隧道初支侵限段換拱的施工技術(shù)探討

徐雪飛

摘要：在隧道施工的過程中，隧道的施工支護(hù)參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定，因隧道施工中往往存在諸多不確定因素，一旦初期支護(hù)變形過大，使初期支護(hù)承載力喪失時(shí)就需進(jìn)行換拱處理，不僅會(huì)對(duì)工期造成影響，還會(huì)導(dǎo)致施工難度增加，甚至?xí)斐砂踩鹿省Ｎ恼箩槍?duì)隧道初支侵限段換拱施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：隧道初支；侵限段換拱；施工技術(shù)；隧道施工；支護(hù)參數(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U451 文章編號(hào)：1009-2374（2016）16-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.056

1 工程概況

成都至香日德公路大武至久治段的久治3號(hào)隧道地處青藏高原東南部，海拔介于4036.78～4307.74m，高差270.96m，具有典型的高原大陸性氣候特征，屬中國(guó)公路自然區(qū)劃中的青藏高原亞寒帶-青東南區(qū)（HⅡA）。久治3號(hào)隧道是成香公路的重點(diǎn)控制性工程之一，隧道為分離式隧道，單線隧道全長(zhǎng)4715m，我項(xiàng)目部承擔(dān)久治3號(hào)隧道左線：2380m；右線：2390m的施工任務(wù)，其中隧道圍巖全部為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，其中Ⅴ級(jí)淺埋段550m、Ⅴ級(jí)深埋2290m和Ⅳ級(jí)1890m，分別占總開挖長(zhǎng)度的11.6%、48.4%、40%。

2 隧道建設(shè)條件

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

隧道所在地質(zhì)區(qū)域?qū)偬靥崴?喜馬拉雅構(gòu)造域，滇藏地槽褶皺區(qū)，松潘-甘孜褶皺系，巴顏喀拉褶皺帶的部分。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)發(fā)育不同方向、不同性質(zhì)、不同規(guī)模和不同時(shí)代的斷裂構(gòu)造，斷裂分布有序、方向性強(qiáng)、脈絡(luò)清楚，具多期活動(dòng)特征。地層中褶皺構(gòu)造極為發(fā)育，緊閉褶皺、倒轉(zhuǎn)褶皺、尖棱褶皺、等厚褶皺等褶皺類型，極其豐富。其中，F(xiàn)1-9果襄-門堂逆斷層；F1-10果勒克-薩隆正斷層；F1-11達(dá)休瑪-德溫格逆斷層這三個(gè)斷層對(duì)久治3號(hào)隧道影響較大。

2.2 地質(zhì)巖性

隧址區(qū)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)巴顏喀拉山群下亞群下巖組（T1bya）砂巖、鈣泥質(zhì)板巖及全新統(tǒng)坡洪積地層（Q4dl+pl），全新統(tǒng)的坡積物（Q4dl）。巖性主要為深灰色、青灰色砂巖及鈣泥質(zhì)板巖。隧道穿越地層為第四系碎石土層、全-強(qiáng)風(fēng)化鈣泥質(zhì)板巖和砂巖，地層間小斷裂很發(fā)育，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎，呈碎塊狀鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性極差。

2.3 水文地質(zhì)條件

隧道的水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，地表少有泉水出露，沖溝發(fā)育，水文地質(zhì)條件的復(fù)雜程度，主要與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、巖性以及裂隙的發(fā)育程度有密切關(guān)系。基巖裂隙水主要分布于三疊系巴顏喀拉山群下亞群下巖組（T1bya）砂巖含水巖組，地層區(qū)內(nèi)砂巖、板巖、碎屑巖以及巖漿巖，受多次地質(zhì)構(gòu)造影響，形成構(gòu)造裂隙發(fā)育，地下水賦存于裂隙中，形成含水層。由于裂隙發(fā)育，有利于地下水匯集，主要受降水補(bǔ)給，其次受冰雪融水補(bǔ)給，動(dòng)態(tài)隨季節(jié)變化明顯。

3 隧道施工的基本狀況

本隧道施工由大往小里程方向進(jìn)行施工，在施工中要注意隧道初期支護(hù)每日的變形量應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，而且經(jīng)全面的測(cè)量與調(diào)查分析表明，隧道初支已侵入二襯凈空時(shí)，地表部位出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，其中YK154+655～+605段初期支護(hù)侵限最嚴(yán)重，YK154+635的侵限情況見圖1所示，這種現(xiàn)象給正常施工造成了較大的影響。經(jīng)過變形測(cè)量所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，YK154+655～+605段初支侵入二襯凈空最大侵限值為68.7cm，最小值為18cm，尤其是隧道線右側(cè)部位侵限最為突出。

