柿子園隧道進口初支侵限變形分析及控制措施

王運超 朱超楊 孟 全

(河南省建院勘測設計有限公司，河南 鄭州 450014)

1 工程概況

柿子園隧道D2K77+075～D2K77+170段，埋深60 m～70 m，掌子面揭示圍巖為三疊系上統須家河組(T3x)泥灰巖夾砂巖，以泥灰巖為主，結合力較差；該段均處于Ⅴ級圍巖段。該里程范圍采用三臺階法開挖，采用復合式襯砌。設計分別采用Ⅴ級復合絕緣一般錨段、Ⅴ級復合隔離開關、Ⅴ級復合絕緣下錨等三種襯砌結構。全環采用Ⅰ20b型鋼鋼架加強支護，間距0.8 m/榀；拱部采用φ42小導管超前支護，絕緣一般錨段每環38根，隔離開關、絕緣下錨段每環40根，縱向間距3.2 m，單根長度4.5 m。設計支護參數見表1。

表1 隧道變形段設計支護參數表

2 變形情況及原因

2.1 結構侵限變形情況

柿子園隧道進口D2K77+075～D2K77+170段初期支護出現變形侵限，個別鋼架發生扭曲、斷裂(見圖1a))，拱頂噴射混凝土開裂掉塊(見圖1b))。現場測量已施工仰拱填充段初期支護局部最大侵限9.8 cm，已施作初期支護段局部最大侵限34.0 cm，各里程段監測結果見表2。

2.2 侵限變形原因

該段初支發生變形侵限由下述多種因素造成：

1)高地應力：該段埋深約60 m，處于地表沖溝一側下方，地形條件不利于地應力集中，高地應力引起變形的可能性較小。2)順層偏壓：巖層產狀NE20°～45°，與隧道走向夾角10°～30°，傾向NW(掌子面左側)，傾角約30°～50°，產狀與隧道走向的不利組合形成洞內順層現象，加之層理發育，隧道開挖后在左側起拱線部位形成應力集中，造成巖體局部破壞，引起隧道左側屈服變形；右側在初期支護襯砌作用下，邊墻部位順層坍滑現象較少，引起變形量亦不大，但經左側屈服變形后，巖石松動圈增大，牽引右側變形。3)巖體裂隙、微裂隙發育：本段處于兩條斷層之間，靠近彭縣—灌縣活動斷裂，構造極發育，巖層壓扭、撓曲現象很多；單從掌子面的巖體情況看，巖體完整性一般，但從開挖的碴樣看，塊體很小，多呈角礫狀，說明巖體內部的微裂隙較為發育，這就為巖體的破壞創造了必要的邊界條件。4)地下水作用：地下水滲入巖體結構面，降低層間結合力，弱化巖體穩定性，加劇圍巖變形。

表2 柿子園隧道進口初支斷面監測結果匯總表

3 變形段處理措施

3.1 D2K77+075～D2K77+170段增設套拱

1)逐榀架設Ⅰ22b套拱，并盡量與原初期支護密貼，間距1.0 m/榀，各節鋼架以螺栓連接，連接板應密貼。每榀套拱每側各安設4根φ42鎖腳錨管將其鎖定，鎖腳錨管長度4.5 m，鋼架兩側增設φ22定位錨桿進行固定，錨桿長度1.5 m，環向間距1.2 m。根據加固后圍巖監控量測情況，選擇在套拱的拱腰位置增設一道Ⅰ22b型鋼橫撐，拱頂與仰拱填充(臨時仰拱)之間增設一道Ⅰ22b型鋼豎向支撐(見圖2)。

2)套拱鋼架縱向連接采用Φ22鋼筋，環向間距1 m，待套拱縱向施工段長度達到9 m時，在兩側拱腳及拱腰位置各設1道Ⅰ18型鋼加勁肋進行縱向連接加固。

3.2 D2K77+124～D2K77+170段施作臨時仰拱

架設底部Ⅰ22b型鋼臨時橫撐，縱向間距與初期支護鋼架保持一致，Ⅰ22b臨時橫撐連接處或與鋼架連接處均設置鋼墊板(260 mm×200 mm×16 mm)，相鄰臨時橫撐之間采用Ⅰ22型鋼“K”形連接，鋪設φ8鋼筋網，間距20 cm×20 cm，并噴C30混凝土(厚30 cm)封閉臨時仰拱(見圖3)。

3.3 徑向注漿加固圍巖

1)對D2K77+075～D2K77+170初期支護變形段拱墻采用φ42小導管徑向注漿，小導管長度5 m，縱、環向間距0.8 m×1.0 m，梅花形布設(見圖4)，注漿材料采用水泥漿，水泥漿水灰比取1∶(0.8～1)，具體配合比根據現場試驗情況進行確定。

2)小導管采用φ42無縫熱軋鋼管制成，在前部鉆孔注漿，孔徑6 mm～8 mm，孔間距10 cm～20 cm，呈梅花形布置(見圖5)，前端加工成錐形，尾部長度不小于30 cm，作為不鉆孔的止漿段。

3)小導管安裝采用鉆孔打入法，即先按設計要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3 mm～5 mm，然后將小導管用錘擊或鉆機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內的砂石吹出。注漿終壓一般為0.5 MPa～1 MPa。

3.4 D2K77+075～D2K77+121變形侵限地段換拱

在侵限換拱施工之前加工好侵限換拱臺架和制作換拱所需的鋼拱架。首榀鋼拱架加工完畢后，在水泥地上試拼，當各部尺寸均符合設計要求時，方可批量生產，周邊拼裝允許偏差為±3 cm，平面翹曲小于2 cm，拱架加工預留25 cm變形量。注漿完成后，從已施工二襯段向掌子面逐榀拆換，拆除采用人工手持風鎬進行，鋼架拆除后進行人工擴挖至預留變形量增大的斷面尺寸后，拆除順序一般采用從下向上、先墻后拱的順序進行拆換，拆除一個單元，支護一個單元。

3.5 加強監控量測工作

1)監控量測不僅對原初期支護鋼架變形進行觀測，對置換后的拱架同樣要加強觀測，量測人員應及時對測量結果進行分析。

2)開挖過程中注意觀察初期支護狀態包括噴混凝土層是否產生裂縫、剝離和剪切破壞、支撐是否壓屈變形進行觀察分析，對以上情況進行詳細描述、記錄，并予以評估，作為及時采取支護參數選擇的參考及量測等級選擇的依據。

4 結語

正確的支護設計方案能有效的控制結構變形侵限問題。對柿子園隧道進口D2K76+075～D2K76+175里程段采取增加臨時支護，注漿加固圍巖，加強監控量測等手段后，侵限變形趨于穩定，未發現繼續變形收斂的情況。