公路隧道软岩大变形施工处理技术研究

2021-01-09刘俊峰

黑龙江交通科技 2021年9期

刘俊峰

(山西路桥第五工程有限公司，山西太原 030006)

1 工程概况

某隧道工程左线开挖到ZK150+527处、仰拱开挖到ZK150+513处、二衬开挖到ZK150+466处后，发现初支产生明显的沉降收敛，已经可以看到裂缝和掉块，通过检查确认工字钢产生弯曲变形，侵限已经达到8.7 cm。将右线开挖到K150+486～K150+500后，同样发现了该问题，但侵限比左线小。

2 变形产生原因

为保证软岩变形实际处理效果，应确定问题具体产生原因。组织相关技术人员进行调查，并根据调查结果确定产生原因，主要和施工位置地质条件有主要关系。根据勘察资料，产生软岩大变形的位置，其上方有一条河流。另外，围岩裂隙发育，岩石的主要成分为凝灰岩。因区域地下水丰富，岩石处于松散破碎的状态，受震动与荷载作用后，极易产生掉块。隧道开挖施工中，岩石变为泥浆，流动性显著增强，导致承载力大幅减弱，使之前完成施工的初支产生明显变形，进而引发上述问题。

3 施工处理技术

3.1 对二衬崩裂进行的施工处理

通过现场人员的深入勘察和确认，二衬开裂的主要段落是左幅ZK150+791～ZK150+800和右幅K150+874～K150+885，实际开裂情况比较严重。通过进一步研讨，决定采取下列措施。

(1)为确保施工顺利开展，设置临时性支撑，并检查其稳定性，在稳定性合格的情况下做好现场处治。

(2)通过小导管注浆实现加固处理，采用42 mm直径导管，壁厚4 mm，管长4 500 mm，提前准备好注浆所需材料，即按照1∶1的比例混合搅拌水泥和水。

(3)在二衬两侧拱脚处设置两排钢管桩，钢管直径108 mm，壁厚6 mm，整体长4 500 mm，纵向间隔距离为100 cm，之后采用注浆设备开始注浆，注浆的初始和终止压力分别按照1.0 MPa、2.0 MPa控制，连接好注浆设备和钢管，以持续不断的压力确保裂隙被泥浆完全充满，实现对拱脚处的有效加固。

(4)注浆结束后，通过监测确定是否达到稳定，确定达到稳定后拆除二衬开裂较为严重的部分，并对侵限处实施换拱，重新进行初支与二衬的施工。

针对局部轻微裂缝，若通过分析确定对结构承载力并不会造成太大影响后，应继续做好监测，在裂缝达到稳定后，通过灌浆有效处理。

3.2 对仰拱开裂进行的施工处理

针对该隧道工程产生的仰拱开裂，需要以裂缝所在位置与产生原因为依据，制定相应的处治方案。

(1)基底注浆加固

经调查可知，仰拱底部由于地下水丰富，导致承载力无法达到设计要求，产生了一定程度的沉降，致使仰拱产生若干裂缝。此外，经监测可知，由于受到外部荷载持续作用，沉降伴随时间不断推移而加重，使裂缝不断发育。对此，可采用基底注浆加固的方法处理。于仰拱基底插入若干钢花管，按照梅花形布置，钢管直径108 mm，壁厚6 mm，管长4 500 mm。在钢花管之间连接的部位通过焊接固定。浆液采用水和水泥按照1∶1的比例混合而成的浆液，注浆初始和终止压力法分别为1.0 MPa、2.0 MPa，结束注浆后，做好后续监测。

(2)拱脚注浆加固

经调查发现拱脚由于在水中长时间浸泡产生了大量虚渣，导致拱脚承载力无法达到要求，引起沉降，致使仰拱开裂。通过对拱脚开裂实施的检测，发现裂缝有明显的发展趋势。对此，可采用拱脚注浆的方法来处理。于隧道二衬拱脚处每侧分别布置钢花管，直径108 mm，壁厚6 mm，整长4 500 mm，纵向间距按照120 cm控制。经检查确认钢花管的布置达到牢固后，方可开始注浆，注浆所用材料和参数同上。另外，对于拱脚长时间被水浸泡的问题，应采取有效的防渗和降水措施。开挖拱脚周围含水率相对较高的土，然后用混凝土进行填充，这样除了能提高强度，还能起到防止渗水的作用。在今后的监测工作中，发现经过上述处理的拱脚没有发生沉降，仰拱处的开裂也得到了很好的解决。

(3)在仰拱的填充层处增设钢筋网

对于仰拱部分位置产生的轻微开裂，通过连续监测，发现这些裂缝并没有连续扩张的趋势，而且并不会对隧道整体结构的安全性和稳定性造成明显影响，针对这些裂缝，可以在填充层处增设钢筋网来处理。采用该方案进行施工处理的过程中，需高度重视的要点包括。

①在施工处理开始前应对开裂处进行全面清理，将裂缝中和两侧存在的松动碎石全部清理干净。

②以裂缝的尺寸大小为依据，确定适宜的钢筋网片。每个钢筋网片都是采用10 mm直径钢筋通过焊接形成的，其横、纵向的间隔距离均为20 cm。钢筋网片的主要设置位置为仰拱上填充层和找平层之间。

③将钢筋网片设置到指定位置并检查确认合格后，要对其进行固定，使其达到稳定和牢固，避免在混凝土浇筑过程中产生位移，影响加固后的效果。

④完成对钢筋网片的设置与加固处理后，将事先制备完成的泥浆均匀灌注至开裂处。待泥浆和钢筋之间的结合达到紧密后，检查抗拉力和强度是否达到要求，若抗拉力和强度都有良好的表现，则能从根本上提高仰拱整体稳定性。

3.3 施工注意事项

软弱围岩势必影响隧道施工质量和安全，若处理不到位，将严重威胁现场施工人员自身安全。在高隧道工程施工过程中，遇到很多软岩段，尽管在前期施工过程中采取了与欧晓措施进行支护，但地质条件十分复杂，尤其是在地下水丰富的部位，可能由于泡水等原因，使拱脚或基底产生沉降，导致仰拱及二衬裂缝。对此，施工人员应在查明其产生原因的基础上，制定科学合理的处治方案。在实际工作中，要把软岩变形监测视作一项常态化工作，并贯穿到整个开挖施工过程当中。确定最大变形速率，若实际监测结果超出这一最大值，应立即告警。此时现场人员应在第一时间对变形产生原因进行分析，然后采取有效加固措施。此外，在选择具体加固方式时，也要加强管理。只有选择合理的方法进行处理，才能有效降低软岩变形可能造成的负面影响，使隧道施工安全、快速且顺利完成。