隧道初支大變形風險分析與控制研究

韓光欽，馬懷鵬，李建東

（1.貴州省公路工程集團有限公司 貴陽市 55008；2.蘇交科集團股份有限公司 南京市 210017）

隧道初支大變形風險分析與控制研究

韓光欽1，馬懷鵬1，李建東2

（1.貴州省公路工程集團有限公司 貴陽市 55008；2.蘇交科集團股份有限公司 南京市 210017）

圍巖和初期支護的大變形問題是軟弱圍巖隧道中經常發生的問題。依托盤興高速公路城關隧道、德寨隧道、營盤隧道三條隧道處理大變形問題的不同措施，結合隧道監測數據，對不同技術措施的支護效果進行了比較和評價，提出了一種控制隧道初支大變形問題的有效方案。

軟弱圍巖；初期支護；變形控制

隧道軟弱圍巖施工中，經常發生圍巖和襯砌的大變形問題。圍巖初期支護變形迅速，變形速率大、持續時間長，隧道破壞嚴重，主要表現為拱頂下沉、邊墻內擠、噴混凝土剝落、鋼拱架扭曲、襯砌開裂等等，嚴重影響隧道安全和施工進度。因此這一問題是我國隧道工程施工中亟待解決的關鍵性問題［1］。

新建盤興高速公路盤鐵段隧道施工過程中，城關隧道、德寨隧道、營盤隧道三條隧道均發生了不同程度的初支大變形問題，在施工過程中針對這一問題各隧道分別采取了不同的應對措施。文章通過綜合評價不同的變形控制措施，提出了一種控制隧道初支大變形問題的有效方案。

1　研究區段概況

1.1城關隧道

城關隧道左線Z1K5+637～Z1K5+600為Ⅴ級圍巖段，圍巖主要為泥質粉砂巖、煤層。受區域構造影響較嚴重，巖層傾角較陡，層間結合差，巖體節理裂隙發育，巖體破碎，呈薄層狀結構。同時，隧道埋深較淺，受地表分化影響，地層透水性較好，利于地表水下滲；開挖后洞室中地下水主要以點滴狀滲水，圍巖穩定性差，拱部不及時支護易順層發生大坍塌，側壁小滑塌。

1.2德寨隧道

德寨隧道右線K21+505～K21+488為Ⅴ級圍巖段，圍巖為含碎石粉質粘土及灰巖，屬軟巖及較硬巖。受構造影響較嚴重，巖體節理裂隙較發育，巖體較破碎，呈碎石狀鑲嵌結構及散體結構。隧道埋深較淺，受地表分化影響，地層透水性較好，利于地表水下滲，且地表發生巖溶發育，開挖后洞室中地下水主要以點滴狀、淋雨狀滲水，圍巖穩定性差，拱部不及時支護易發生大滑塌，側壁小坍塌。

1.3營盤隧道

營盤隧道右線K28+342～K28+312為Ⅴ級圍巖段，圍巖為玄武巖，飽和抗壓強度較高，屬于較硬巖，受區域構造影響較嚴重，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖體完整性差。地下含玄武巖孔洞裂隙水，洞室開挖后，地下水一般呈滴水狀，局部線狀產出。圍巖穩定性差，圍巖無自穩能力，拱部無支護易產生大坍塌，側壁易發生小坍塌。

2　隧道初支大變形處理措施效果評價

2.1城關隧道左線

城關隧道左線Z1K5+630～Z1K5+600施工中發生較大沉降時，盤興高速隧道蘇交科集團股份有限公司監控量測在隧道發生初期支護急劇變形后，及時報告給相關單位后，甲方及時聯系各相關單位開會進行研討，經過各方研究討論，為有效控制初期支護變形發展，采用增加臨時副拱的方法。具體施工狀況如圖1。

根據城關隧道施工過程檢測數據，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖2、圖3所示。

從上述檢測數據中我們可以得出以下結論：

（1）Z1K5+630拱頂沉降、周邊收斂監測點在4月3日～4月4日急劇變形，4月5日～4月7變形較小，4月7日～4月8日急劇變形。施加臨時副拱后，4月9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形，5月20日～8月14日變形較小。

（2）Z1K5+629拱頂沉降、周邊收斂監測點在4月7日～4月8日急劇變形，施加臨時副拱后，4月9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形。

（3）Z1K5+628拱頂沉降、周邊收斂監測點在4月7日～4月8日急劇變形，施加臨時副拱后，4月 9日～5月16變形較小，5月16日～5月20日拱頂沉降急劇變形。

