云霄庵隧道全風(fēng)化花崗巖隧道沉降控制技術(shù)

摘 要：在公路隧道建設(shè)過(guò)程中，常常會(huì)面臨著各種問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致公路施工風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)。云霄庵隧道穿越全風(fēng)化花崗巖地層，開(kāi)挖擾動(dòng)后呈砂狀，穩(wěn)定性差，遇水后軟化，承載力下降很大，圍巖呈現(xiàn)“似巖非巖，似土非土”的狀態(tài)。在隧道施工過(guò)程中需要提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，尋求科學(xué)合理的方法對(duì)全風(fēng)化花崗巖隧道施工進(jìn)行改善，從而降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。筆者在本文中著重分析了全風(fēng)化花崗巖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：公路；全風(fēng)化花崗巖；施工風(fēng)險(xiǎn)

一、工程地質(zhì)概況

益婁高速云霄庵隧道左洞長(zhǎng)375m，婁底端洞口邊坡地層第四系覆蓋層為砂質(zhì)粘性土，下伏基巖為花崗巖，全風(fēng)化層原巖組織結(jié)構(gòu)構(gòu)造全部破壞，巖體多呈砂狀、土狀。根據(jù)物探和鉆探成果，砂質(zhì)板巖與花崗巖呈侵入接觸關(guān)系，接觸面與線路大約相交于K49+140（ZK49+140）處。左洞婁底端洞口約70m長(zhǎng)需穿越全風(fēng)化花崗巖地層。

花崗巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，僅具原巖外觀，多呈砂礫狀，自穩(wěn)能力差，施工過(guò)程中無(wú)支護(hù)時(shí)拱部易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，側(cè)壁易失穩(wěn)。全風(fēng)化花崗巖推薦承載力基本容許值[fa0]=300kPa，摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik=80kPa；彈性縱波速度VP為500m/s～800m/s。

孔隙水主要賦存于第四系全風(fēng)化花崗巖中，全風(fēng)化花崗巖多呈砂狀、土狀，賦水條件一般。

二、全風(fēng)化花崗巖特點(diǎn)

全風(fēng)化花崗巖是經(jīng)物理、化學(xué)、風(fēng)化作用而殘留在原地的碎屑物。云母含量高，具有與其他殘積土不同的工程特性，其工程性質(zhì)與原巖也不盡相同，“似巖非巖，似土非土”。其地基承載力、強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)完全與巖體不同；未開(kāi)挖時(shí)，因其由原巖風(fēng)化而成，結(jié)構(gòu)致密，難以注漿；一旦開(kāi)挖，又表現(xiàn)為“松散的砂土”，類(lèi)似于第四紀(jì)沉積物，極易坍塌；其較粘土而言，又粘聚力不足。

三、工程存在的問(wèn)題及原因分析

施工上臺(tái)階時(shí)最大單日沉降達(dá)到2～3cm，并且每日基本保持1cm左右的沉降值，單日沉降值大于規(guī)范值，總沉降值大，但單日沉降值，即沉降速率基本穩(wěn)定。初支表面環(huán)向、縱向均無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，初步判斷為支護(hù)整體下沉。

全風(fēng)化花崗巖粘聚力小，而因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)致密，內(nèi)摩擦角較大，但開(kāi)挖后圍巖松動(dòng)，內(nèi)摩擦角銳減，塑性圈范圍很大，初支需承受較高荷載，并且開(kāi)挖中極易出現(xiàn)松動(dòng)失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。在仰拱封閉之前，荷載僅僅通過(guò)鋼拱架拱腳傳遞至圍巖，拱腳受力面積很小，需要較高的地基承載力才可避免沉降。按初支承受上方5m高度圍巖的荷載計(jì)算，由荷載/受力面積可知，需要的圍巖承載力達(dá)1000～2000kpa，而全風(fēng)化花崗巖地基承載力僅300kpa。

四、處理措施

根據(jù)沉降原因分析，控制沉降需從減小荷載，增大受力面積這兩方面著手制定對(duì)策。在開(kāi)挖各階段中，需采取合理的開(kāi)挖措施并及時(shí)支護(hù)，盡量減小圍巖松動(dòng)范圍，減小初支承受荷載；采用大拱腳，擴(kuò)大拱腳面積；采用鎖腳錨管，利用錨管壁與圍巖之間的摩擦力分擔(dān)部分拱腳荷載；早封閉成環(huán)，荷載通過(guò)仰拱整體傳遞；加強(qiáng)縱向鋼筋。

