软弱、破碎围岩隧道初支沉降侵限处置措施

软弱、破碎围岩隧道初支沉降侵限处置措施

徐宇航 ,贺诗雄 ,宁强 ,梁林 ,梁云文

中建八局西南公司 成都610041

[摘要]我国基础设施建设正在蓬勃发展，隧道作为不可或缺的一部分，在施工过程中受地质影响巨大，隧道开挖至软弱破碎围岩段，不稳定的围岩受施工扰动发生应力突变，致使初期支护沉降侵限，沉降初步稳定后，形成新的“围岩-初支”平衡体系，但该体系本就处于软弱破碎围岩地带，且经历过大变形，平衡脆弱，对超限拱架进行处置时，必然会破坏该平衡，造成整体更大变形，故本文结合工程实例，针对软弱破碎围岩，从初支、围岩加固及拱架更换两大方面阐述沉降侵限处置措施及要点，可做其他隧道的他山之石以攻玉。

[关键词]沉降侵限  稳定围岩  侵限处置  拱架更换

0 引言

随着我国经济的发展，大量的基础设施工程开枝散叶般的延申向各个地区。隧道是基础设施中一项重要工程，在施工过程中，隧道初期支护受围岩地质影响，极易发生初支沉降变形，甚至超出预留的变形量，造成初支侵限，二衬厚度不足，为保证隧道支护的综合受力性能及安全性，需对侵限拱架进行更换。本文结合某隧道ZK51+318~ZK51+333里程段的实际情况，着重对隧道初支沉降侵限处置的安全、技术要点进行阐述。

1 工程概况

某隧道ZK51+318~ZK51+333里程段围岩等级为V级，衬砌类型为AW5b，采用I20b型工字钢（0.6m/榀），每榀拱架使用8根3m长A42注浆小导管作锁脚锚杆，超前支护采用A42注浆小导管，每环35根，纵向间距3m，拱部采用A25中空注浆锚杆，长3.5m，共19根。该段埋深32m，为偏压段，围岩为泥岩，中风化，岩体破碎,裂隙发育,岩块手掰即断，地下水呈点滴状。

2 初支侵限情况

该隧道开挖至ZK51+333时，ZK51+328初支拱腰附近出现多处环向裂缝，ZK51+290~
ZK51+340段地表（埋深27~33m）出现多处裂缝，裂缝长度2~4m，宽度2~3cm，裂缝延伸方向与岩层走向基本一致。掌子面掉块严重，围岩为中风化泥岩，裂隙发育，岩体破碎，岩块手掰即断。

当日监控量测数据显示，ZK51+328断面单日拱顶下沉90.7mm，周边收敛92.6mm，严重超过预警值。

沉降收敛稳定后，经断面检测：ZK51+318～ZK51+333段均存在局部侵限的情况。ZK51+318～ZK51+332原衬砌类型为AW5b，二衬厚度为50cm，下列图片中外圈线表示初支，数字表示其与内轮廓的距离，当其距离小于50cm，说明初期支护侵入二次衬砌的结构，其与50cm的差值表示侵限程度，该隧道最大侵限29.2cm，位置为ZK51+332。

该段围岩严重变形，须对该段侵限初支拱架进行更换，以保证隧道二次衬砌砼厚度及隧道净空。

3 沉降侵限处置及要点

沉降侵限处置，分为沉降收敛控制及超限拱架处置两大部分。沉降收敛控制措施目的是稳定初支、岩体，防止后续施工扰动时再次发生突变，超限拱架处置即为拆除超限拱架并更换。

3.1 稳定初支、围岩

为了控制沉降以及后续作业时初期支护的安全可靠性，对围岩进行径向注浆，固结周围岩体，加强围岩自稳性，并对初支增设A108钢管锁脚，强化初支受力性能。

（1）反压回填掌子面，反压完成待沉降趋于稳定后，在确保作业人员安全的前提下，ZK51+318~ZK51+333段上台阶初支钢架两侧各增加2排6m长中A108钢管作为锁脚锚杆，A108钢管灌注纯水泥浆，延米注浆，环向间距1.5m，施工顺序由洞口段向掌子面推进。

（2）ZK51+318~ZK51+333段上台阶进行径向注浆加固。注浆参数为：4.5m长A42小导管，纵环向间距1m，梅花形布置，注浆材料采用纯水泥浆，水泥浆w/c=1.0，注浆压力0.5~1.0MPa。

