成武高速武都西隧道典型病害成因分析及处治措施

王海龙

摘 要：通过对武都西隧道存在的二衬开裂及和仰拱隆起病害分析，得出病害段隧道围岩产状紊乱，裂隙发育、岩体较破碎，岩性为碳质板岩、千枚岩，均属软岩，强度低，隧道埋深较大，地应力较高，施工后应力重分布时间长，且应力分布不均匀，二衬承受了较大荷载，是造成隧道病害的主要原因。针对隧道出现的病害，提出对二衬、仰拱进行加固、拆除、重建等处治措施和超前钢花管等预防措施；并对处治效果进行评价，结果表明，对围岩的压力抵抗效果良好，有效的控制了病害的发生及延续；由此，做到细化、规整的设计与严格执行设计文件中的要求进行施工有着密不可少的重要联系。

关键词：成武高速；隧道；病害；分析；处置

中图分类号：U455.91 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0116-02

1 前言

成武高速公路武都西隧道为分离式隧道，原设计围岩左线713米为V级，1170米为IV级；右线802米为V级，1090米为IV级，施工时左线掘进748米、右线掘进747米后，围岩与设计不否，持续进入软岩大变形围岩。

根据原设计围岩描述，武都西隧道地处大院——殿沟里断层（F5），属武都山字形构造体系，白龙江渠大断裂次生断裂。下盘为白龙江群下部千枚岩、碳质灰岩、泥灰岩，岩体破碎、强度低，上盘为白龙江群第二段灰岩、中薄层灰岩、千枚岩互层。设计文件指出断层处发育有2处次生断层。

且通过隧道掘进揭露，武都西隧道围岩主要为千枚化的碳质页岩，产状紊乱，褶皱明显，节理发育、岩体极为破碎，遇水软化、膨胀。隧道最大埋深超过1千米，存在高地应力，由于受F5断层次生带构造应力强力释放的影响，隧道处在大变形段，围岩稳定性极差，并多次出现塌方，已完成的初期支护出现开裂掉块，钢拱架扭曲变形严重。经多次调整支护方案，最终确定采用双层初期支护，并根据现场监控量测的数据调整具体支护参数及预留变形量。

现隧道局部段落在施工过程中发生大变形，在二次衬砌施工后，陆续发生衬砌开裂、仰拱开裂及隆起等问题，仰拱及隧底填充层出现脱空、剪断等现象，最大隆起位移为35.2厘米。

2 典型病害成因分析

（1）从隧道实际开挖情况看，病害段隧道围岩产状紊乱，裂隙发育、岩体较破碎，岩性为碳质板岩、千枚岩，均属软岩，强度低，隧道埋深较大，地应力较高，施工后应力重分布时间长，且应力分布不均匀，二衬承受了较大荷载，是造成部分二衬开裂、隧道隆起等病害的主要原因。（2）施工工艺和精细化管理方面缺乏经验，在软岩、高地应力状态下采用上、下台阶法施工，设置的核心土较小，支挡掌子面效果较差；锁角钢管施工与钢拱架焊接缺乏规范化。（3）隧道在掘进过程中，由于受F5断层次生带垂直应力强力释放的影响，隧道处在大变形段，围岩稳定性差，并多次出现塌方，已完成的初期支护出现开裂掉块，钢拱架扭曲变形严重，经多次专家会调整支护方案，最终确定采用双层初支，并根据现场监控量测数据调整具体支护参数及预留变形量。

在隧道施工过程中发生大变形，在二次衬砌施工后陆续发生衬砌开裂、仰拱开裂及隆起等问题，最终仰拱及隧底填充层最大隆起位移为17.6cm，仰拱及隧底填充出现脱空、剪断等现象，同时二次衬砌出现较多裂缝，衬砌表面混凝土局部开裂宽度达到4.1cm，混凝土表面已经崩裂、剥落；也有局部二衬出现的裂缝经观察开裂主要原因表现为衬砌拱顶表面混凝土压溃剥落。

