山嶺高速公路隧道多處大變形處理施工技術

陳英俊

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510000）

1 工程概況

G7611都勻至香格里拉高速公路守望（滇黔界）～紅山（滇川界）段A2合同段，起訖里程K17+835～K33+300，長度15.47 km。沿線橋隧比達到46.7%，隧道4.34 km/5座，主線橋梁2.88 km/15座，主線路基8.25 km，互通立交2處，服務區1處。主線為雙向四車道建設標準，設計速度80 km/h，路基寬度25.5 m，分離式路基寬2×12.75 m。

2 山嶺高速公路隧道圍巖特點與大變形的成因分析

2.1 圍巖特點

勘察結果顯示，隧道區出露地層以侏羅系泥質粉砂巖、砂巖及殘破積黏性土為主，本段內無深大活動斷裂問題，有新構造活動現象但相對微弱，地質條件相對穩定，但存在剪切性節理和張性節理，以南北向的分布為主，數量方面普遍為2～6 條/m。尤為明顯的是斷裂帶的周邊，發育密度較大，導致巖體的完整性不足，被切割成若干個形狀各異的碎塊，加之開挖作業的擾動，隨之出現崩塌、滑坡等事故，不利于施工進程的正常推進，甚至誘發質量問題。鄰近隧道中部位置有北西向的斷裂，由于斷層的存在，該處的巖層呈破碎狀，也會對隧道整體結構的穩定性產生不良影響。

2.2 隧道圍巖大變形的成因

從隧道出口掌子面處開挖，待推進至某處時，發現左側的初支結構有較大幅度變形，影響噴射混凝土結構，使其形成環向裂縫，局部有較明顯的變形。隧道出口處的仰坡處也存在開裂、鼓包問題。經過施工隊伍測量后發現，測點的水平偏移量、累積下沉量均較大，分別達到18、30 cm。在該大變形的條件下，嚴重影響隧道的正常施工，導致隧道大變形的原因錯綜復雜，主要從客觀和主觀兩個角度考慮。

（1）客觀因素。

客觀條件缺乏可控性，隧道出口處的圍巖以砂質板巖居多，其經過風化、卸荷過程，圍巖等級為Ⅴ級，呈薄片形，缺乏足夠的自穩能力，此條件下易出現大變形問題。

（2）施工因素。

二次襯砌施工過程中，未合理協調好作業關系，進洞時間偏長；下臺階開挖過程中，初期支護的設置不合理，即并未有效封閉成環，難以切實發揮支護的作用，影響山嶺隧道的穩定性。

因此，在現場地質條件欠佳的條件下，加之施工層面的原因，誘發隧道大變形問題。

3 變形隧道施工對策設計法

3.1 變形隧道設計體系

變形隧道的對策一般難以根據地壓造成的變形現象與襯砌結構確切掌握變形原因、掌握地壓引起的變形原因對地壓的作用位置、方向、大小等進行精準推斷。設計變形對策，就是以過去類似的例子或借助專家的經驗進行技術分析及判斷，在此基礎上結合現場狀況，更利于合理設計，并制定出適應變形原因和狀態的標準設計。

（1）相同條件下的設計適用性。

通常情況下，在進行變形隧道對策設計時應在對類似事例設計施工條件進行調查的基礎上，評價其穩妥性，在確認穩妥性的情況下，結合現場實際進行對策設計。針對條件基本相當的隧道事例，此對策設計方案的返工量最少，該方法是最基本的設計方法。

（2）標準設計的適用性。

若變形程度、襯砌結構和發展性都欠佳，由于適用于標準設計，此時可抵消部分設計的個人差異與設計過剩問題。

（3）分析方法的適用性。

分析方法對以往隧道的變形對策較難適應，此次提出的方法，將可能是裂縫的模型作為骨架分析的方法，可簡便分析比較屈服強度評價和對策效果。

3.2 標準設計的適用

（1）摘要條件。

標準設計適用于因塑性壓、偏壓、圍巖的松弛造成的垂直壓力等變形原因的一般場合。此外，對于不滿足標準設計條件的場合，對有關適用類似設計和分析方法的斷面設定等也適用。

（2）標準設計順序。

在安裝標準設計流程施工時，即便滿足摘要條件，若遇到不能實時標準設計對象或必須實施大規模對策的場合，無法按照標準設計表劃分塑性壓變形場合的補強等級，應劃分為適合變形程度4個階段的補強等級。在此基礎上，應結合變形現象與結構條件對等級進行調整修正，再設定最新的補強等級。此外，針對變形較嚴重的補強等級Ⅳ，結合結構與現象，慎重進行對策的選擇設計。