由以上數據可見，增加臨時副拱后，初期支護雖然在短期內變形較小，但是經過一段時間后變形再次發展，初期支護沒有達到有效控制。經過蘇交科集團股份有限公司監控量測單位進行斷面凈空檢測后，此時初期支護已侵入二次襯砌厚度。因初期支護侵入二次襯砌厚度，需要進行換拱。

2.2德寨隧道左線

德寨隧道右線進口段K21+505～K21+488發生較大沉降時，盤興高速隧道蘇交科集團股份有限公司監控量測在隧道發生初期支護急劇變形后，及時報告給相關單位后，甲方及時聯系各相關單位開會研討，經過各方研究討論決定，經過各方研究討論為有效控制初期支護變形情況，采用增加臨時仰拱及拱腳注漿錨桿的方案。具體施工狀況如圖4所示。

根據德寨隧道施工過程檢測數據，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖5、圖6所示。

從上述檢測數據中我們可以得出以下結論：

（1）K21+494拱頂沉降、周邊收斂監測點在5月28日～6月2日急劇變形。增加臨時仰拱及拱腳注漿錨桿后，變形明顯受到有效抑制，變形沒有大的發展。

（2）K21+485拱頂沉降、周邊收斂監測點在5月28日～6月2日急劇變形。增加臨時仰拱及拱腳注漿錨桿后，變形明顯受到有效抑制，變形沒有大的發展。

（3）K21+470拱頂沉降、周邊收斂監測點建立于6月21日，此后隧道初支變形已受到有效抑制，根據檢測數據，該測點變形沒有大的發展。

由以上數據可見，增加臨時仰拱及拱腳注漿錨桿后，初期支護的變形得到了有效控制，經過一段時間后變形也沒有再次發展，可見這種方法是非常有效的控制方法。

2.3營盤隧道右線

營盤隧道右線K28+342～K21+K28+312施工過程中發生較大沉降，隧道發生初期支護急劇變形后，甲方及時聯系各相關單位開會研討，經過各方研究討論，為有效控制初期支護變形情況，決定采用增加初期支護復拱的方案。

根據營盤隧道施工過程檢測數據，隧道拱頂下沉和水平收斂的變化情況如圖7、圖8所示。

從上述檢測數據中我們可以得出以下結論：

（1）K28+342拱頂沉降監測點在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（2）K28+332拱頂沉降、周邊收斂監測點在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（3）K28+322拱頂沉降監測點在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，1月30日～1月31日急劇變形。

（4）K28+312拱頂沉降監測點在1月15日～1月16日急劇變形，增加臨時仰拱后，1月17日～1月30日變形較小，但是1月30日～1月31日急劇變形。

由以上數據可見，增加臨時仰拱后，初期支護雖然在短期內變形較小，但是經過一段時間后變形再次發展，初期支護沒有達到有效控制。

3　結論

城關隧道、德寨隧道、營盤隧道施工中初期支護發生大變形后，分別采用不同的臨時支護措施：城關隧道臨時支護措施是增加間距較密的臨時副拱；營盤隧道所采用的增加臨時仰拱，但未對拱腳處進行錨桿注漿加固處理；德寨隧道所采用的在初期支護發生大變形后，增加臨時仰拱，并且拱腳打入錨桿注漿。監測數據表明，城關隧道、營盤隧道的初期支護變形并未得到有效控制，而德寨隧道初期支護大變形得到有效控制。

治理德寨隧道大變形的成功經驗表明，類似地質條件下采用“增加臨時仰拱，且拱腳打入錨桿注漿”措施對于隧道大變形的治理較為有效。

［1］ 趙勇.隧道軟弱圍巖變形機制與控制技術研究［D］.北京：北京交通大學，2012.

［2］ 江蘇省交通科學研究院股份有限公司.貴州省盤縣至興義高速公路隧道通用設計圖［R］.南京：2014.

Research on Risk Analysis and Control for Large Deformation of Preliminary Bracing of Tunnel

HAN Guang-qin1，MA Huai-peng1，LI Jian-dong2
（1.Guizhou Highway Engineering Group Co.，Ltd.，Guiyang 550000，China；2.JSTI GROUP，Nanjing 210017，China）

The issue of large deformation of surrounding rock and preliminary bracing is often happened in the weak surrounding rock tunnel.Basing on different measures for large deformation issue of three tunnels like Chengguan Tunnel，Dezhai Tunnel，Yingpan Tunnel of Panxing Expressway，and combining with tunnel monitoring data，the comparison and evaluation on supporting effects of different technological measures are made，and an effective scheme for controlling the largedeformation issue of preliminary bracing of tunnel is put forward.

Weak surrounding rock；Preliminary bracing；Deformation control

U445.7

B

1673-6052（2016）03-0123-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.036