鹽田隧道初期支護結(jié)構(gòu)侵限的處理

胡尚

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司，廣東 深圳 518029）

1 概況

深圳市機荷高速公路鹽田港支線鹽田隧道位于梧桐山北東側(cè)，鹽田坳西側(cè)。隧道按分離式雙洞即單洞三車道單向行駛斷面設(shè)計，屬特大斷面隧道。左洞出口端的地質(zhì)主要是以第四系殘坡積層砂質(zhì)亞粘土及全風化凝灰?guī)r為主。隧道按新奧法原理設(shè)計，采用復(fù)合式襯砌（初期支護和二次襯砌），該段襯砌厚度為50cm。左洞出口端ZK5+542~548段初期支護后，根據(jù)監(jiān)控量測資料，ZK5+545斷面的拱頂最大下沉量達31.2cm，比設(shè)計暫定的預(yù)留沉降量20cm多下沉了11.2cm。根據(jù)實際凈空斷面測量，ZK5+542~548段（每米一個斷面，共6個斷面）的初期支護已侵入二次襯砌，最大侵入量為19cm，主要集中在拱頂范圍。

2 產(chǎn)生侵限的原因

2.1 地質(zhì)原因

左洞出口段是淺埋段，埋深厚度約4~15m，左高右低，屬于偏壓較大的洞口，且圍巖情況較差，是以第四系殘坡積層砂質(zhì)亞粘土及全風化凝灰?guī)r為主，屬Ⅱ類圍巖，圍巖自穩(wěn)能力差。

2.2 水對圍巖強度的影響

因施工時值雨季，雨水多，至使洞內(nèi)水量比較大，而且因前期施工山頂出現(xiàn)的裂縫沒有及時封堵，泥砂巖遇水容易軟化膨脹，降低了圍巖強度，增大圍巖壓力。

2.3 施工方法的影響

由于施工方法不當，上、下導(dǎo)坑距離過長，仰拱施工比較慢，沒有及時封閉永久性仰拱，至使鋼拱架沒及時形成初支期護設(shè)計的環(huán)狀受力結(jié)構(gòu)。

2.4 預(yù)留沉降量不足

監(jiān)控量測是采用復(fù)合式襯砌隧道必須實施的項目。根據(jù)量測資料修正設(shè)計參數(shù)，指導(dǎo)施工。由于進洞方案是大管棚施工。而且大管棚數(shù)量和長度比設(shè)計增加了近一倍，原設(shè)計長度20m，數(shù)量33根，實際長度40m，數(shù)量57根。因此，沒有更多考慮增加預(yù)留沉降量，只按照設(shè)計及規(guī)范上暫定的Ⅱ類圍巖淺埋段的預(yù)留量20cm預(yù)留。至使預(yù)留沉降量不能滿足實際沉降要求。

由于上面的幾個原因，至使左線出口端K5+542~548段拱頂范圍的初期支護侵入二次襯砌。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTJ-98）的襯砌厚度檢驗項目要求“不能小于設(shè)計”。因此，此段的初期支護必須處理。

3 初期支護情況分析

3.1 在原施工時為增加該段的安全系數(shù)，將φ108大管棚由原設(shè)計的33根增加至57根（環(huán)向向兩側(cè)延伸到大跨以下），長度由原設(shè)計的20m增加至40m，I22b工字鋼鋼拱架間距由原設(shè)計的75cm變更為50cm。初期支護結(jié)構(gòu)在剛度、強度和穩(wěn)定性方面都得到增強。

3.2 隧道在深進尺后，非雨水季節(jié)，地下水位降低，圍巖失水干燥，圍巖自身承載力得到增強。

3.3 仰拱施工后，形成整體閉合受力結(jié)構(gòu)。

3.4 通過四個月的監(jiān)控量測和觀察，地表下沉和周邊收斂已穩(wěn)定，洞身變形已終止。

4 處理方案的比較

上述事實證明，此段隧道初期支護完全能承受山體壓力，二次襯砌作為隧道裝飾和應(yīng)力儲備。針對此情況，采取以下比選處理方案：

4.1 方案一：將拱架更換

該方案是將初期支護結(jié)構(gòu)拆除重做，由于該方案要對圍巖進行二次擾動，存在較大的安全隱患，施工時應(yīng)注意以下事項：

（1）將侵限范圍以外的前后斷面先襯砌起來，形成安全屏障；（2）鋼拱架必須逐榀更換；（3）更換拱架時，必須先將噴射混凝土鑿除，將連接鋼筋、錨桿燒斷，不能使用機械把拱架強行拉下來；（4）更換拱架對圍巖進行二次擾動，要在原設(shè)計支護參數(shù)的基礎(chǔ)上增加初期支護強度。

