程合奎

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

隧道初期支护大变形处理技术探析

程合奎

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

随着科学技术的进步，隧道逐渐朝着长而大的方向前进，但长而大的隧道却会面临诸多不良的地质灾害，导致隧道出现初期支护变形。因此，在实际的隧道施工过程中，就需要认真分析隧道初期支护大变形出现的原因，才能够找出相应的处理技术措施，为今后的施工打下坚实基础。

隧道；初期支护；大变形；技术探析

0 前 言

隧道施工可能面对诸多复杂的地质条件和地形，很容易引发不良地质灾害。如果隧道初期支护出现了不同程度的大变形，就可能威胁到隧道本身的稳定性，影响到隧道后续的施工。

1 隧道初期支护出现大变形的原因

在进行隧道施工中，由于隧道的开挖活动，就需要调整隧道周边的应力，一旦围岩的压应力超出了隧道初期支护所能够承受的范围，就会出现变形。

1.1 地质原因

由于隧道施工区域的地质条件影响，可能会出现局部应力集中的情况。在隧道当中，围岩出现变形或者是塌方主要是因为岩体破碎松散，岩层与岩层之间无法紧密的结合起来，导致在重力作用下，洞室开挖之后就会出现塌方。如：断裂构造带内，一旦开挖就会出现岩体呈现碎块状的情况，并且还会伴随大量的渗水，如此，就很容易造成塌方。由于稳定性较差，也容易出现局部坍塌和掉块的情况。

另外，如果隧道区域内地下水相对丰富，而隧道所在的地段本身的页岩、泥岩遇水会出现崩解的情况，所以，在地下水的作用之下产生的崩解现象就可能破坏围岩的整体性。

1.2 设计原因

由于设计单位对于地质认识度不足，对于部分区域没有详细的地质资料，这样就很容易造成支护措施不当的情况出现，如：钢架的强度不足、钢架间距过大、预留变形量较小等情况。

1.3 施工原因

由于在施工环节，监测信息、收集到的信息以及反馈工作不够及时，这样也可能导致问题的出现。此外，对于喷锚支护、个别部位的注浆支护措施不当；在隧道开挖之后，无法及时地做好封闭成环的处理，由于隧道存在较大的涌水，就可能浸泡钢筋，最终出现底部悬空的情况[1]。个别部位在初期支护的时候，出现了围岩和钢架相互不够密贴的情况，使得应力出现了重新的分布。

1.4 其余原因

为了节约投资成本，也容易在设计中降低支护要求。

2 隧道施工工程实例分析

2.1 隧道工程概况

某隧道全长1 233 m，单洞双车对向交通，路线纵坡度为3%的单项坡，其最小埋深为4.80 m，最大埋深为332 m。本隧道施工地段处于断层挤压的地带，隧道本身的围岩为Ⅳ、V级别的围岩，围岩呈现出褶皱挤压状态，岩体本身有着较强的风化、破碎，结构面非常光滑。

隧道地质分布主要是受到区域断裂构造的控制，在区域内所出露的地层包含了奥陶系、三叠系、第三系、第四系并伴有加里东晚期闪长岩体的侵入。褶皱构造在该区较为发育，褶皱形态复杂。区内断裂构造发育，主要为区域性大断裂，走向基本为北西向，压性—压扭性，具有深切割、延伸长、规模大的特点，破碎带一般较宽，断带内物质主要为碎裂岩、断层角砾。

2.2 施工中采取的技术措施

考虑到隧道在初期支护大变形出现了相应的损失，为了确保隧道整体的施工安全，需要将掌子面的掘进停止，然后进行封闭，之后再配合加固技术和永久加固技术，确保整体的稳定性，使得隧道内部的应力能够重新达到相对平衡的状态，如此来确保其能够满足设计要求[2]。

