五峰隧道軟巖大變形施工處治措施

楊曉丹，吳寶森

（1.云南交投公路建設第二工程有限公司，云南 昆明 650000；2.云南交投集團公路建設有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，使我國交通建筑行業發展進入到一個黃金時期，目前我國已經成為世界上隧道工程與地下建筑的發展速度最快的國家。在云南地區地勢多為丘陵地貌，地質巖層質量多種多樣，很大程度上加大了隧道施工的技術難度，對軟巖問題的處理更加棘手，使正常的施工手段難以運用，進而降低隧道施工的安全性以及隧道結構的穩定性。

1 工程概況

五峰隧道位于大理州鶴慶縣松桂鎮格局村北側、蝙蝠洞南側，起點K0+000 接上鶴高速止點K61+400，之后經金墩、鶴慶火車站、麗江機場、七河等地，路線止于麗江市古城區七河鎮關坡埡口北側，設置關坡立交連接華麗高速及七河至麗江一級公路，止點樁號為K42+400，路線全長42.4km。麗江段承建段落起止點為K24+500~K42+400，主線全長17.9km。涵洞（通道）主要工程數量：涵洞1918m/65 道；通道761m/20 道，涵臺身均為C20 混凝土。鶴慶至關坡高速公路的建設，對完善全省高速公路路網結構，提升國省干道公路運輸服務水平，緩解區域交通壓力，促進地區經濟協調發展具有重要意義。

隧道施工地區的巖石成分多數強度極差，如黏質黃土、軟巖、板巖、斷層壓碎巖等，多數巖層緊致度極差用手即可破壞，碳制泥巖遇水后極易軟化。因為施工隧道所處的地區屬于高地應力區，所以使隧道在修建施工過程和后期使用過程中十分容易發生變形問題。在加上巖石主體成分偏軟，使隧道圍巖的整體穩定性非常差，且易發生大面積變形[1]。

2 地質勘察

2.1 探測原理

地質雷達探測是基于電磁波遇到不同反射界面其反射振幅、頻率和相位不同來判斷前方傳播介質的性質和變化。介質介電常數的差異決定電磁波反射的強弱程度和其相位的正負。巖石巖性、斷裂構造破碎帶、風化程度及其含水量等的變化將影響其介電常數，電磁波反射的頻率、振幅、相位也將發生變化。因此，根據電磁波反射的特征推斷掌子面前方的地質情況。

2.2 探測方法

本次預報選用CrossOver730 型雷達，根據現場條件，布設兩條測線，采用單點測量方式探測，得到兩條雷達反射剖面。采集參數為：采集方式為單點測量，每10cm 采集一道。

2.3 探測結果及力學性質分析（隧道掌子面地質情況）

掌子面圍巖主要為黑色全～強風化炭質泥巖，巖體極破碎，呈散體狀結構，手可扒動，拱頂易掉塊，局部有灰巖孤石。掌子面區域位于風化界線附近，圍巖性質復雜多變，開挖范圍內總體圍巖堅硬程度差異較大。掌子面稍濕，局部有少量水滲出，該段圍巖遇水易軟化，導致圍巖整體穩定性降低，仰拱承載力低，開挖后支護不及時或支護不當易導致圍巖失穩、整體沉降、坍塌冒頂。

為獲取隧道區各巖土層的物理力學性質，對隧道內巖層進行取樣并在實驗室進行試驗，根據試驗數據進行整理做出巖層分析成果，統計如表1所示。

表1 巖層分析成果統計

3 施工階段

3.1 未施工階段預防措施

根據五峰當地的地理勘察可以得出，隧道出現軟巖大變形的主要原因是隧道內部有膨脹性礦物的存在，同時還存在大量的水分，在施工時會對山體產生震動導致水分與礦物相遇就會出現膨脹的現象。并且在圍巖擠壓褶皺的區域，地下水位很大，這如果有與水接觸就會變質的礦物，例如隧道中炭質板巖，在遇到水之后就會變成泥，進而使隧道的周邊地質產生大變形。針對膨脹導致的大變形現象，現階段常用的治理措施主要有一下幾種措施[2]。

3.1.1 施工處治加強措施

左洞ZK26+120~ZK26+080（施工處治結束樁號為暫定樁號，具體結束樁號以超前地質預報及結合實際掌子面情況確定）為跨越沖溝淺埋段，施工處治措施按以下形式支護：

（1）工字鋼加強為I22b，間距50cm/榀。

（2）超前小導管兩榀一循環，搭接長度為3.5m，每循環采用雙層小導管，第一層在工字鋼中心線位置以仰角為5°~15°打設，第二層在工字鋼外弧邊緣以仰角為30°~45°打設，兩層破空交叉施工，水泥漿液水灰比1:1（重量比）注漿壓力0.5~1.0MPa。