4.2 方案二：等強代換

（1）當襯砌厚度在40~50cm時，取a=40cm，砼標號提高到C35。

按等量代換，取L＝1.0延長米做如下分析：

設(shè)計厚度A＝50cm，實際厚度a=40cm，C25=25Mpa=250N/cm2，C35=35Mpa=350N/cm2，設(shè)計承受力 N0＝A×L×C25＝1250KN,實際承受力 N＝a×L×C35=1400KN。N＞N0，即當 a=40cm 時，僅將砼標號由原來的C25提高至C35即可達到設(shè)計承載力要求。

（2）同理，當襯砌厚度在30~50cm時，取a=30cm，此時 N=a×L×C35=1050KN，N＜N0，此時需增加結(jié)構(gòu)鋼筋補強。取Φ25螺紋鋼筋抗拉（壓）強度K=450MPa=4500N/cm2，則每延米需增加的鋼筋根數(shù) n=(N0-N)/KA=(1250-1050)×1000/(4500×1.252×π)＝9.05 根，取 n=10，此時加上原設(shè)計每延米4根鋼筋，鋼筋總數(shù)達到14根，鋼筋間距過密，不利于施工,需再增加砼強度，即將砼標號提高到C40。

此時，N＝a×L×C40=1200KN，N＜N0，仍需增加鋼筋補強，n=(N0-N)/KA=(1250-1200)×1000/(4500×1.252×π)＝2.26 根，為便于施工，取 n=4根，內(nèi)側(cè)和外側(cè)各增加2根。

結(jié)論：綜合（1）、（2），在不擾動現(xiàn)有的初期支護情況下，將砼標號由C25提高至C40，并在混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能（參量根據(jù)攪拌站經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定），同時增加Φ25鋼筋4根即可滿足設(shè)計承載力要求。

4.3 方案三：強度儲備

在ZK5+542~+548段增加中空注漿錨桿（間距100×100cm），提高圍巖的整體強度，并在二襯中斷面較小部分增加I18b鋼拱架，并在混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能（參量根據(jù)攪拌站經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定），根據(jù)實際情況，用Φ28鋼筋代替Φ25鋼筋。

5 侵限處理原則和處理方案的確定

5.1 侵限處理原則

根據(jù)初期支護已基本穩(wěn)定的情況，在處理侵限部分時盡量不對該段圍巖再次大的擾動，宜采用局部補強的方法，不宜采用挑頂替換的方法。因此，決定在初期支護和二次襯砌中同時進行補強。并為確保施工質(zhì)量和安全，在加固過程中及加固后對該段圍巖加強監(jiān)控觀測。

5.2 洞頂平衡壓力措施

因為洞口山體左高右低，為了平衡洞頂山體壓力，左側(cè)高處降低4~5m，減低左側(cè)山體的側(cè)壓力，右側(cè)低處填高4~5m，以平衡左右兩邊的壓力。保證洞頂山體壓力的均衡。

5.3 初期支護加強措施

為增強該段圍巖自承能力，減小圍巖對襯砌的壓力，決定在該侵限段采用φ50小導(dǎo)管注漿對圍巖進行加固。縱向和環(huán)向間距均為1.5m，按梅花狀布置。小導(dǎo)管長度：4m/根。

5.4 二次襯砌加強措施

5.4.1 提高二次襯砌混凝土強度，從原設(shè)計的C25提高到C40。

5.4.2 在二次混凝土中摻加杜拉纖維，提高砼的抗裂性能，摻量根據(jù)攪拌站經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定為0.7~0.9kg/m3。

5.4.3 二次襯砌1#和2#主筋從原設(shè)計每米4根加密到每米6根。

6 處理方案的評述

方案一處理侵限屬于返工范疇，適用于范圍比較廣，但返工難度大，耽誤工期，處理不當有可能造成安全事故；方案二屬于等強代換，處理起來比較方便，安全系數(shù)較高，當侵限不算嚴重（一般以襯砌厚度的50%為限），通過補強措施能達到要求時，采用方案二；方案三屬于增加強度儲備范疇，可根據(jù)實際情況采用。

本例通過洞頂平衡壓力、初期支護和二次襯砌加強等組合措施，在侵限段加固過程中、加固后以及二次襯砌后，一直都對該段圍巖進行監(jiān)控觀測，山體沒有出現(xiàn)新的裂縫。而且也沒有新的拱頂下沉增加。

7 結(jié)語

隧道洞口段的圍巖和施工條件一般都比較差，為了減少類似事件的發(fā)生概率，必須根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，在沒有確切的量測信息支持的情況下，宜根據(jù)經(jīng)驗采用較為保守的預(yù)留變形量，并且應(yīng)勤量測，及時反饋信息，及時調(diào)整預(yù)留參數(shù)，用以指導(dǎo)施工作業(yè)。當類似事件發(fā)生時，可參照本例，結(jié)合實際情況分析采用處理措施。

[1]黃成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.8.

[2]《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTJ071-98）隧道部分，人民交通出版社.