隧道初期支护变形原因分析及防护措施

张兵

摘要：北京市兴延高速公路石峡隧道左线围岩具有大松散型，施工过程中，出现初期支护多次变形的情况，致使初支混凝土开裂、渗水、鼓包、起皮、掉块、初支钢拱架扭曲变形，甚至部分初支侵入二次衬砌范围。文章重点阐述了隧道初期支护变形的原因、综合治理及防护措施，提出了后续施工防止出现初期支护变形的施工工艺与技术措施

Abstract： The surrounding rock of the left line of the Shixia Tunnel on the Xingyan Expressway in Beijing has a large loose type. During the construction process， the initial support has been deformed many times， causing the crack， seepage， bulge and peel of initial support concrete and distorted deformation of primary steel arch The primary support steel arch is distorted and deformed， and even part of the primary support intrudes into the secondary lining range. The article focuses on the causes， comprehensive treatment and protective measures of the initial support deformation of the tunnel， and proposes the construction techniques and technical measures for the subsequent construction to prevent the initial support deformation.

关键词：隧道;初支变形;加固;防护措施

Key words： tunnel;initial support deformation;reinforcement;protective measures

中图分类号：U455.7                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0175-05

1  工程概况

石峡隧道进口段位于北京市昌平区与延庆县交界的山岭中，为分离式隧道，左线里程桩号为：ZK30+364～ZK32+320，长1956m右线里程桩号为：YK30+398～YK32+410，长2012m，路面纵坡控制范围：0.3%≤i<2.6%，双向六车道建设，是北京世博会的主要分流通道。

石峡隧道施工呈现的地质特点主要有：

①洞身所穿地层主要为侏罗系中风化、薇风化熔结角砾凝灰岩、安山质凝灰岩与长城系高于庄组白云岩，受地层不整合接触作用及构造作用影响，该区段地层性质组合较复杂，岩体节理裂隙很发育，发育小断层，沿岩体破碎带发育中性侵入山脉体。岩体较完整～破碎，呈块状结构、镶嵌碎裂结构，致使岩体非常破碎，稳定性差。

②隧道洞身段为中低山地貌单元与山间沟谷地貌单元，本工程由于长期受断块抬升构造作用影响，风化剥蚀严重，沟谷切割强烈，沿线地形变化大，形态复杂。隧道沿线最高点标高高于1000m，最低点标高低于500m，相对高差500m以上。

③隧道主要穿越的含水巖组为侏罗系山组、白垩系东岭台组火山岩、火山碎屑岩，含水岩组与碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组两大类。隧道底板整体位于地下水水位以上，开挖易形成涌水的通道，隧道出现瞬间涌水量达到了6000～8000m3/d。

该隧道左线原设计Ⅴ级围岩450m，Ⅳ围岩461m，Ⅲ级围岩1045m。而实际开挖揭示Ⅲ级围岩237m，Ⅳ围岩230m，Ⅴ级围岩1489m。隧道围岩变率高达：77%之多。该隧道围岩大变形的整治引起各方的密切关注，多次组织各方面的专家进行现场勘察、研讨、论证。

2  初期支护变形的基本情况及原因分析

2.1 初期支护变形的基本情况

①ZK30+902～ZK30+951段原设计为IV级围岩，实际施工揭示围岩情况较差，整体受水浸蚀软化影响，岩质软弱，裂隙水发育，变更为V级围岩施工，2016年12月6日开挖至ZK30+920处，揭示右侧拱腰处存在泥化软岩，有较大股状流水，造成右侧坍塌，现场及时采取回填洞渣并浇筑混凝土处理，后期施工根据软弱部位，加强超前支护并增加锁脚导管数量，该段初支完成后，12月25日发现ZK30+902～ZK30+931拱腰初支有开裂现象，及时对该部位进行锁脚加固并注浆稳固，针对初支后空腔，破碎松散围岩进行径向小导管注浆稳固处理。2016年1月3日-1月11日通过监测数据反映，此段围岩受岩体强烈挤压、应力释放大造成围岩严重收敛，拱顶及右侧初支出现喷射混凝土表面严重开裂、局部掉块、钢拱架严重扭曲变形，并侵入二衬设计厚度20～30cm，（见图1、图2）需对该段进行加固并换拱处理。