加强锁脚及径向注浆完成后，沉降收敛稳定，采用环向开挖预留核心土法恢复掘进，核心土长度3~5m，同时加快初支封闭成环，抓紧施做二衬，减小二衬距掌子面距离。

3.2 超限拱架处置

施做仰拱，在下台阶、仰拱预留更换的工字钢。

（1）下台阶、仰拱施做至ZK51+318~ZK51+333段时，严格按照不大于2榀钢架进行开挖。

（2）下台阶、仰拱在两榀既有初支钢架中间位置增加钢架，新增拱架采用I20b型钢架，预留变形量为20cm，

初支钢架在侵限一侧的B单元。在加工时对弧度进行适当调整，确保能够和上台阶钢架连接的同时水平施工缝以下的部分不会侵限。

（4）仰拱初支每施作6m应立即进行仰拱及仰拱填充施工。

待二衬施做至临近ZK51+318~ZK51+333段，且达到设计强度，二衬强化了临近段受力，提高了安全性，进行换拱施工。

（1）开挖前，预制好钢筋网片及I20b钢架并运至现场，调试好喷浆机等设备，换拱台车使用开挖台车，人工采用风镐在两榀既有初支钢架之间按AW5a型衬砌断面进行掏槽扩挖，凿除初支混凝土时如果遇到连接钢筋网，采用氧气乙炔将其隔断，避免拆除混凝土时牵扯相临初支工字钢，破坏相临工字钢稳定性，影响受力，发生事故，凿出混凝土后扩挖，迅速初喷C20砼，并及时架设钢架，衬砌类型为AW5a。每次开挖一榀，开挖时主要使用对围岩扰动较小的人工风镐。

（2）两榀新增相邻型钢按上述支护完成后，拆除其间已侵限初支钢架，设置钢架纵向连接钢筋，挂网复喷（φ42注浆加固小导管兼作系统锚杆，不再施作系统锚杆）。以此类推进行下一循环，直至对所有侵限段初支换拱完成。

（3）更换后的拱架预留变形量由设计的12㎝扩大到20㎝，以应对后续可能发生的沉降，避免二衬换拱。

（4）对已换拱段，通过监控量测数据判断沉降收敛稳定后，需及时浇筑二衬。

4 换拱安全保障措施

（1）换拱前，必须对换拱工作业班组进行安全培训及换拱技术交底，并组织施工人员进行安全规避的操作演练，让每个施工人员熟悉自己的撤离方向和路径，达到能够快速反应为止。

（2）换拱期间，变形监控量测频率翻倍，以量测数据指导换拱施工，保证作业时围岩处于稳定安全的状态。施工中，专职安全员全程对洞内围岩及各部位初支情况进行观查，并每天观察地表情况，如出现拱顶下沉、初支裂缝扩大、新增裂缝，裂隙水增大、地表开裂等异常情况，应立即组织人员撤离，并根据后续观察、监控量测情况决定后续施工。

（3）换拱施工期间，隧道范围内严禁爆破作业，换拱段至掌子面人员全部撤离。

（4）在换拱台车的前后堆放一定高度的沙袋，当发生极度危急的情况，作业人员可以跳到沙堆上作为缓冲，迅速撤离。

（5）操作空间不得放置杂物，保证发生拱顶掉块、突然下沉等突发意外情况时，施工人员能够无障碍迅速撤离现场。

5 结语

该隧道换拱前，先加固围岩、初支，控制住了沉降，跟进仰拱二衬进一步保证安全，换拱过程中做到“弱凿除、快支护、勤量测、先支后拆、单榀拆除、先拱后墙、逐榀拆换”。以安全作业为前提，做到了无安全事故发生，强化换拱质量管理，未发生二次侵限，整个沉降侵限处置过程圆满成功。

参考文献

[1]《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）

[2]蒋登辉. 新奥法在隧道工程施工中的应用[J]. 黑龙江交通科技, 2019 (3): 149-150.

[3]颜家成. 道路桥梁隧道工程施工中的难点及技术策略[J]. 工程技术研究, 2018 (6): 47-48.

邮寄地址：唐海东  18780950244   四川省凉山州会理市老街乡水街兰厂村活动中心对面