軟巖大變形隧道雙層初支的施工工藝

（云南省昭通市交通建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督局，云南 昭通 657000）

昭樂高速公路串絲至佛耳巖段黃連坪隧道位于云南省東北緣，金沙江南岸，處于“川滇向構造帶”與“四川盆地新華夏系沉降帶”的交接地帶，復雜特殊的地質(zhì)構造環(huán)境，地處深埋區(qū)段，最大埋深540.70m。隧道洞身跨徑10.25m，洞身高5.00m，起止樁號k9+274～k15+246隧道全長5972m。路面設計縱坡坡度-1.96%，隧道路面設計高程進洞處1063.48m，出口處946.58m。該隧道屬于特長隧道，設計行車速度80km/h，隧道總體走向305°。

黃連坪隧道出口掘進500m后，隧道埋深498m，掌子面圍巖以砂泥巖、泥巖為主，水平薄層狀呈現(xiàn)，圍巖強度5MPa～30MPa。自出口掘進1097m開始，掌子面、拱頂、拱腰出現(xiàn)多層煤矸石、煤線，進入煤系地層。開挖初支完成后3d～5d，出現(xiàn)拱頂下沉情況，沉降量6cm～11cm。初支逐步縱向延伸開裂，裂縫呈擴大趨勢，拱頂噴射混凝土剝落、掉塊，工字鋼變形嚴重，部分段落初支鋼架出現(xiàn)扭曲變形甚至斷裂情況。

一、方案研究

鑒于此，昭通市質(zhì)安局與工程指揮部、設計、監(jiān)理、施工五方現(xiàn)場察看，為防止工字鋼扭曲變形嚴重導致坍塌引起“關門”等事故發(fā)生，對初支工字鋼扭曲變形嚴重的區(qū)域增設工字鋼護拱，二次錨噴。護拱增設后，沉降有所減緩，但護拱工字鋼依然存在壓彎變形情況，沉降量2cm～3cm。二次噴射混凝土部分段落同樣出現(xiàn)開裂。為避免初支侵限，導致二襯厚度不足，澆筑二襯前護拱需逐榀拆除。綜上所述，工程存在一定隱患及問題。

因地應力引起初支拱架扭曲變形，拱架支撐力損失很大，后期應力繼續(xù)釋放，初支易侵入二襯限界，導致二襯厚度不足，同時，二襯澆筑后應力未釋放完畢，隨時間推移，可能引起二襯大段落開裂。

該段落為瓦斯工區(qū)，存在瓦斯溢出情況，瓦斯?jié)舛容^高（經(jīng)監(jiān)測瓦斯溢出點最高濃度為5.3%），加之圍巖裂隙較發(fā)育，存在瓦斯通過圍巖裂隙沿拱頂及仰拱開裂的裂縫流竄、外泄。為確保安全，增設護拱、二次錨噴、二襯施工前鑿除二次噴射混凝土及拆除護拱拱架，造成大量窩工、重復施作、交叉施工，嚴重影響施工進度，降效35%左右。

初支拱頂開裂掉塊，拱架扭曲變形可能引發(fā)坍塌、“關門”等事故，存在重大安全隱患。

在邀請多方專家現(xiàn)場指導的基礎上試驗總結(jié)，先后采用加強初支、增設護拱、換雙層拱架等技術措施。最后通過試驗，總結(jié)出地應力釋放后繼不足的特點，項目最終采用先柔后剛、梯隊三級支護（首級柔性初支可變可裂，不侵限；二級初支小變形，不開裂；三級剛性二襯不變形，結(jié)構堅）等方式，有效解決了黃連坪隧道遇到的深埋隧道高地應力引起的軟巖擠壓變形這一重大技術難題。

二、工法特點

雙層初支支護中第二層初期支護在第一層初期支護完成后施作，可以及時彌補軟巖大變形對第一層初期支護的剛度，另一方面也有利于改變軟巖持續(xù)變形問題。所謂二次襯砌是指完成第二層初期支護沉降收斂之后再施作，滿足了安全性的要求。