4.1 开挖方法

采用三台阶环形开挖，预留核心土施工。开挖过程中，严格实施监控量测工作，针对监控量测数据及时分析，以真实有效的监控量测数据为指导，根据监控量测结果变化突变时，及时调整现场施工参数。

4.2 超前支护施工

①将超前支护更改为T76S自进式螺纹管（长度15～30m，环向间距50cm，拱部120°范围）施作大管棚。后续开挖采用5b加强支护参数施工，预留变形量根据现场情况适当增加。在施做超前T76自进式螺纹管后，可进一步优化开挖工艺，做到仰拱紧跟，初支变形稳定后再施做二衬。

②首先安装钢拱架护拱。掌子面开挖轮廓线起向后6m范围内将拱顶挑高40cm，形成钻机工作室。在开挖廓线以外拱部120°范围内架设一榀工字钢（22b），工字钢上开100mm的孔，孔距50cm，在每个孔上焊接？准100mm钢管，长度1m，作为导向钢管，注浆泵与钻机接头连接，注浆材料采用P.O42.5水泥，水灰比控制在0.5。T76S自进式螺纹管打设如图12所示。

4.3 初期支护施工

围岩开挖后立即对裸露围岩进行混凝土喷射，及时封闭开挖围岩，防止围岩接触空气风化，避免围岩垮塌。

利用可收缩钢拱架支护，以适应隧道开挖后围岩初期变形要求，可收缩钢拱架采用I22b钢拱架加工，在环形拱架两侧各安装一个可收缩性接头，收缩量25cm，钢拱架安装间距50cm，22螺纹钢焊接连接，底部采用长4mΦ42锁脚导管锁死，防止钢架向隧道内收敛变形。

钢拱架之间铺设20cm×20cm的钢筋直径Φ8mm双层钢筋网片，并与壁面接触紧密。打设长4m的Φ25自进式中空注浆系统锚杆，1.0m×0.5m（环×纵）间距梅花型布置，增强围岩牢固性和整体性。锚杆、挂网和钢架安装完后立即喷射混凝土，尽快形成联合支护体系，以抑制圍岩变形。喷射混凝土采用混凝土湿喷机作业，减少回弹量，降低粉尘，保证施工质量。

4.4 仰拱及二衬施工

仰拱距掌子面、二衬距掌子面的步距控制尤为重要。开挖初支施工完毕后，及时施做仰拱，仰拱距开挖面不宜超过30m，并全幅一次性施做;当监控量测显示位移速度明显减缓并已基本稳定时，立即进行二次衬砌的施工，尽快封闭成环，确保施工安全。

5  结束语

石峡隧道作为松散型大变形隧道，主要因地质和支护参数不当等因素，导致围岩位移速度长时间不能趋于稳定，通过对初期支护增加临时护拱、注浆加固、钢管门架支撑及换拱等应急措施，使前期变形得到了有效的控制，达到了预期效果，同时在后续隧道开挖掘进施工中采取了新的施工工艺，加强了超前支护、初期支护的施工措施，避免了初支变形侵限的现象发生，为松散型隧道施工提供了宝贵的经验，得到了社会各界的认可。

参考文献：

[1]唐林，李天斌，何勇，等.杜家山隧道大变形成因机制研究[J].铁道建筑，2012.

[2]董新平.大跨度隧道初期支护大变形原因分析[J].铁道建筑，2011.

[3]兰天仕.铁路隧道初期支护变形侵限的处治措施[J].企业科技与发展，2011.

[4]党莹.喀斯特地区软弱围岩隧道超前加强支护及综合效果分析[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2015.