数据进行分析，并将分析结果以书面形式下发至现场指导生产。发现数据异常时立即暂停换拱施工，并分析原因指导现场施工。

尤其是对施工区域前后初支变形情况的监控，新钢架在安装完成1小时内完成监控标志的布设，并采集初始值。侵限初支及钢架在拆除前后对相邻两榀钢架的控制点进行两次数据采集，核实拆除前后的沉降情况。并按上述观测频率继续观测。

5.2.3换拱

待监控量测数据满足要求后，开始进行换拱施工。总体思路：采用长臂挖机配破碎头或修边刀片在原施工的两榀钢架间进行拱顶初支混凝土凿除→采用CAT320挖掘机配破碎头凿除边墙初支混凝土、矮边墙混凝土、16cm厚填充混凝土→割除侵限钢架、钢筋网、连接钢筋及部分锁脚、径向锚管→长臂挖掘机或CAT320挖掘机安装刀片将断面扩挖至设计断面（预留35cm沉降量）→初喷4cm厚混凝土封闭围岩面→安装新钢架→挂设钢筋网、焊接连接钢筋、施工锁脚、径向锚管→喷射混凝土完成换拱。

第一循环换拱设置为3m试验段，换拱逐榀进行，每环钢架完成封闭成换后方可进行下一榀钢架的拆换。新钢架设置35cm预留沉降。为缩短封闭成环时间，减少封闭成环前的沉降，换拱为全断面进行，完成原钢架拆除后立即安装新钢架，尽快封闭成环。换拱期间加强换拱段及前后的监控量测。

如在换拱期间或完成试验段后每天的沉降或收敛超过5mm或累计沉降超过10cm，立即增加I20b工字钢套拱。完成套拱加设并稳定后如果能够满足设计断面轮廓则立即组织浇筑二衬混凝土，同时第二循环开始换拱均采用双层拱架，并设置10cm预留沉降量。第二循环换拱长度设置为5m，同样根据换拱期间及完成换拱后的沉降情况，采用与第一循环相同的处理方式。

逐品换拱

6、施工安全质量保证

（1）、监控量测数据指导施工。处理过程中加强围岩监控量测，对数据进行及时分析，根据测量检测成果确定初期支护拱架替换部位及里程段落。

（2）、二次衬砌及时跟进。因变形段仰拱已施作，换拱以6m为一节段，换拱完成数据稳定后立即施作二次衬砌。

（3）、配足监控人员及劳动力。成立现场施工指导小组，设置现场安全监控人员，对施工现场进行及时指导。劳动力按30%富余量进行配置，确保现场施工穩定高效。

五、结语

通过对该隧道初期支护变形换拱处理结果分析，采用对侵限段围岩注浆加固，超前小导管和钢拱架逐段加固阻断处理方案是安全可行的，该处理方法可用于类似工程中去。同时，通过此次变形处理，对控制隧道变形有以下几个方面的建议：

（1）隧道变形主要是高地应力、围岩节理发育、地下水丰富形成的复合式变形，地质原因是内因，设计和施工措施不到位诱发外因。

（2）加长锚杆降低围岩压力，控制围岩变形；加强初期支护，增强其强度和刚度，是防治软弱围岩变形要着重解决的两个问题。

（3）在地质较差的隧道施工，做好施工过程中前期的预防措施，加强超前地质预报，加强监控量测，避免初期支护变形侵限才是最好的选择。

参考文献

【1】 TZ 204-2008 铁路隧道工程施工技术指南【S】；