隧洞初期支护体变形处理方案

郑向荣

（葫芦岛市水利工程建设质量与安全监督站，辽宁 葫芦岛 125000）

1 概况

山西省中部引黄工程施工03标位于忻州市保德县腰庄乡境内，标段隧洞总长为6 008.03 m，围岩地质分类主要为Ⅳ类、V类。隧洞呈城门洞型，V类围岩洞段开挖轮廓线宽度为5.24 m，直墙高为3.4 m，顶拱180°范围开挖半径为2.62 m。V类围岩洞段设计初期支护体为I18钢拱架+钢筋网+系统锚杆+12 cm厚喷设混凝土。

该工程采用钻爆法开挖施工，在正常开挖支护掘进过程中，桩号7+248.4～7+278.7段，初期支护完成16 d后，出现钢拱架及相应支护体收敛变形超标现象，此段收敛超标洞段围岩均为V类围岩，主要岩性为铝土岩，且有少量渗水。

2 变形原因分析

出现变形后，相关技术、管理人员立即进行原因分析，通过现场查看、取样分析、试验研究，确定导致支护体变形原因为：隧洞铝土岩遇水具有膨胀性，变形属岩石遇水膨胀所致。

3 变形洞段初步处理措施

由于该洞段地质条件比较复杂，岩石膨胀需要一段时间才能将其膨胀力、应力全部释放完成，所以在岩石膨胀未稳定前，不能进行变形段初期支护体永久处理施工，只可采取加固措施抑制岩石及支护体继续变形，确保现场安全。根据现场实际情况，确定变形段初步处理如下：

1）在变形支护体表面设置多个监测点，每2 m设置1个监测断面，每个断面设置9个监测点，专人每4 h进行一次变形监测，每天统计分析变形量。

2）对既有的初期支护钢拱架采取加固措施，在起拱线位置加设“×”字型工字钢斜对撑，见图1。约束起拱线以上钢拱架继续变形，确保洞室安全；在底板位置设置水平横向底支撑，与既有钢拱架形成环向封闭的支撑体，加大应力抵抗能力，并在底支撑上部铺设石渣暂时将其埋设，以免影响通行。

图1 变形钢拱架加固图

3）加固处理措施完成后，暂不进行永久处理施工。通过监测数据显示变形段稳定后，再展开后续的永久处理施工。

4 变形洞段永久处理措施

待岩石及支护体不再继续变形后，即可开始变形段的永久处理施工。该隧洞V类围岩设计混凝土二衬厚度为40 cm，该变形段最大变形量达36 cm，无法满足二衬结构要求，故须将变形段侵占二衬结构部分的初支混凝土及膨胀岩石全部予以挖除，以满足设计要求。永久处理措施如下。

1）在洞室变形与未变形交界处，垂直洞轴线向侧拱内打设一排4 m长ϕ25超前锚杆，超前锚杆孔内灌注水泥砂浆，间距为30～40 cm。增设超前锚杆可以防止侧墙、侧拱凿除变形喷设混凝土时塌方，增加围岩稳定性，见图2。

2）在钢拱架变形与未变形交界处增设锁脚锚杆。右侧增设6根4 m长锁脚锚杆，左侧增设4根4 m长锁脚锚杆，每组锁脚锚杆间距20 cm布设。

3）完成上述工序后，进行侧拱、侧墙的喷设混凝土凿除，凿除分两序施工，间隔一孔凿除一孔，同时将初期加固拱架的“×”字形工字钢斜对撑割除，割除时间隔一榀割除一榀，凿除时自上向下施工。凿除一孔恢复一孔，拆除后清理岩面浮渣，在右侧变形区域的侧拱侧墙上施工4 m长Φ25系统锚杆，系统锚杆孔内灌注水泥砂浆，提高锚杆锚固围岩的能力。然后重新安装原设计钢拱架、连接筋、钢筋网片以及工字钢底部横撑，钢拱架榀距为50～60 cm，每榀钢拱架布设12根2.5 m长锁脚锚杆，最后喷设C20混凝土至设计位置。

4）上述永久处理措施施工完成后，继续进行变形监测。经过数十天的变形监测，未发现该段有变形情况，处理效果良好，岩石处于稳定状态，可以进行该段的钢筋混凝土二衬施工。

5）采用定制钢模台车进行二衬混凝土施工见图2。

图2 右侧变形区域处理示意图

5 结论

隧洞施工过程中，遇到岩石膨胀导致初期支护体变形时，首先需要采取约束变形的措施抑制其继续变形，不能急于将变形支护体拆除，避免对现场造成安全威胁。待一段时间岩石的膨胀力达到极限、应力释放完成不再膨胀后，方可进行后续永久处理的施工。变形段处理本着“勤监测、少扰动、强支护、短循环”的原则，严格按照设计图纸进行施工，切不可麻痹大意进行处理。否则达不到预期处理效果，还可能出现安全事故。