富水特长隧道围岩大变形施工技术探讨

富水特长隧道围岩大变形施工技术探讨

王全俊,高越,陈永胜,万杰,李福胜

云南建投中航建设有限公司  云南 昆明 650000

摘要：鹤剑1号隧道剑川端隧道围岩构造复杂、破碎、富水、节理裂隙非常发育，隧道埋深大，掌子面涌水，隧道内有淋雨状。

关键词：高应力、围岩大变形、富水隧道

一、原设计概况

鹤剑1号隧道剑川端右幅K11+530～K11+500隧道围岩为灰岩、白云质灰岩及白云岩。节理裂隙发育。岩体破碎,多呈碎裂状、镶嵌碎裂结构。围岩为硬质岩类，埋深较大。岩体中等富水，开挖时可能存在小～中股状流水等现象。

二、隧道施工揭露情况

2.1、现场实际情况

鹤剑1号隧道剑川端右幅掘进至K11+530里程时，掌子面以中密～密实的碎石土为主的序粒结构，碎石为角砾岩、灰岩，整体分布不均匀；土成分以粉质粘土为主，掌子面超前探水孔涌水有水压，右侧拱脚处呈有股状出水，围岩自稳能力差。超前地质预报K11+535～K11+500推断该段围岩级别为V1级。

2.2、现场踏勘定方案

现场踏勘右幅K11+535～K11+515段由原设计SF4a支护参数，调整为SF5b支护参数：初支采用I22b钢拱架，间距0.6m/榀，φ76*6锁脚导管，长4.5m,共8根；φ42*4超前小导管注浆L=4.0m，间距100*60cm，C25喷射混凝土厚29cm，φ8钢筋网15*15cm，20cm预留变形量，C30防水钢筋混凝土厚60cm。

三、方案实施

3.1、监控量测

K11+530～K11+500右侧AB单元有明显纵向裂缝，个别断面自拱脚至拱顶出现半侧出现裂缝，裂缝未贯穿全环。初支侵入二衬界限向隧道中线倾斜。尤其以K11+535～K11+515范围变形最大。

K11+525～K11+510段侵限较为严重，右侧侵限13～50cm,左侧侵限3～10cm,其中右侧K11+525～K11+510段最为严重均在20cm左右，左侧K11+525～K11+510段最为严重均在10cm。此段变形处涌水量较大。

三、变形控制技术方案

3.1、临时支撑控制变形

K11+530～K11+500段加设临时仰拱,采用I18型钢，纵向采用I14a工字钢连接，两侧用直径22钢筋纵向连接。C35水下混凝土。

增设护拱，采用I18型钢，A单元以上采用∅42×4mm注浆小导管注双液浆，长度4.5m，1.2×0.6m梅花型布置，AB单元之间采用6m长∅89注浆导管注双液浆加固堵水。防止换拱过程变形过大导致塌方，在原钢架的位置架立临时支撑。

四、围岩变形段施工措施

4.1、围岩大变形段径向加固

首先该段初期支护打设L=4.5m、φ42x4注浆小导管，沿隧道拱墙周壁进行围岩径向注浆加固。注浆钢管间距为0.6m（环向）×0.8m（纵向）。注浆采用1:1水泥浆，注浆压力2～2.5MPa。待浆液凝固后，结合净空测量数据，变形稳定后方可进行换拱处理。

4.3、换拱措施

4.3.1、临时支撑拆除

在拆除临时护拱时，必须保证前一榀换拱拱架已封闭成环，临时护拱拆除顺序为先拱后墙确保结构稳定。拆除全过程中要加强监控量测，如果数据有突变，则立即停止换拱作业对临时护拱进行加固，监测数据稳定后方可进行换拱作业。

4.3.2、拆除边墙及初期支护混凝土

对换拱部位边墙混凝土进行拆除，边墙拆除每循环3m，先拆除变形较大一侧，然后拆除变形较小一侧，边墙拆除采取人工风镐配合机械破碎锤破除的施工方式。

对换拱范围内喷射砼位置，进行破碎锤破除配合人工风镐凿除，凿除循序为先拱后墙，拆除至钢筋网或连接筋混凝土面时，要优先切断钢筋网及连接筋，确保全部切断后方可对剩余混凝土进行凿除。确保不破坏既有拱架受力，拆除后进行扩挖至设计轮廓线，预留沉降量为15cm，扩挖后对岩面进行混凝土初喷。

