隧道初期支护空洞造成的危害和隐患分析

2022-03-13傅飞越

黑龙江交通科技 2022年12期

关键词：拱架锚杆围岩

傅飞越

(江西众联建设工程咨询有限公司，江西上饶 334600)

0 引言

在隧道工程项目开展的过程中，隧道初期支护空洞问题存在不仅会影响到施工安全同时也会影响施工进度。结合相关施工资料分析可知，影响隧道初期支护空洞因素很多，故而在实践环节，需要加强技术措施研究，为隧道项目实施奠定基础。

1 隧道初期支护空洞造成原因

(1)有很多施工单位认为拱架脱空并不是严重的问题，而实际上这么小的问题却能导致严重的问题，造成巨大的安全事故，产生的危害是难以估量的。初期支护是隧道项目施工极为重要的工序，提高初期支护的施工质量水平，可以防止发生坍塌、人员伤亡的事故问题，但是如果操作不当或者规范性不足，或者没有执行施工工艺方案，造成严重的质量缺陷，危害性难以预估。隧道开挖环节选择的施工方法不同，应用初期支护的施工工艺可以保证隧道地质围岩等级较差的部分恢复性能，拱顶开挖结束后立即支护喷混，此时的拱架底部存在基础超挖或者清渣不足的情况，造成拱架在上部出现悬空或者处于废渣上，而每一榀拱架都是由拱顶、上导、下导、仰拱形成的闭环，在拱架分段施工的过程中，相关的锚杆系统固定方式主要以锁脚锚杆固定方式进行处理。混凝土喷射之后的锚杆承受力与抗把力在一定的程度上与区域的强度变化有一定的联系。那么在一旦发现锚杆受力不合格的现象，就很容易出现变形问题，竖直度不合格，造成安全事故的发生。

(2)在隧道项目开展阶段，倘若拱架未闭合形成整体的时候。那么各个掌子面爆破就会产生很大的冲击波与振动力，产生较大的破坏力，还就是在浅埋施工环节的爆破开挖影响或者降雨有雨水渗出等等，造成拱架结构发生下沉变化，围岩就会出现乳便或者是受到人为因素的影响，导致拱架底部以及超挖初期支护背后发生脱空的现象，就会引起初期支护下沉、开裂、坍塌等病害问题。在空架以及预留洞发生质量问题之后，就会影响到后续工程的开展，严重的还会出现各种安全施工质量问题。因为一榀工程在混凝土喷射工序完毕以后，仰拱的结构没有能够形成一个闭环问题，结构的自重也在不断的增加，以围岩为Vb的隧道工程开展分析，一榀工字钢拱架相关结构的体重均在1.5 t左右，这种重量不仅包含有锚杆系统、钢筋网系统同时还有初期支护喷射的混凝土重量，没有形成闭环前会将全部重量集中在一起，尤其是在施工中按照拱顶开挖、上导开挖、下导开挖的施工顺序，最后施工环节才是仰拱开挖，这种操作方式就会导致施工过程的开发量增加，并且在后期支付喷射混凝土的时候，所承受的爆震动以及气流的冲击影响比较大，这就引发出上岛以及下岛拱顶的施工系统受到影响。这个环节在处理的阶段中，没有能够做好全面性的检查，也会导致监测效果下降，继而引发开裂位于沉降等情况，同时在处理的阶段中没有对围岩的蠕变以及冲击进行全面分析，这种情况就会引起不利影响。虽然设计以及规范都要求各个断面观测，但是现场施工时很多单位都没有加强沉降方面的观测，或者没有及时的监测沉降量信息，加上施工现场的管理因素，沉降观测的效果并不能达到设计以及规范标准，现场施工不断深入之下，每一榀拱架锚杆数量都处于增多的趋势下，但是现场却因为人员不到位、工艺不合理等多方面因素造成拱架的竖直度难以满足要求，和设计方案的规定存在着较大的差异，包含了按照结构是否结实，是否建设在废渣位置，这种情况往往会造成影响。