第二層初期支護與第一層支護可以形成復合加強支護，提高支護的整體強度，對軟巖大變形隧道難以穩(wěn)定的特點起到抑制作用，解決了軟巖大變形隧道的圍巖收斂和沉降問題。

三、工藝原理

雙層初支加單層加強襯砌結(jié)構不同于一般的單層初支的地方在于，在后者基礎上多加了一層初支，主要特點是分別利用到兩層初支的不同效能。部分隧道圍巖的應力及發(fā)生的形變由第一層初支承受部分，第二層起到補強的作用。這樣更利于隧道圍巖的平衡，還可以成功解決支護變形問題。該結(jié)構在承受圍巖變形、圍巖壓力等方面起到了重要的作用，而且支護體系具有較高的安全性。

雙層初支加單層加強襯砌結(jié)構的施工方法是以新奧法施工理論為基礎，應用巖體力學理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，是使圍巖體自身的承載能力得到最大限度的發(fā)揮。

四、工藝流程及具體操作

（一）工藝流程

測量放樣→超前支護→上部弧形導坑開挖，施作初期支護→斷面檢查（滿足要求則進入下個步驟，否則返回上一級施工）→左右錯開開挖中臺階，施作初支護→施作第二層初期支護→分段開挖隧底，施做仰拱支護→仰拱二襯及填充→拱墻二次襯砌。

（二）施工方法及操作要點

1.隧道開挖及第一層初支施工

采用兩臺階開挖法施工，軟弱圍巖施工中遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、弱爆破、快封閉、勤量測”的施工原則。

（1）依據(jù)初期支護鋼架之間的距離確定上臺階所需的開挖循環(huán)進尺，1m左右即可。開挖后需要注意的是，首先及時初噴混凝土（3cm～5cm），其次對于系統(tǒng)支護要迅速開展噴、錨、網(wǎng)3個方面的工作，再次是開展對鋼架與鎖腳小導管的工作，具體要求在前者拱腳30cm，鋼架側(cè)邊按下傾角30°處，安裝后者，焊接兩者；最后噴混凝土。

（2）針對左右側(cè)下臺階開挖工作，需要注意，高度保持在3m～3.5m，兩個臺間隔在2m～3m。

（3）針對仰拱的開挖要注意，循環(huán)開挖長度保持在2m～3m適宜，分段長度保持4m～6m。隨后及時完成初期支護，及時推進仰拱和回填工作。除此之外，采用棧橋過渡方案，以避免對車輛進出產(chǎn)生不利影響。

2.第二層初支施工

第一層、第二層初支采用先后梯隊形式施工，第一層初期支護施工完成后根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，第一層初支拱頂沉降10cm，（根據(jù)項目實際沉降情況，前后兩次初支間隔10m～20m）立即進行支護二層初支，鋼架要求采用I16型，一般間距保持1m，用C25混凝土噴拱墻至22cm；鎖腳小導管要求為φ45mm，每榀4處8根，長4.5m。采用20×20cm的連接墊板，高強螺栓要求m20×70。對于拱墻中所采用的鋼筋網(wǎng)片要求是單層，型號為φ8mm，要求的網(wǎng)格間距在25×25cm。利用螺紋鋼筋連接，方向為縱向，環(huán)向間距為1m，型號為φ22mm。

第二層初支拱架采用鋪掛防水臺架安裝，一般需要3榀～4榀，而且為有利于組織施工，第二層初支與掌子面第一層初支同時立架、噴護。

3.襯砌施工

按設計和規(guī)范要求，在量測變形穩(wěn)定的情況下方可施作二次襯砌，完成布點觀測后，會發(fā)現(xiàn)圍巖變形的速度慢慢減緩，在該速率穩(wěn)定時，可以施作二襯混凝土。

4.施工注意事項

超前、鎖腳小導管和徑向錨桿要嚴格按照規(guī)范施工；洞身開挖要嚴格按照要求進尺逐步開挖；施工時應采用人工配合機械的開挖方法，盡量減少對圍巖的擾動；現(xiàn)場開挖后要及時封閉成環(huán)，讓圍巖盡早恢復自穩(wěn)；初期支護上按照要求布設監(jiān)控量測點，每天量測不少于1次。