軟弱圍巖初期支護下沉處置與預防措施

韓 興 文

(山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041000)

1 工程背景

1.1 工程概況

長治市國道環線改擴建工程G207長治過境段比干嶺隧道位于潞城市境內微子鎮比干嶺村，左右分離式隧道，全長1 020 m。隧址區位于太行山脈南段的剝蝕堆積低山丘陵區，地形起伏較大，山脊被黃土覆蓋，以中緩坡為主，兩側為黃土沖溝，次級沖溝發育。

1.2 現場地質條件及初支下沉狀況

在2017年7月26日～7月27日，受連續降雨及地表不明陷穴影響，導致右洞K1162+172～K1162+193段洞頂出現裂縫，裂縫長3 m～6 m不等，洞內初期支護下沉、變形侵入二襯斷面范圍，出現嚴重安全隱患被迫停工。

2 初期支護下沉原因

比干嶺隧道右洞K1162+172～K1162+193段埋深較淺，開挖過程中揭露圍巖為土質，同時連日降雨造成洞頂濕陷，土質含水量大導致掌子面特別是拱腳位置圍巖軟弱不穩定。根據開裂段落開挖圍巖情況以及現場實際情況分析，該開裂下沉段初期支護設計類型已經屬于較強支護類型，支護強度不能抵抗拱頂土體壓力造成開裂下沉的可能性不大。對上臺階鋼拱架拱腳進行查看，發現拱腳支墊下沉，鎖腳錨桿無法觀察到變形情況。經專家會分析認為已施作的鎖腳錨桿為φ25中空注漿錨桿，因圍巖太軟弱，無法起到有效的支撐和鎖定作用；連日降雨導致裂隙水對該段圍巖體長時間浸泡造成該段圍巖自穩能力差，上臺階初期支護出現整體下沉，沉降不均勻導致初期支護開裂變形。

3 處置方案

3.1 臨時措施

在確定初期支護開裂下沉的原因后，首先在保證施工人員安全的前提下，立即用C25噴射混凝土封閉掌子面，停止掌子面施工，及時撤離作業人員和設備，并加強對開裂段初期支護的監控量測和臨時加固。同時在現有方木臨時支撐的兩側增設鋼木支撐，在現有未沉降段盡快施工二襯，在未變形段擴挖設管棚工作室；管棚工作室設在二次襯砌施工完成段落和方木臨時支撐之間的輕微變形段落。

3.2 處置原則

穩打穩扎，安全可靠；鑒于洞頂下沉段及前后段落上覆土較薄、穩定性差的特點，處置采取強有力的超前支護措施；嚴格按設計圖紙及相關施工規范進行操作，保證初期支護有足夠的剛度和強度，并及時封閉成環。

3.3 處置方法

1)在變形沉降段設φ108的管棚，有效長度45 m，灌注水泥砂漿，以增加管棚的剛度。管棚的傾角為1°～2°，施工過程中應考慮路線縱坡及施工時管棚因重力下垂的影響。

2)管棚施作薄弱處，需增設φ42超前小導管進行補強。

3)換拱采用Ⅰ20a工字鋼，縱向間距50 cm，鋼架連接處縱向設Ⅰ14型工字鋼以加強鋼架縱向連接，縱向連接筋采用φ25螺紋鋼。

4)在鋼拱架連接處設2根鎖腳錨桿，采用5 m長φ42小導管，灌注水泥砂漿。

5)在鋼架拱腳處設[27a型縱向槽鋼，以加強鋼架落腳穩定，并提高縱向受力的穩定性。

6)拱圈換拱完成后，盡快施作仰拱初期支護，以盡早封閉成環。

7)對換拱后的初支進行掃描，檢查拱架背后有無空洞，必要時采取泵送混凝土、注漿加固填充等處理措施。

8)處置施工時，應加強監測頻率，確保換拱施工安全。

9)施工時，要保證工字鋼拱架支撐與圍巖緊密相貼，讓工字鋼及時發揮抑制圍巖沉降及收斂變形的作用。

10)管棚工作室Ⅰ20a工字鋼臨時支撐落腳處施作混凝土或鋼的擴大基礎，保證臨時支撐穩定。

4 施工注意事項及相關安全技術措施

1)不得將支承立柱置于廢渣或活動的石頭上，軟弱圍巖地段的立柱應架設墊梁，并架木楔塞緊；臨時支撐采用木支承時選用松、柏、杉等堅硬且富有彈性的木材，其梢徑不得小于20 cm，跨度大于4 m時，其梢徑不得小于25 cm;木支承宜采用簡單、直立、易于拆、立的框架結構，并保證坑道運輸凈空。

