隧道初支变形的成因分析及应对策略探讨

2021-04-03刘昌相

建筑与装饰 2021年6期

关键词：围岩注浆隧道

刘昌相

中铁三局集团广东建设工程有限公司广东广州 510080

1 隧道初支变形的成因分析

1.1 地质水文方面

（1）当待建隧道通过断层破碎带和压碎岩的应力集中区域时，在进行隧道开挖的过程中会导致应力释放而对初支造成影响，如若围岩应力超过初支阻力就会造成初支变形。

（2）地层堆积体因其质地疏松，当隧道洞口穿过时，开挖施工将会大概率导致结构主体发生松动移位，从而影响隧道初支的稳定性，严重的还会造成支护结构变形及拱顶下沉等。

（3）由于破碎带区域有较多的软硬夹层，所以经常会有泥质物填充，该地段在遇到地下水时，便会造成软硬夹层相交处硬度快速下降，导致节理面位移使得隧道初支发生变形。

（4）隧道开挖施工方向如遇地下水，则在开挖施工时极易出现涌水问题。且富水地质条件下，软岩软化概率大大增加，从而造成施工作业面出现整体失稳，影响隧道初支结构的稳定性。

（5）在软岩区域含有较多的地下水，该区域隧道初支结构的拱脚长期处于潮湿地段，使得拱脚支撑力大幅度减小，久而久之就会引发初支结构变形。

1.2 勘察设计方面

（1）施工前的地质勘查不到位、不严谨，就会造成后续的支护参数和措施的制定与真实变形围岩状态不相符，进而造成支护结构不牢固或产生较大变形。

（2）隧道开挖过程中的勘察缺失，而围岩应力一直处于变化阶段，且局部位置围岩应力还会出现大幅上升或下降的状态，以致原始初支参数不能满足应力变化的要求，尽管前期支护较为牢固但随着应力变化后期会慢慢失稳变形。

（3）开挖时爆破参数设计欠妥，以致开挖时出现欠挖或超挖，且因欠挖或超挖造成围岩应力集中而超出安全值，并于个别凹凸区域因应力集中而产生薄弱环节，从而引发隧道初支变形。

1.3 作业施工方面

（1）隧道开挖施工中，未全面考量炭质板岩和碎质岩等地质状态，以及断层破碎带对初支结构的影响，以致对风险预防不够，一旦出现围岩变形或失稳就会造成初支侵限而影响后续二衬作业。

（2）因隧道塌陷或超挖等原因致使需支撑的钢架大小与实际大小不匹配，钢架支撑无法与围岩紧密接触，不符合原支护方案要求，致使支护刚度不够。

（3）拱圈衬砌施工中，因对围岩变形的累积效应考虑不周，使得后续隧道施工变形超出预期，若变形速率太快而未在规定时间内完成衬砌，就会出现因衬砌不及时而造成的初支变形。

（4）施工中地下水处理不当，使得初支结构与掌子面渗漏水，影响拱脚的牢固度，减弱了地基承载性，引起结构变形。

2 隧道初支变形的应对策略

2.1 预防措施

①做好超前小导管注浆、径向锚杆支护以及锁脚锚杆支护等的质量控制，注浆期间严格按照规定操作，保证注浆充分密实，以充分发挥围岩稳定性及初支结构的支护作用。②对软岩及强风化围岩应提前做好支护处理，减少暴露时间，满足稳固性要求；另外，该地段开挖所用设备应尽量减少扰动，或选择人工开挖施工。③严格依照监控量测、超前地质预报等规范标准，开展相应的施工及管理。④做好实时监测，监测单元为2m一个断面，地表断面为5m一个断面。

2.2 技术措施

（1）对于地质条件较差的地段，可在初支过程中对围岩外围进行加固，并通过向内部注浆予以整体加固，使浆液充满破碎带形成统一整体，以降低围岩受压时的变形及外部水对衬砌结构的危害，增加岩体的整体性和强度，再配合喷锚支护使围岩地应力趋于稳定。

（2）参考相关规范标准，正常地质条件变形量预留为施工图预留变形量+5cm；围岩变形地段变形量预留，须将施工预留变形量作为依据，结合实际予以计算，并在预留变形量+5cm偏差的前提下再增加5㎝的留足系数。当在围岩变形区域施工滞后或者工序调整时，则须依照初始规范增加系数1.2～1.5预留，并结合实际做好动态监测与调整。

（3）在前期设计阶段，施工方须根据真实地质状态与设计方配合对初始设计系数做好调整；在施工阶段应完善各项预案，提早完成初支加固，例如在发现某区段地质比原来的勘查状态差时，可以降低拱架相互间的距离或对联结钢筋进行加密处理。

（4）当初支结构发生变形，可在进行紧急修复且使支护结构趋于稳定后，进行换拱来增加支护结构的稳固性。换拱须按照“少装药、弱爆破、逐榀更换、随换随测”的要求进行。为达到拆换钢架后初支牢固，可采取如下措施：一是通过机器与人力协作凿除初期支护，严禁选择爆破凿除；二是先立后拆，完成小导管施工后才能继续实施全环拆除换拱；三是若初支发生较大变形，超出允许的规定偏差，应在垂直方向自上到下进行拆换，严禁围岩长时间暴露，完成凿除后马上喷射砼，然后搭设钢拱架支护，挂网喷射砼，同时，槽壁也应喷射5～8cm厚度的砼，以有效防止因围岩暴露而造成滑塌情况。