4 事故原因的全面剖析

4.1 地質(zhì)層面的相關(guān)影響因素

4.1.1 該初支變形段的巖層主要為鈣泥質(zhì)板巖，由于鈣泥質(zhì)板巖極易受到外界環(huán)境的侵蝕，在地下水的作用下，勢(shì)必會(huì)造成隧道不同程度坍塌等危險(xiǎn)現(xiàn)象。

4.1.2 侵限地段受外界環(huán)境的影響較為明顯，導(dǎo)致隧道中、下臺(tái)階在開挖中極容易出現(xiàn)滑坡、塌方等現(xiàn)象，造成拱架鎖腳導(dǎo)管的實(shí)際有效性大打折扣。

4.1.3 由于侵限地段位于地表淺埋部位，在每次開挖中都會(huì)或多或少對(duì)地表造成一定的影響，若開挖幅度較大則會(huì)使地表出現(xiàn)下滑等現(xiàn)象，造成拱架出現(xiàn)顯著的變形現(xiàn)象。

4.1.4 在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，隧道地表線右側(cè)的山勢(shì)高于地表線左側(cè)，這樣會(huì)增加地表的承載力，使拱架出現(xiàn)不同程度的變形。

4.2 施工層面的相關(guān)影響因素

4.2.1 由于初期的開挖和立架工作中，對(duì)后期工作需要的預(yù)留變形量估算存在誤差，沒有及時(shí)結(jié)合初支的變形情況重新估算預(yù)留變形量。

4.2.2 施工前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作做得不到位，造成各工序間的衘接存在漏洞，工作進(jìn)度緩慢，仰拱不能按預(yù)期的時(shí)間成環(huán)，從而導(dǎo)致初支變形累積侵限。

4.2.3 施工中對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)及周圍的地下水處理不當(dāng)，預(yù)防工作不完善，造成變形累積侵限的情況發(fā)生。

5 施工實(shí)施方案

按照施工實(shí)際所需，對(duì)已變形的初支鋼拱架支撐主要采用臨時(shí)支撐模式進(jìn)行，并對(duì)拱頂侵限部位的初期支護(hù)進(jìn)行處理以使其符合相關(guān)要求。施工具體方案列舉如下：（1）為了避免初支發(fā)生變形現(xiàn)象，可在上臺(tái)階拱腳部位設(shè)置臨時(shí)支護(hù)；（2）對(duì)于洞內(nèi)初期支護(hù)段可使用一定強(qiáng)度的Φ42mm無縫鋼管進(jìn)行加固處理；（3）由于施工地段地表出現(xiàn)不同程度的縫隙可設(shè)置大管棚進(jìn)行加固，同時(shí)注意控制好鋼管間距；（4）立即施作YK154+655～

+605段二襯，盡可能減少山體塌方等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

6 換拱的具體操作步驟

通過對(duì)前期初支侵限因素的深入分析，可得知隧道換拱工作要得以順利實(shí)施，應(yīng)從如下兩點(diǎn)加以強(qiáng)化：（1）通過錨網(wǎng)噴技術(shù)加固地表結(jié)構(gòu)，降低地表松動(dòng)等不良現(xiàn)象的發(fā)生；（2）在換拱前可采取注漿的方式進(jìn)行加固處理；（3）換拱開挖方式以沖擊錘敲擊為主，再加以人工輔助。

6.1 做好換拱前的加固處理工作

6.1.1 在換拱前應(yīng)對(duì)施工地表部位做好加固處理工作，加固方法是采取錨網(wǎng)噴加固方式進(jìn)行，其中選取型號(hào)為C20的混凝土進(jìn)行澆筑處理而且澆筑的厚度應(yīng)控制在可控范圍內(nèi)，使用Φ8mm鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，網(wǎng)格之間的距離為200×200mm。

