隧道仰拱隆起處理方法

羅雪松

（福建路橋建設有限公司，福州 350000）

1 引言

隨著高速公路的發展以及施工技術水平的提高，長、大隧道越來越多地出現在高速公路施工中。于此同時，各種復雜地質情況下的隧道施工問題也困擾著參建各方，尤其在大變形隧道中，面臨著洞室初支變形、塌方、二襯開裂、仰拱隆起變形等諸多安全和質量問題，作為施工方，也面臨著更加嚴峻的施工地質環境和更高的施工管理要求。

2 工程概況

本項目為蘭州至海口國家高速公路（G75）渭源至武都建設項目，木寨嶺隧道穿越漳河與洮河分水嶺——木寨嶺，橫跨漳縣、岷縣兩縣。隧道采用分離式設計，左線里程ZK210+635～ZK225+856，全長15 231m；右線里程K210+635～K225+798，全長15 163m，洞身最大埋深590m。

木寨嶺隧道進口施工段，主線起訖樁號為K210+620～K216+380（雙洞），路線全長5.76km，位于甘肅省定西市漳縣大草灘鄉小林溝村境內。主要工作內容為木寨嶺特長隧道進口段5 745m，斜井1623m/1 座，隧道全部為V 級圍巖，主洞襯砌類型分為sVa（30m）、sVb（45m）、sVc（1467m）、sVd（304m）、sVe（475m）、sVf（2652m）、JGSV（100m）、TSVa（100m）、TSVc（280m）、交叉口277m、明洞15m 等11 種襯砌類型。木寨嶺隧道按高速公路標準建設，設計車速80km/h，為雙向四車道分離式隧道。

木寨嶺隧道進口于2016 年5 月4 日開工，截至2019 年10 月25 日，上導開挖施工到YK214+590 時，發現YK214+547～YK214+574 段仰拱填充隆起變形，填充表面縱向開裂，洞室初支拱架扭曲變形，嚴重影響了后序工序的施工，為確保后續施工安全及工程質量，需對YK214+547～YK214+574 段進行處理。

3 設計和施工情況

3.1 原設計情況

原設計情況具體為：

1）設計支護參數：木寨嶺隧道左洞ZK214+535.2～ZK214+615.2 段原設計為Ⅴ級圍巖，襯砌結構形式為TSVC（緊急停車帶），設計支護主要參數為：φ42mm 超前注漿小導管長450cm，環向間距40cm，外插角α為10°；φ25mm 自進式中空注漿錨桿長500cm，間距100cm×100cm（環向100cm，縱向100cm），φ42mm 徑向注漿小導管長400cm，間距100cm×100cm（環向100cm，縱向100cm）；HW200 型鋼鋼架，縱向間距50cm（含仰拱），噴射早強C25 混凝土厚30cm；二次襯砌C30 鋼筋混凝土厚65cm；預留變形量30cm。

2）地質情況：該段圍巖主要為中風化碳質板巖，灰黑色，薄層狀構造，受褶皺影響，節理裂隙發育，該段圍巖中存在高地應力，主應力方向為北北東向，與線路夾角小于26°，圍巖穩定性差，易產生大變形及大坍塌，地下水主要為基巖裂隙水；施工時可能出現點滴狀或淋雨狀出水。

3.2 現場施工情況

ZK214+535.2～ZK214+615.2 段為緊急停車帶，地表高程為3 055.97～3 075.28m；設計路面高程為2 582.68～2 581.17m；洞室埋深為473～493m，存在較大的應力。從施工過程揭示的圍巖情況看，該段以炭質板巖為主，部分圍巖呈千枚巖化，圍巖揉皺明顯，巖體破碎，層理間黏結力小，施工過程中極易出現掉塊和坍塌，且掌子面有滲水情況，進一步軟化了巖體，在高應力地質作用下導致變形不可避免。

該段于2019 年8 月20 日開始開挖施工，11 月13 日，開挖支護結束；ZK214+535.2～ZK214+574 段仰拱施工時間從2019 年9 月6 日開始施工，至2019 年10 月9 日結束。施工過程中嚴格按施工設計圖施工，從鉆芯取樣顯示，該段仰拱及填充厚度符合設計要求，拱架數量滿足設計要求。施工中采取的措施有：（1）加強隧道超前支護，每循環施作一次，具體參數：φ42mm 小導管，長4.5m，每循環35 根，間距40cm，1∶1 水泥漿進行注漿加固。（2）加強鎖腳的連接。鎖腳連接方式具體加強措施為：在拱架外側翼緣板處焊接U 型定位筋，先加工廠焊接好，運至現場后安裝拱架，再從U 型筋中間穿過鉆孔，安裝鎖腳小導管并與U 型筋焊接牢固，然后采用L 筋加強鎖腳與拱架的連接，這樣加強了在變形段鎖腳導管的作用。