(3)人工打锚杆的现场，角度因素的影响比较大，受到风枪自生重量的影响，且相关的锚杆孔洞的系数均为15°施工，而在1.2 m及以下才会选择平行或者稍微上抬15°的方式施工，这样就会导致锚杆现场施工时，只有少数的杆件受到抗剪力的影响，多数都是受到抗拔力的影响，这就导致初期支护下沉环节锚杆受力条件不当，导致在初期支护下沉的环节被拉出或者拔出，结构施工效果受到较大的影响，施工质量也难以满足要求。此外，由于拱架底部松散或是结构不稳定也是影响结构下沉等问题出现的原因。对于此类问题来说，一旦出现了下沉那么就会导致闭环结构的质量下降，整体的脱空面积会增加，危险系数在不断的提升。初期支护发生下沉的问题极易造成缩颈情况发生，其会产生侵限问题而引发厚度变薄，同时在受到初期支护下沉等问题的影响，一榀拱架闭环以后相关的二次衬砌没有能够形成一个完整的结构，加上外力的影响那么就会出现损坏引发安全问题。特别是在一些压力大的区域，很容易出现漏水、渗水、下沉、位移等情况，造成隧道坍塌。

(4)除开上述的原因以外，初期支护与二次衬砌寿命缩短也是主要的因素。按照我国的公路隧道设计规范的要求，规定隧道初期支护要结合项目特点展开分析，并采取合理有效的应对措施，其设计初期就要考虑到受力条件，并且在山体围岩受到扰动、蠕变后逐步稳定不影响二次衬砌可以正常施工，二次衬砌前期不参与到受力运行，如果二次衬砌混凝土没有达到标准强度而受到外部作用力影响，造成二次衬砌混凝土出现开裂、渗水、渗漏等情况，甚至发生坍塌事故。而在投入运营后，随着运营时间的延长，地质地壳发生变化，给二次衬砌造成较大作用力影响，此时的二次衬砌结构强度已经比较高，即使受到外部作用力依然可以保持整体性能，避免受到影响。但是就目前的实际情况分析，很多工程的质量存在问题，不能达到设计规范以及国家标准的要求，造成二次衬砌的前期就受到较大外部作用力的影响，使用年限大幅缩短，难以满足工程质量的标准，且随着时间的推移，结构损坏问题变得严重，也会爆发出更加安全的工程质量问题，事故危害性增加。

(5)由于初期支护存在平整度不足、下沉侵限以及二次衬砌厚度不达标等问题。随着时间的不断推移，二次衬砌结构逐步的稳定，这时是比较安全的，但是前提条件是并未受到过大的外部作用力影响而损坏，理论角度分析，只要结构稳定后就不会有问题。从外界破坏力分析，首先引起影响的因素在于支护下沉背后的孔洞得不到及时的填补，且在初期支护背后的孔洞会形成一个锐角，虽然在初掌子面爆破施做了控制，但是由于环境影响同样也存在扰动，加上时间的推移，在受到爆破振动的影响，很容易导致支护顶部的岩石脱落。而岩石脱落的两遍锐角的差距较大，在受到声波与振动影响之下侧压力也会不断增加。结美国相关教授分析可知，在地表水比较丰富的条件下，会导致水溶度较高的基岩慢慢地被侵蚀溶解而随着水流移动，久而久之就形成了更大的沉洞或导致隧道浅埋段和地质特别差的地段地表塌陷而引发更大的质量、安全事故和隐患，这种情况多发于我国多雨的南方。

(6)由于浅埋段与地表水之间关系密切，且相关的围岩等级比较差，车辆在通过的时候也会给混凝土结构造成振动波，同时因为车流速度过快而给隧道内形成声波传导或者气流会形成较大振动，按照我国的国家标准，在通行速度过快的情况下，车辆在通过的过程当中，就会在一定的程度上给隧道内形成一定的顺风以及逆风的风振，而这种情况它主要就像在发生血崩位置上出现爆破或者是大声呼喊而引起血崩的一种情况。而从某项研究中显示，与振源相关的因素主要是车辆的重量、通行速度、通过频率等，也就是说车辆自身比重比较大，行驶的速度比较快，在频率以及各种参数变化的情况下，那么就会给初期支护背后的空洞造成一定的振动。同时加上二次衬砌的厚度比较单薄，也会出现破坏力受到影响的情况。车辆在通行的过程当中振动的传递范围是如何变化的呢？就像我们在施工阶段针对桩机进行处理小应变检测一样。车辆在经过的时候就会给周围造成一定的波动影响，从而实现振动力的提升，此外还会受到横向波表面波各种参数的影响，导致振动传递速度下降。另外由于隧道属于一个封闭的状态，在地面振动的时候就会给钢筋混凝土整体结构造成传播振动力，振动力传输到初期支付系统之后，就会面临着一系列的病害问题。