（3）標準設計的補強形式。

襯背灌漿適用于所有的補強形式，通常情況下，有問題的隧道基本上都存在背面空洞問題，填充背面空洞是防止變形發展的最有效方式[1]。

①補強等級Ⅰ。

通常使用襯背灌漿，針對無法使用襯背灌漿的場合，可使用內側補強、內襯砌、巖石錨桿等進行取代。

②補強等級Ⅱ。

一般使用襯背灌漿和巖石錨桿補強，針對無法使用襯背灌漿的場合，可使用巖石錨桿補強+內襯砌或內側補強。另外，巖石錨桿補強+內襯砌或內側補強方法比較適用于無背面空洞場合，若某一場合不能適用上述組合，便不能適用標準設計。

③補強等級Ⅲ。

原則上組合三種工種，對于無背面空洞場合仍采用巖石錨桿補強+內襯砌方式，最好使用拱架或內側補強。

4 山嶺高速公路隧道大變形的處理施工技術

4.1 超前小導管施工工藝

山嶺高速公路隧道大變形處理工作中，針對圍巖部分采用超前小導管施工工藝，按照10°～15°的外插角控制標準將提前制作成形的鋼管穩定打設至圍巖內，鋼管環向距離按照35 cm控制，搭接長度達到1 m以上，以保證其具有足夠的穩定性。

人工手持風鉆將小導管打設至隧道地層內，在完成各管的安裝作業后，進入注漿施工環節，注入適量質量達標的混凝土，借助混凝土的凝結作用，有效填充裂縫，使其恢復完整。注漿采用自下而上的順序，但實際局部有地下水大范圍涌出的情況，經技術分析與論證后，決定采用雙液體注漿的方法。配制兩種漿液，將其分別置于特定的容器中，根據施工要求，按比例混合兩類漿液，利用雙液注漿泵注入縫隙內，由此發揮出兩類漿液的應用優勢，有效封閉裂縫，阻止地下水的滲入[2]。

4.2 超前錨桿施工工藝

針對山嶺高速公路隧道的大變形問題，在處理工作中采用超前錨桿施工工藝時，除了完成前述的注漿工作外，還需要準備長4.5 m的Ф22 mm無帶肋鋼筋，安裝到位并組織注漿作業，要求其布設間距為45 cm，各封閉環中的數量分別為31根，布設的具體位置需根據襯砌的作業情況而定，在設置時外插角統一控制在10°～15°。

按照“鉆孔→清孔→注漿→插入桿體”的順序依次施工。超前錨桿灌漿施工過程中，先向漿泵內注水和砂漿，此后插入灌漿管，要求管底距孔底5～10 cm，若無誤則再次配制砂漿，利用注漿泵組織注漿作業。注漿過程中，加強對注漿壓力的監測與控制，確保該值在0.4 MPa以內。

4.3 噴射混凝土施工工藝

（1）遵循分段噴射混凝土的基本原則，加強對各段施工質量的控制，按照先墻后拱、自下而上的順序施工。為保證施工質量，各小段的寬度以1.5～2.0 m較為合適，具體需根據實際施工條件進行靈活調整。

（2）大面積噴射混凝土時，應當重點處理圍巖表面出露的空洞，利用混凝土將該部分填補密實，施工順序為先上后下、先內后外。

（3）混凝土噴射施工中，精準控制噴射速度，相同性質施工段的噴射速度需具有一致性，以便后續可以進一步采取壓實措施，待風壓達到0.5 MPa后開始作業。

（4）嚴格控制各部分的噴射厚度，應在許可范圍內，過厚時，在混凝土自重的作用下，易出現下墜的情況，出現沉降問題；過薄則難以切實發揮出混凝土的性能優勢，例如難以穩定黏結，出現鼓包等問題[3]。

4.4 山嶺地區高速公路中、短隧道單向出洞施工工藝

超前小導管預注漿加固支護，再進入正式開挖環節，根據現場地質條件以及質量要求合理選擇施工方法，例如兩臺階預留核心土法或三臺階留核心土法，此后上臺階超前小導管打穿地面。通過此舉達到零開挖出洞的效果，于洞口處搭建2～3榀工字鋼，確保該結構具有穩定性后，初噴混凝土封閉，再組織（中）下臺階交錯開挖作業，隨開挖進程的持續推進，及時采取支護措施，以免在開挖的擾動性作用下而失穩。進入仰拱開挖環節，及時設置初期支護結構并盡可能較快地實現封閉成環，制備適量混凝土，用于仰拱澆筑。經前述施工后，加強對拱頂下沉、水平收斂的觀測，全面采集數據并記錄，待其趨于穩定后進行二襯施工。

5 結語

綜上所述，隨著社會經濟的發展，我國公路建設規模日益擴大，公路網絡延伸常遇到山區作業環境，此時隧道成為打破山體阻礙的關鍵形式。隧道的施工環境錯綜復雜，在地質條件和施工工藝等多重因素的共同作用下，易出現隧道大變形問題，輕則影響施工進度，重則影響施工質量，甚至誘發安全問題。在山嶺隧道施工中，需要根據實際情況采取合適的加固支護技術，有效阻止地表大變形，在安全的環境下高效施工，以保證公路隧道的施工質量。