攀田高速公路隧道病害处治技术研究

张茂林(四川遂广遂西高速公路有限责任公司 629000)

攀田高速公路隧道病害处治技术研究

张茂林
(四川遂广遂西高速公路有限责任公司 629000)

随着我国国民经济的高速发展和西部大开发战略的深入实施，西部地区的高等级公路、铁路、水电工程建设规模日益扩大，隧道项目越来越多。在隧道修建过程中，隧道塌方、大变形等问题成为人们日益关注的病害问题。隧道塌方、大变形发生原因复杂，发生后不仅延误工期、大幅度提高工程费用，而且易出现人员伤亡。因此研究隧道塌方和大变形的发生原因及其处治方法愈显紧迫与重要。本文依托四川省攀枝花至田房高速公路建设项目，讨论了隧道塌方、大变形病害的分类和形成机理，介绍了隧道塌方、大变形病害处治原则及处治措施。

公路隧道；塌方；大变形；处治技术；评价

1 隧道病害处治技术

1.1 隧道塌方处治技术

仰坡加固完成后，对于洞口段已露空的洞身，可采用暗洞明做或改为明洞衬砌，拱圈上部回填土石或浆砌片石。

根据仰坡塌方的规模及处理后的稳定情况，对洞内二次衬砌进行适当加强，如增大衬砌厚度或采用钢筋混凝土、钢架混凝土衬砌等。超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。这种超前支护柔性较大，整体刚度较小。虽然它们可以与系统锚杆焊接以增强其整体性，但对于围岩应力较大时，其后期支护刚度就有些不足。因此此类超前支护主要适用于应力不大，地下水较少的软弱破碎围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压的隧道。

1.2 管棚

管棚是利用钢拱架与沿开挖轮廓线，以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。采用钢管的管棚又分为短管棚（L＜10m）和长管棚（L＝10～45m）。管棚应采用钢管或者钢插板做纵向预支撑，又用钢拱架做环向支撑，其整体刚度加大，对围岩变形的限制能力较强，且能提高承受早期围岩压力。因此管棚多适用于围岩压力来的大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩的隧道。

2.隧道围岩大变形处治技术

2.1 软弱围岩大变形支护作用机理分析

软弱围岩一般结构疏松、密度小、孔隙率大，胶结差或未胶结，受地质构造破坏，存在的软弱面、节理、裂隙极易破碎和滑落，开挖后膨胀等，其变形压力与支护也是当今世界地下工程中复杂而重要的问题。当地下工程遇到此类岩层时，会给施工带来很大困难。

（1）围岩变形与压力变化随时间有明显的阶段性。软岩开挖后，围岩初期变形速度快，逐步过渡到比较稳定，之后变形速度又急速增加，最终促使隧道破坏。

（2）围岩变形与压力变化有明显的空间效应。软岩工程变形受空间的影响主要是埋深和所处的位置。根据前苏联C·P·阿维尔申的观点，由于体积压缩和形状改变而积聚的弹性能与深度的平方成正比。所以在相同的地质与支护条件下，深部的隧道比浅部的“挤、压、膨”现象更为严重。

2.2 软弱围岩支护作用的机理分析

对于软弱围岩，锚杆作用是上述作用的组合。软弱围岩一般成岩程度极差，岩体中的结构面多不可数，高度密集，岩体呈松散状态，实质上已演变成土体，强度很低。这种岩体失稳的主要形式是拱部先塌落。地应力越高，岩体的自稳时间越短，有的甚至来不及支护。锚杆的布置、密度和长度要视围岩的摩擦特性和地应力特点而定。锚杆主要作用是挤压、悬吊和组合拱效应。按照通常理论，初期支护采用锚杆支护，其作用方式是：要求锚杆穿过塑性区，并延伸进入弹性区域内足够深度，确定起“固定点”。从力学角度看，锚杆长度最好超过1.5倍塑性区宽度。然而，从应用的角度看，实际能够有效安装锚杆的长度是非常有限的，因为锚杆越长，技术要求越高，施工难度也越大。尽管如此，但对于大变形破坏而言，最严重的问题不在于控制塑性区的范围或者是围岩径向变形的大小，而在于消除导致围岩塑性区内部连续性丧失的深度破坏塑性区域，增强围岩抵抗不协调变形破坏的能力。当侧压力系数为1.5时，发生台阶位置的深度约为其塑性区半径的1/3～1/2，因此，打设足够长的锚杆长度穿越产生深度破坏塑性区，是能够实现的。

2.3 围岩大变形隧道开挖方法

软弱围岩大变形隧道开挖方法的选择，必须根据围岩的地质条件、受力状态、机械设备能力、施工安全等因素综合考虑，具体的施工原则是：

①弱爆破，尽量减少对围岩的扰动；

②短开挖、多循环、快封闭，能快速形成封闭结构；

③有效控制隧道的拱顶下沉、隧底隆起和水平收敛变形，保证施工安全可靠；2.4围岩大变形处治

（1）不是被动地承受围岩挤压力而是主动加固围岩，从提高围岩力学性能着手，从源头上减小挤压力，其主要措施是锚杆和注浆，使隧道周边形成加固圈，由加固圈承受一部分荷载。

（2）采用加长锚杆和锚索，将支护的荷载通过锚杆（锚索）传至深部稳定岩体，让深部围岩帮助受力。锚杆必须伸进塑性区，进入弹性区的长度不小于2m，这样可以把塑性区围岩同弹性区稳定围岩连接起来，提高锚杆对围岩的径向支护作用，同济大学孙钧院士等人的研究证明，锚杆对改善围岩的特性和抑制洞周变形有明显的作用，无锚杆情况的拱顶位移是有锚杆情况的2. 76倍［30］。加上软岩隧道的塑性区较大，故采用长锚杆（锚索）是合理的。

2.5 围岩大变形新型辅助措施

为了使喷射混凝土具有更大的抗变形能力，避免混凝土喷层的过度破坏，采用间隙喷射方法即按一定间隙，沿隧道纵向预留一定的间隙来改善喷射混凝土支护的柔性，当喷射混凝土被锚杆、钢架牢牢地固定时，这些间隙允许隧道发生一定的径向变形，从而可适当减轻支护受到的围岩压力，间隙的宽度及间距应根据位移大小而定，一般纵向间距为1.0～3.0m，间隙的大小为10～20cm。

3.施工开挖支护情况

上断面台阶开挖至K218+171，发现隧道拱顶和周边变化较大，迅速调整施工方法，及时进行仰拱闭合施工，并采用三台阶法进行开挖。以保证初期支护最快程度的闭合。

3.2 预留变形量的调整

由于望江岭隧道右线出口出现初期支护大变形，最大拱顶下沉达40～50cm，故在进口开挖到K218+150时适当增加预留变形量，以防止大变形的再次产生。预计拱顶预留变形量增加为50cm。

总结：

由于笔者的水平有限，对于隧道塌方、大变形病害的处治技术还有待于今后进一步研究。笔者认为今后应该在以下方面进行努力，以进一步提高隧道塌方、大变形病害处治技术在理论和实践水平：除了从监控量测方面对处治方案进行评价，还应该在围岩压力及支护压力、注浆效果等方面进行处治效果评价。对隧道塌方、大变形病害处治技术中注浆工艺、方案选取、注浆压力设计、注浆次序等方面进行研究。

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TU714

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1007-6344（2016）06-0282-01