在后续的相应施工中，将掌子面和二衬的距离加以调整，确保在短时间之内，隧道的内部能够形成封闭环，另外掌子面与二衬之间的距离应该控制在50～80 m。

2.2.1 临时加固措施

临时加固主要是对变形的初期支护变形断面进行强力的支撑，从而避免变形的断面出现继续变形的现象。在临时加固中，主要有3种措施：①钢护拱的架设，能够形成双层的拱架受力；②在钢护拱架设下，还可以增加门式拱架，这样也有利于初期支护受力的减轻；③增加临时的仰拱，则有利于及时封闭环受力的形成。

2.2.2 永久加固措施

在进行永久性加固时，应该考虑到支护参数的合理性和恰当性，能够选择合理的技术方案，进行洞室的永久性加固。

在具体的施工环节，通过监测发现初期支护当中拱顶出现了型钢扭曲变形，另外，左边墙出现了收敛，在对相应数据分析后可确定其主要的原因。再配合上分析隧道洞身具体的变形情况，在变形段落，进行护拱处理，并且架设门式拱架，这样可以暂时控制变形。

由于地质条件、地形条件的诸多限制，地层的应力相对复杂，所以对于围岩本身的实际应力无法准确掌握，为了重新找到平衡点，就需要反复比对、综合分析，才能够找出最恰当的措施。

1)钢花管加固洞室方案。通过钢花管大而长特点的利用，就可以深层次的加固隧道上台阶的拱顶、边墙和拱脚，将松动圈固结，对于自身稳定性较差的围岩进行加固与支撑处理，避免其出现松弛、坍塌和下沉等情况。另外，在应力相对集中或者是存在偏压的低端，可以通过注浆之后抗扭性能强、抗滑性能强的优势，将山体对隧道的压力减轻，这样也可以满足加固的目的；此外，还需要对于挖换拱提供相应的安全保障措施。

2)确定好钢花管的孔深、孔距以及注浆量。在开挖洞身之后，根据泰·沙基经验公式，其产生的松动圈为0.25～0.35(B+H)。在结合本隧道的实际情况，其松动圈为3.5～5 m，考虑到隧道已经出现了严重的变形，为了确保施工安全性，钢花管的长度设定为6 m。钢花管本身的孔距同注浆孔扩散半径之间有着密切的关系，而注浆的浓度、凝胶时间、注浆压力、岩层裂隙大小等情况又会影响到浆液的扩散半径，所以就需要根据实际的情况来加以判定。

2.2.3 局部扩挖换拱施工技术处理

根据隧道工程的实际特点以及断面的主要形式，为了确保挖换拱的质量不受影响，就应该采取以下的措施：

2.2.3.1 浅孔扩挖钻孔爆破

1)原则。考虑到围岩本身不具备较强的稳定性，而断面较大，所以在爆破时应该注意加密炮孔，尽量少装药的原则，将已经损坏的钢拱架进行爆破剥离，避免爆破过程中扰动注浆固结围岩。

2)孔位结构。在沿着隧道开挖的断面进行钻孔的时候，其深度应该超过初期支护喷层厚度的10～15 cm，这样才能够避免对工字钢的损坏，也可以达到最佳化效果；孔与孔之间的距离最好控制在30～40 cm，其具体的钻孔方向垂直爆破面(图1)。

3)控制药量。爆破药量需要控制在100～200 g。由于属于局部性的爆破，起爆可以采用微差段雷管起爆。

4)做好超欠挖的控制。在变形段的测量放样之后进行扩挖爆破，将开挖的轮廓线划出来，在画线时还应该考虑到可能出现的画线误差，做好围岩变形的预留处理，施工中存在的误差应该按照横向4cm进行控制。在爆破之后，对于侵界相对较小的区域，还可以利用风镐进行凿除处理。对于松散欠挖的部分，可以安排人工进行凿除。对于拱顶欠挖的部分，需要先进行注浆加固处理之后，再由人员进行凿除，但是凿除必须是在安全得以保障的前提下才可以进行，这样才能够确保最佳的设计标高[3]。