在本項(xiàng)目中，主要采取的措施為：（1）縮小鋼拱架間距，將原設(shè)計(jì)的鋼拱架間距由75cm調(diào)整至50cm。一方面加強(qiáng)初期支護(hù)剛度；另一方面因?yàn)槿L(fēng)化花崗巖縱向成拱效應(yīng)較差，縮小間距，及時(shí)支護(hù)防止拱頂坍塌。隨著埋深增加，圍巖密實(shí)度增大，穩(wěn)定性提高，可適當(dāng)增大鋼拱架間距至60cm。（2）逐榀進(jìn)尺：一方面減小一次土體暴露長(zhǎng)度，提高空間效應(yīng)；另一方面可減小一次開(kāi)挖量和出渣量，縮短開(kāi)挖與支護(hù)間的銜接時(shí)間，達(dá)到早閉合的目的。（3）三臺(tái)階各臺(tái)階長(zhǎng)度控制：臺(tái)階長(zhǎng)度受支護(hù)封閉距離和臺(tái)階穩(wěn)定兩方面因素控制。臺(tái)階長(zhǎng)度短，可以縮短支護(hù)封閉距離加快支護(hù)環(huán)的封閉。若臺(tái)階過(guò)短，核心土縱向破裂面超過(guò)工作面，易造成洞內(nèi)土體下滑，引起工作面不穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)基本按臺(tái)階高長(zhǎng)比1：1來(lái)控制，并及時(shí)封閉開(kāi)挖面。圍巖較差時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)臺(tái)階長(zhǎng)度。此外，上臺(tái)階高度需盡量低，約一人高滿足施工空間要求即可。（4）加強(qiáng)鎖腳錨桿，將原設(shè)計(jì)兩根Φ22錨桿調(diào)整為2根Φ50×4錨管，角度盡可能朝垂直下方，鎖腳錨桿需與鋼拱架有效焊接在一起，與拱架一同受力移動(dòng)。錨管壁與巖體的摩擦，錨管注漿體與巖體的摩擦及錨管注漿對(duì)圍巖的加固都可以有效減小拱腳向下沉降量。（5）加強(qiáng)縱向鋼筋，提高鋼架間的整體受力性能，還有助于控制鋼架縱向失穩(wěn)。拱腳受下層臺(tái)階開(kāi)挖的影響十分顯著，這是引發(fā)隧道拱部整體下沉的關(guān)鍵因素之一。通過(guò)縱向鋼筋的連接，加強(qiáng)縱向協(xié)同受力，在下臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)的空檔期，減小拱腳下沉，保證隧道穩(wěn)定。（6）大拱腳：增強(qiáng)拱腳的穩(wěn)定性；在拱腳下墊設(shè)槽鋼、木板或混凝土墊塊，增加初支拱墻腳受力面積，降低減小初期支護(hù)閉合前的整體下沉量。但因?yàn)樗淼酪话愦嬖谄露龋昂蠊凹芄澳_不在同一水平面上，墊設(shè)槽鋼后期去除困難，因此此方法較少采用。（7）仰拱封閉：及時(shí)封閉成環(huán)，受力合理；仰拱底部與圍巖接觸面大，點(diǎn)狀或條狀受力轉(zhuǎn)為面狀承載，接觸面大大加大，可有效減小沉降。（8）合理預(yù)留變形量：規(guī)范推薦的預(yù)留變形量為12cm，考慮全風(fēng)化花崗巖的特性，將預(yù)留變形量調(diào)整至20cm。合理的預(yù)留變形量可以防止初支侵限，避免換拱的情況；同時(shí)也有利于釋放巖體中的彈性變形能，既能有效防止大變形的產(chǎn)生，也能減輕二次襯砌壓力。（9）適時(shí)施作二次襯砌：仰拱及填充混凝土分段澆筑合計(jì)長(zhǎng)度能夠滿足施作一組二次襯砌長(zhǎng)度，且監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示圍巖已基本趨于穩(wěn)定時(shí)，立即將襯砌臺(tái)車(chē)就位，澆筑二襯混凝土。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)階長(zhǎng)度要求，防水板臺(tái)車(chē)施做空間等要求，一般要求控制在40m以內(nèi)。

五、監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

選取洞口Zk49+170斷面的周邊收斂及拱頂下沉數(shù)據(jù)，分析襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（一）周邊收斂：

（二）拱頂下沉：

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，襯砌結(jié)構(gòu)變化拱頂沉降和水平收斂都在規(guī)范限定值之內(nèi)，且變化幅度區(qū)域平穩(wěn)，證明此方法可行，變形得到了有效控制。

六、結(jié)論

花崗巖全風(fēng)化后，自身的強(qiáng)度下降很快，新奧法原理的發(fā)揮巖體自身承載力這一條無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在施工中，要充分考慮覆蓋層的自重對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載，同時(shí)在施工中重點(diǎn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況做出及時(shí)、正確的判斷，及時(shí)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和預(yù)留變形量，確保隧道施工安全。

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