（3）每榀拱架增設4 根6m 長的φ89 鎖腳導管，φ89 鎖腳導管為花管，端頭2m 范圍內不需打孔。其布設方式為：A、B 單元接頭處左右側各設置1 根B、C 單元接頭處左右側各設置1 根，φ89鎖腳導管需緊貼工字鋼打設并且與工字鋼焊接牢固，水泥漿液水灰比1:1（重量比），注漿壓力0.5~1.0MPa（注漿前應進行現場注漿試驗，根據實際情況調整注漿參數）。

（4）工字鋼左右側A、B 單元接頭處及B、C 單元接頭處采用I16 工字鋼橫向連接，如圖1所示。

圖1 掌子面

3.1.2 注漿加固措施

將可以短時間固化的漿液通過打孔的方式注入墻體的裂隙或空隙中，能夠有效起到防滲和加固墻體的作用。在施工初期支護期間，一旦出現大變形的趨勢例如仰拱隆起、襯砌開裂、局部塌方等問題時，首先采取的方法應是進行注漿，使周圍的墻體巖石能夠固結，提升圍巖的整體穩定性，防止軟巖繼續發生變形。對于無水或用水困難的地方可以采取單液漿注漿方法，水源充足的地方采用雙液漿注漿。若是在施工期間能夠提前預留出足夠大小的變形縫，給膨脹巖石提供足夠的膨脹空間，進而降低巖石之間的相互擠壓，從而能夠有效防止因巖石向外鼓出而引起的大變形，變形如圖2所示。

圖2 墻體架構變形

3.2 軟巖大變形隧道的處理方案

隧道工程實際的地質條件、圍巖情況在施工中不斷顯現出來，隧道施工人員依據圍巖揭示現狀和超前的地質預報手段來對軟巖可能變形情況進行預判，進而預測軟巖變形級別，根據預測大變形的危害級別，采取不同的處理措施，調整加強工字鋼型號、間距以及網片之間距離等支護參數，與周圍巖層融合形成自穩能力，從而控制軟巖的大變形。具體施工時需要注意如下幾點問題。

①針對出現軟巖變形問題時，首先要暫停掌子面的施工，全員撤出形變區域待該區域洞內變形完全發生完畢后再進行挖掘工作，上臺階掌子面噴5cm 厚C25 混凝土封閉，并留足足夠的加固處理操作空間；②在形變發生過后立即在變形區域上臺階拱腰位置增設I18 及φ110 鋼管作為臨時橫撐，并且利用工字鋼做剪刀撐，加強牢固焊接作業，使臨時橫撐能夠形成支護整體，在上臺階架構底部同樣增設I18 及φ110 鋼管作為臨時橫撐并噴射混凝土。于初支內側設置拱墻0.9m/榀的I19 作為臨時型鋼套拱，臨時套拱設于既有鋼架中間。臨時橫撐及型鋼套拱施工作業完畢之后，在變形區域沿拱墻增設φ42 鋼花管，并徑裂縫中注漿以加固圍巖，鋼花管長度為4m，間距1.2m×1.2m（環×縱），梅花形布置，注漿壓力1~3MPa，壓注水泥漿[3]。

3.3 對檢測地段施工建議

對五峰隧道施工地區進行檢測的數據結果進行總結分析，并提出對地質環境極差的隧道施工具體建議，進而有效預防施工過程中出現塌方以及使用后出現大面積形變問題。①在開挖過程中應短進尺、弱爆破，遵循“少擾動、及時噴錨支護、超前加固、勤監測”等技術措施以避免發生塌方；②建議開挖后及時成環，及時進行仰拱填充，防止隧道塌方；③建議做好超前加固、防排水措施，防止圍巖含水量增大造成坍塌；若仰拱底端或中導出現積水現象，需及時排出積水，防止圍巖被水浸泡進一步降低整體圍巖承載力；④加強監控量測，密切關注掌子面附近圍巖含水情況及穩定性，確保施工安全；⑤該段埋深較淺，圍巖整體穩定性差，建議開挖后及時支護，防止隧道坍塌冒頂；⑥雨季來臨，地表水補給增多，建議提前做好防水措施，開挖時遇地下水需做好排水措施，防止地下水浸泡軟化圍巖，降低整體穩定性。

4 結論

在五峰隧道出現的施工問題，大多數都是由于軟巖變形而產生的問題，因此，能否夠控制軟巖變形的發展，是確保隧道施工過程和之后的使用過程中是否能夠維持穩定的重要因素。前文提到的幾種處理變形的措施，在五峰隧道中，可以解決一些現存的大變形問題，為之后的隧道修建可能遇到的巖層問題提供一定的參考經驗。