图1 孔位布置

2.2.3.2 拱架置换

1)对于侵界拱架需要加以置换。在爆破之后，对于侵界拱架、钢筋网和钢筋都需要进行割除处理，并且按照设计规范标准进行钢拱架的重新架设。

2)在立架完成之后，还需要立刻进行锁角锚杆的施工，其倾斜度向下45°。在钢拱架的底部一般都选择用钢板进行垫支处理，这样有利于受力面积的增大。如果系统锚杆已经被损坏，就需要进行拉直、修凿处理之后，将其同置换之后的钢拱架焊接一体，进行二次利用，并且同喷射硅和钢筋网形成整体的手里面，这样也可以提升支护能力。

3)做好仰拱的及时施工，跟进二次衬砌，确保隧道的受力较好的环形封闭能够尽快的形成。一般来说，扩挖换拱面与二次衬砌之间的距离应该保持在30 cm左右，可以利用跳跃式衬砌的方法，这样可以确保衬砌台车与开挖面之间保持较小距离，再返回衬砌跳空段时，对于换拱段的安全也有一定的保障。

3 隧道初期支护大变形监控量测

在处理作业面和周边区域进行量测断面的布置，同时还需要布设需要处理的段落山体顶部；做好量测监控的加强，缩小量测间隔时间，加大量测频率，特别是对于钢支撑内力、拱顶下沉等部位的量测；在开挖之后的24 h之内需要安设好量测元件，并且采集其初值数据，并且在下一次开挖之前必须完成；在进行监测时，如果出现较大的拱顶沉量，收敛速度无法稳定或者是净空位移较大，就需要做好补强处理；每一天测量到的数据都需要及时地反馈，这样才可以为下一步施工提供详细的、具体的数据，避免错误的出现。

4 隧道初期支护大变形施工注意事项

隧道初期支护大变形处理必须严格按照正确的施工顺序进行；在施工环节，切忌盲目施工，必须时刻保持高度的警惕；为了确保施工安全系数，还应该做好二次衬砌的及时跟进；做好监控量测工作的强化处理，尤其是拱顶沉降量、地表的沉陷值等等数据都需要及时反馈，才能够指导之后的施工[4]。

5 隧道初期支护大变形安全措施

在处理隧道初期支护大变形的时候，需要配合相应的技术人员和安全员，来全方位的监督施工作业；如果喷射混凝土未能达到设计强度标准或者是喷射之后其变形量还是远远超出了设计标准，就需要做好临时性的支护；对于置换台车，应该做好相应的加固处理，能够方便施工人员的操作。在最上面的操作平台上，还应该做好活动空间的设计，这样在落石的时候，人员有地方可躲；对于地表布置的的测点或者是拱顶需要做好定期的观测，如果发现其位移等于或者是超过了允许值，或者是洞内出现了裂缝，就应该及时撤离现场人员，等待数据重新观测稳定之后，方可继续施工；对于安全操作规程需要做好定人定岗的认真执行，坚持交接班检查制度，做好施工详细记录，避免施工安全问题出现。

6 结 语

虽然隧道修建技术在最近几年得到了飞速的提升，但由于地质超前预报技术以及隧道地质勘察技术或多或少还存在一定的局限性，在设计与施工上还存在较大的难度，会经常出现初期支护变形的情况。本文中对某隧道初期支护大变形处理技术的探析，对于施工安全的保证有着良好的效果，通过变形处理，也获取了更多的经验，有利于今后隧道施工变形问题的进一步处理。

[1]胡维维.隧道初期支护施工技术探讨[J].科技与企业，2012(05)：170.

[2]钱正荣.某隧道塌方原因分析与处理[J].科技风，2012(14)：175.

[3]王长江.隧道支护施工工艺探讨[J].黑龙江交通科技，2013(01)：159.

[4]汪冀忠.浅谈隧道初期支护的施工控制[J].交通部管理干部学院学报，2008，18(02)：44-48.

1007-7596(2014)12-0089-03

2014-06-17

程合奎(1982-)，男，河南信阳人，工程师。

U455.7

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