4.3.3、换拱施作

K11+530～K11+500段架设I20a钢拱架，钢架间距为80cm，拱脚打设Φ42mm锁脚锚杆，两边拱腰、拱脚及墙角每节点各2根，每根长4.5m，与岩面成45°角打设，注水泥浆，设计注浆压力（终压值）为2.5MPa；安装Φ8钢筋网，网格尺寸15×15cm，钢拱架处外露20cm作为搭接预留筋，环向外露20cm作为搭接预留筋；纵向每2榀钢拱架采用Φ22mm钢筋纵向连接，环向间距100cm。C25喷射混凝土厚25cm。架立钢拱架按照先拱后墙的顺序进行，拱脚采用32a槽钢进行垫设，长度0.8m。

在安装钢筋网时预埋初支背后空洞注浆孔。孔径50mm，纵向每1.8m设一个，环向每3m设一个。同时，在边墙处出水位置预留泄水孔，排水减压。

4.3.4、下导施工

上中导换拱每推进3m，加快推进下导施工，下导每循环施作两榀，左右两侧错开3～5m。

4.3.5、仰拱施工

仰拱施工每循环3m，初期支护换拱6个循环进行一次仰拱施工，该段仰拱填充采用C35水下混凝土一次性浇筑。

4.4、换拱中塌腔处治

（1）对塌腔体造成的原有拱架变形进行拆除，把腔体内的渣土挖机清楚。

（2）对空腔处排险后，岩面进行初喷一层厚15cmC25喷射砼封闭围岩。

（3）待围岩稳定初喷混凝土形成后开始逐一立架。

（4）K11+518～K11+508段初支A单元增设2根φ89锁脚，长度6m。

（5）塌腔出水点预埋φ220钢花钢管外包裹土工布，将空腔水引排到边沟排出；初支φ110管泵送砼管（A单元2根，B单元2根），在B单元拱脚处埋置4根φ108钢管采用土工布包裹，每根长度根据现场情况来施作，按一字型布置，间距现场根据实际情况布置，钢花管采用φ16钢筋连接三道，然后铺设一层土工布，放置0.8～1米厚的碎石砂袋来减轻混凝土自重，把腔体内的水过滤出来。因为混凝土的流动性大会把钢花管固结导致后期水无法排出，导致初支再次变形。在拱腰处预埋四根φ125泵管，采用C15混凝土泵送至密实，在腔体位置中部和下部增设斜向支撑，斜向支撑采用I20a型钢与下导平面成45°角。

五、围岩变形处治控制要点

变形处治控制重点在衬砌、换拱、落底、封闭成环四个方面。

（1）在换拱之前，为确保施工安全，必须先施工临时支撑，确保结构安全。

（2）换拱必须在临时支撑全部架设完毕且注浆完成并达到设计效果后方可施工。

（3）换拱过程中加强监控量测，测量数据及时整理反馈，根据检测结果指导施工，避免施工过程中发生危险。

（4）施工中遵循“强支护、快封闭、早成环、勤量测、仰拱二衬紧跟”的原则进行变形侵限段施工。

（5）换拱每循环为一榀，逐榀进行拆换，严禁两榀换拱同时施作。

（6）侵限部位必须清除到位，杜绝二次侵限。

（7）对未衬砌地段布置监控量测点，建立测量台账，测点断面间距V级围岩保证每榀临时护拱上埋设点位，测量频次一天至少早、中、晚3次。

（8）画出隧道在测断面周边收敛—时间曲线图、拱顶下沉—时间曲线图。填写在测断面测量数据，包括隧道周边收敛测量值以及拱顶下沉值，并判定隧道稳定性。

六、围岩大变形经验总结

（1）尽量选择对围岩扰动较小的开挖方法，减小对围岩的扰动。

软弱岩隧道由于其围岩结构比较松散，极易发生衬砌开裂、塌方事故，施工过程中对围岩的扰动也是一个重要因素。

（2）施工过程中，加强超前地质预报，根据开挖情况分析围岩的稳定性，并及时调整支护措施。

（3）在围岩大变形的整治过程中，大多采取的方式都是采用一系列的组合措施，虽然围岩变形都得到了控制，但也造成了一定的资源浪费，动态调整支护措施，实现精细化的管理。

作者简介：王全俊（1984.8-），男，汉族，工程师，项目总工，昆明理工大学工程造价。

参考文献：

[1]程明前 大断面板岩隧道围岩大变形快速控制施工技术研究。

[2]王梦恕 中国隧道及地下工程修建技术。

[3]山区高速公路隧道施工关键技术。