2)鋼架支護安裝時要嚴格按設計施工，鋼支護構件要綁扎牢固，以防整體構件或鏈接構件滑落傷人，損傷機械；安裝時應采用縱向連接桿件將相鄰鋼支護連接牢，防止鋼支護傾覆、扭轉、變形等情況發生，鋼支護腳部應設鎖腳錨桿，防止鋼支護下沉及水平收斂，鋼支護安裝，宜選用小型機具進行吊裝，并嚴格遵守起重吊裝的有關規定。

3)噴錨支護時，危石應清除，腳手架應牢固可靠，噴射手應佩戴防護用品，機械各部位應完好正常；在處理管路堵塞時，噴頭應有專人看護，防止堵塞后，噴頭擺動傷人。注漿管噴嘴嚴禁對人放置。

4)應定期對錨桿抗拔力進行試驗，應防止錨桿滑落造成事故，當發現已噴錨區段的圍巖有較大變形或錨桿失效時，應立即在該區段增設加強錨桿，其長度不小于原錨桿長度的1.5倍，如錨噴后發現圍巖突變或圍巖變形量超過設計允許值時，宜用鋼架支護。

5)當發現量測數據有不正常變化或突變，洞內或地表位移大于允許位移值時，洞內或地面出現裂縫以及噴層出現異常裂縫時，均視為危險信號，人員必須立即撤離現場，將處理達到安全作業條件后方可繼續施工。

5 軟弱圍巖初期支護下沉預防措施

1)軟弱圍巖初期支護施工時，拱腳應采取措施對鋼拱架拱腳做出強力鎖定和支撐。對地表加強沉降觀測，發現地表下沉、開裂時應分析成因并制定相應的處治措施。一旦地表出現陷穴應立即停止施工，在探明原因并采取相應的加固措施后方可施工。

2)在軟弱圍巖拱架無法采取有效的支墊，常規的鎖腳錨桿不能穩固的鎖定的情況下，采用較長鎖腳錨桿并注漿能夠起到良好的鎖定和懸挑作用，并配合在拱架拱腳位置支墊擴大基礎，擴大受力面積可以給予上臺階拱架強力支撐。

3)施工中的超前地質預報和監控量測是施工安全的保障，隧道軟弱圍巖下沉處置地段將地質預報和監控量測作為工序引入作業循環，測量后及時反饋處理量測數據，并與掌子面開挖掘進情況相結合，及時作出評價，優化開挖段初期支護參數，實施動態管理。

4)施工中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，穩打穩扎，堅持“不坍塌就是進度和效益”的施工思想。

5)軟弱圍巖初期支護下沉在管棚超前支護完成后，才能開始換拱。換拱時，嚴格施設鎖腳錨桿，待錨桿錨固穩定后，再環向逐段縱向逐榀進行更換。

6)施工過程中要及時處治圍巖裂隙滲水，防止圍巖裂隙滲水對圍巖造成進一步軟化。

6 結語

長治市國道環線改擴建工程G207長治過境段比干嶺隧道右洞K1162+172～K1162+193段初期支護下沉段按照以上處置施工完成后，根據監控量測數據顯示處于穩定狀態，拱頂下沉、圍巖收斂等技術指標均在允許范圍內，治理效果良好，治理方案有效的保證了施工安全和施工質量。同時根據處置方案對軟弱圍巖地段采取預防措施，為同類軟弱圍巖初期支護下沉處治提供了直觀可靠的施工參考。