6.1.2 對(duì)隧道部位進(jìn)行初支加固的目的在于一方面可確保換拱工作的順利實(shí)施；另一方面可避免巖體出現(xiàn)塌方等不良現(xiàn)象。對(duì)于侵限地段主要使用一定型號(hào)的導(dǎo)管進(jìn)行注漿處理并在拱架背面使用圍巖進(jìn)行加固，此外為了防止地下水對(duì)其的影響，在施工中可將鉆孔部位的地下水進(jìn)行徹底排出。注漿中主要使用的是水泥砂漿進(jìn)行澆筑處理，在注漿時(shí)應(yīng)從如下三點(diǎn)加以重視：（1）施工人員應(yīng)注意在注漿時(shí)應(yīng)密切關(guān)注拱架部位是否有異常情況發(fā)生，若存在異常應(yīng)即刻中止注漿，待進(jìn)行加固處理后方可進(jìn)行后續(xù)階段的施工；（2）要嚴(yán)格把控注漿的實(shí)際速率與壓力大小；（3）注漿中如若有突發(fā)狀況發(fā)生，則應(yīng)采取有效的措施進(jìn)行處理以確保注漿的高效性。

6.2 逐榀置換拱架

在隧道開挖過程中，開挖所采取的主要方式是以沖擊錘敲擊為主，再加之人工的輔助進(jìn)行實(shí)施。每次換拱的數(shù)量應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。為了最大限度地降低安全事故的發(fā)生，在換拱過程中應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，而且中、下臺(tái)階切記要及時(shí)跟進(jìn)，中間不能斷開。當(dāng)上臺(tái)階換拱距離掌子面在2m左右時(shí)可即時(shí)封閉掌子面，為及時(shí)施作仰拱以及二襯提供充足的時(shí)間與空間。換拱支護(hù)參數(shù)見表1：

7 施工中的注意要點(diǎn)

（1）施工過程中，應(yīng)密切注意圍巖開挖后初期支護(hù)變形情況，并分析整理出測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)匯報(bào)給上級(jí)施工指導(dǎo)人員，讓他們能隨時(shí)了解施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，以保證開挖及換拱工作順利進(jìn)行。施工過程中洞內(nèi)圍巖和地表位移變形情況必須由專業(yè)人員進(jìn)行觀察和測(cè)量，如果有異常情況發(fā)生，必須立即采取措施進(jìn)行處理；（2）拆除洞內(nèi)起臨時(shí)支撐作用的專用鋼管時(shí)，不能一次把所有鋼管全部拆掉，必須等到換拱工作進(jìn)行到支撐鋼管處時(shí)才能拆除鋼管；（3）在施工過程中如果有前期徑向小導(dǎo)管注漿效果不佳的情況發(fā)生，可以使用超前小導(dǎo)管的方法進(jìn)行補(bǔ)救處理；（4）施工一旦開始，就應(yīng)持續(xù)不斷地進(jìn)行，不能在拱架開始挖掘時(shí)停工。

8 結(jié)語

本工程在使用上述方法進(jìn)行換拱施工后，保證了隧道施工的順利開展。根據(jù)此次隧道初支侵限施工和換拱處理結(jié)果得出以下結(jié)論：（1）在進(jìn)行隧道偏壓施工時(shí)，要合理安排施工工序，各個(gè)施工階段的間隔距離不要過長(zhǎng)，并保持在3m以內(nèi)；（2）實(shí)際施工過程中，因?yàn)闊o法預(yù)測(cè)前方圍巖情況時(shí)，所以需要相關(guān)技術(shù)人員通過探測(cè)儀器進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)圍巖出露和實(shí)際情況不一致時(shí)要及時(shí)變更設(shè)計(jì)，并采用合理的加固措施；（3）隧道施工時(shí)，要在施工組織管理中納入超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和監(jiān)控測(cè)量工作。施工前要對(duì)實(shí)施細(xì)則、地質(zhì)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)方案等進(jìn)行編制，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，為支護(hù)參數(shù)、施工方案、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考依據(jù)；（4）在變形治理方面要重點(diǎn)做好預(yù)防工作，初期支護(hù)盡可能強(qiáng)，二次襯砌盡可能早。處理變形時(shí)，要堅(jiān)持“緊封閉、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、短進(jìn)尺、嚴(yán)注漿”的基本原則進(jìn)行施工，保證完成施工后不會(huì)遺留安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝江勝，仲維玲.高地應(yīng)力下軟弱圍巖隧道大變形控制技術(shù)研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，（S1）.

[2] 許再良，孫元春.雁門關(guān)鐵路隧道擠壓變形問題分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，（S2）.

[3] 唐春宇，田鵬.隧道洞頂?shù)乇砑俺踔ё冃伍_裂綜合處理措施[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009，（19）.