4 仰拱裂縫及初支變形情況

4.1 初支變形情況

2019 年10 月25 日起開始初支收斂沉降觀測，截至2019年11 月12 日，最大收斂出現在ZK214+570 處，累計收斂值995mm（施工預留沉降量700mm），收斂平均速率21.17mm/d，最大沉降值467mm，沉降平均速率為9.94mm/d。經數理統計，該段最大侵限295mm，平均侵限136mm。在初支拱架變形后，對初支進行臨時加固，方式為：采用I18 工字鋼對初支進行環向支撐，間距1m。由于該段隧道沉降收斂變形較大，在安裝臨時護拱1 周后，臨時護拱也出現較大扭曲變形，初支部分開裂，裂縫寬度為3～15mm。

4.2 仰拱裂縫及隆起情況

自2019 年10 月25 日發現ZK214+547～ZK214+574 仰拱出現隆起和縱向裂縫后，對該段進行持續觀測，截至11 月13日，裂縫最寬為17mm，最小為3mm，仰拱隆起最大為95mm（發現開裂前已隆起40mm），最小為7mm。

2019 年10 月26 日，按5m 的間距在仰拱裂縫兩端布設觀測點，監控點間距50～70cm。從監測結果看，雖然變形速率有所下降，但仰拱隆起依然呈上升勢態，未完全穩定。

5 洞室變形及仰拱隆起開裂原因分析

5.1 地質原因

ZK214+535.2～ZK214+615.2 處于斷層影響帶，圍巖主要為中風化碳質板巖，薄層構造，碎裂狀松散結構，并且以炭質板巖為主，其間夾雜炭質千枚巖，少量滲水；圍巖破碎，褶皺發育，圍巖具有遇水軟化特點，層理間填充物為全風化石英巖，膠結能力差，易掉塊。圍巖軟散是導致洞室變形量大的主要原因之一，同時地應力大，拱墻壓力全部施加至仰拱上，導致拱腳處應力集中，仰拱受拉，致使仰拱出現縱向開裂。

5.2 施工過程中水的影響

由于炭質板巖夾炭質千枚巖等對巖層認識不到位，而且在施工時圍巖滲水點較多，導致巖體遇水軟化，基底承載力降低，進而出現長段落的仰拱及填充面隆起變形和開裂。

6 處理方案

6.1 初支拱腳處處理

為減小仰拱結構的繼續變形，并綜合考慮隧道整治時對后期二襯兩側邊墻的穩定，減少其橫向、豎向變形和位移，對ZK214+547～ZK214+597 段邊墻兩側及拱腰兩側各設置梁排φ89mm 鋼花管（壁厚6mm）鎖腳，縱向間距100cm，每根長4.5m，下排鋼花管斜插45°角斜向向下打入，上排鋼花管15°角斜向向下打入；鋼管內灌注細粒式混凝土，以增加鋼花管整體剛度。為減小洞室變形，在兩側拱腰處各設置1 排φ89mm 鋼花管，鋼花管與拱架采用鋼板連接并焊接牢固。

6.2 仰拱基底注漿加固

在施作φ89mm 鋼花管大鎖腳以及φ76mm 穩定桿對洞室進行加固后，根據洞室變形情況，若有必要，對仰拱隆起段進行基底加固，改善基底承載力和加固地基圍巖，具體為：采用φ42mm，長5.5m 的小導管注漿，對仰拱基底進行固結，小導管采用鋼花管，縱、環向間距1.5m，梅形布置，確保仰拱與巖體接觸的密實；漿液采用1∶1∶0.5 雙液水玻璃漿，注漿壓力為0.5～10MPa。

6.3 注漿加固注意事項

注漿加固注意事項包括：（1）注意注漿的速度與壓力，根據注漿速度及時調整配合比；（2）注漿時觀察是否有竄漿現象，如果竄漿，可降低注漿壓力、采用間歇注漿等措施保證注漿質量。

6.4 加強監控量測

對該地段仰拱及初支布設觀測點，每5m 布設一組斷面，2 次/d 進行監控量測并與措施前進行對比。