3 典型病害处治措施

典型病害现场治理措施：

（1）对二衬开裂严重段采用拆除重建。每次拆除二衬纵向长度为2米，拆除二衬后采用6米长钢花管注浆加固。钢花管注浆加固完成后，对局部初支破损严重部分（钢拱架扭曲破坏、初支倾入二衬断面）进行拆除重建，初期支护变形收敛达到《公路隧道施工规范》要求后，方能进行二衬施工，二衬中的主钢架由原设计的Φ22调整为Φ25，间距为250mm，水平筋为Φ12，间距为300mm；（2）对于二衬产生细微斜裂缝段，对裂缝进行观测，结合裂缝发展变化情况再行处置；（3）对于仰拱及填充层隆起的处治方案为拆除重建仰拱。具体为：凿除仰拱填充层，由仰拱隆起段起点处开始跳槽拆除仰拱，每次拆除段落纵向宽度为2米，边角采用Φ42×4mm长的钢花管进行注浆加固，每侧2根/米。注浆加固完成后，重新施作仰拱，将局部初支破损严重部分（钢拱架扭曲破坏、初支倾入二衬断面）进行拆除修复处理。重新施作仰拱时，将紧急停车带段仰拱厚度由60mm调整为70mm，正常段仰拱厚度由50mm调整为60mm，仰拱主钢筋由原设计的Φ22调整为Φ25；（4）后续施工段支护方案有所调整，目前隧道进出口掌子面围岩情况、围岩地质和已发生大变形和二衬开裂段地质较为相似，结合前期施工经验总结，在前期方案的基础上，进一步加强二次衬砌配筋，主筋由Φ22调整为Φ25。

4 病害预防措施

（1）隧道现场所采用的上、下台阶法，其上台阶过高、过长，掌子面处临空面过大，易坍塌；仰拱与掌子面距离过长，难以控制变形，存在较大安全隐患。应严格按照三台阶留核心土法进行施工，仰拱与掌子面的距离应小于25米，使初期支护快速封闭成环，减小隧道在施工过程中的变形；（2）掌子面处实行双层支护，钢拱架间距为65cm，钢架均采用H175型钢，现场应严格控制两层初支钢拱架“拱对拱”支撑方案施工，加密相邻钢架纵向和两层钢架间的刚性连接，严格控制循环进尺，初期支护及时封闭成环；（3）进一步加强现场监控量测的断面和测点，加密测量点，提高量测频率。监控量测测点可采用反光片，测量三维坐标，提供拱顶、拱腰、拱脚处在施工过程中的变形数据，以便分析衬砌在施工过程中变形情况，合理安排施工工序；（4）掌子面处初支拱圈背后做到无空洞，保证填筑密实，系统锚杆、锁脚钢管施工规范化，能有效抑制沉降，影响拱架变形等问题。施工过程中严格控制施工质量和施工工艺，严控隧道超挖和坍塌，对形成超挖和坍塌的段落，必须回填密实后方可进入下一步开挖施工；（5）对仰拱预埋钢筋设置要符合要求，保证混凝土质量要求；初支仰拱处钢拱架与边墙处钢拱架链接质量引起高度重视，并采取措施给予补强，应全面加强施工质量的系统管理。

5 结语

通过对典型病害的成因分析、处治措施、以及预防措施及效果的陈述来看，隧道因设计的不周密，对隧道围岩类型的不细观，设计中因未具体说明围岩产状情况，裂隙发育快、岩体破碎、强度低，隧道埋深较大，地应力较高等的具体段落，设计支护参数不科学，导致施工后应力重分布时间长，应力分布不均匀，二衬承受较大荷载，施工单位未能及时向上级单位汇报，对设计更有效的细化变更施工，造成部分二衬开裂、仰拱隆起等典型病害。通过一系列预加固、支护参数的变更、有效的施工方法及经验的交流，有效的控制了病害的延展，从而达到病害的消除，使隧道病害得到明显的控制效力，效果达到优良状态；由此结论，告诉我们在隧道设计的过程中，围岩类型判定的准确化、对设计支护类型的周密，有着一定的设计意义；也告诉我们施工建设单位在施工过程中严格按设计及规范要求进行施工，对现场实际围岩做好监控量测的记录，对围岩的变化及时向上级单位及设计单位汇报，及时对设计更有效的细化变更施工，有着更重要的施工意义。

总之，按以上处治要求，严格执行，确保有效對二衬开裂、仰拱隆起的完善处治。

参考文献

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