刘小硕

(中铁十八局隧道工程有限公司,重庆 400700)

在软弱围岩隧道施工中，会受到软弱围岩破碎程度的影响，因此在施工中既要严格按照施工规划和施工图纸对围岩进行处理，也要采用超前地质预报法来采集围岩的基本信息，全面掌握围岩的岩性，为后期施工提供数据支持和理论指导。但在初期支护中，拱顶下沉和周边收敛仍然在进行中，如果情况严重会发生变形开裂、塌方等安全事故，此时加固措施已经难以控制变形，需要等围岩稳定后，再凿除混凝土和部分围岩进行拆换拱处理。

一、工程概述

黄家沟隧道工程D1K472+002～D1K471+955段地层岩性为砂质页岩，青灰色，泥质结构，页理构造。受田家沟断层影响，岩体破碎，节理裂隙发育，岩质较软，矿物成分以黏土矿物、石英等为主，局部含炭质。

设计D1K472+002～D1K471+955段采用IVa2型复合式衬砌，采用I18工字钢进行支护，台阶法施工。后变更为：D1K472+002～D1K471+990变更为Vb型复合式衬砌，采用I20b工字钢进行支护；D1K471+990～950段更为Vc型复合式衬砌，采用I22型工字钢进行支护。

二、超前地质预报

在2018年9月4日，对黄家沟隧道横洞掌子面D1K471+998开展了TSP超前预报工作。前方100米围岩预报结论如下：

掌子面前方100m探测范围中，前40m围岩和掌子面围岩强度基本相同，主要为强风化页岩，节理裂隙较发育，存在裂隙水，自稳定性比较差，由此可判断围岩级别为Ⅴ级。后28m与掌子面围岩相比，围岩的强度和完整性大幅度降低，主要为强风化页岩，节理裂隙发育，自稳定性比较差，推断围岩级别为Ⅴ级。

三、软弱围岩变形情况和变形的原因

（一）软弱围岩变形情况

2018年11月13日，测量小组对黄家沟隧道横洞小里程监控量测点进行监测时，发现D1K471+965断面水平收敛4.3mm,速率8.6mm/d；D1K471+960断面水平收敛4.5mm,速率9mm/d，两个断面收敛数值超限，产生黄色报警。

11月15日，测量小组对黄家沟隧道横洞小里程监控量测点进行监测时，发现D1K471+965断面水平收敛4.1mm,速率8.2mm/d；D1K471+960断面水平收敛4.2mm,速率8.4mm/d，两个断面收敛数值超限，产生黄色报警。根据连续2天收敛变形速率超过限值，现场立即对掌子面进行喷锚封闭，对该变形段线路右侧初支采取增加锁脚锚管、径向注浆等措施进行加固处理，基本稳定后的断面图如图1所示：

图1 基本稳定后的断面图（cm)

（二）软弱围岩变形产生的原因

根据地质勘探报告和施工前的分析，发现导致本次变形发生的主要原因体现在以下几个方面：

第一，地质因素。黄家沟隧道的围岩为强风化页岩，节理裂隙较发育，存在裂隙水，自稳定性比较差，力学特性主要表现为可塑性、膨胀性、崩解性、易扰动性。当开挖支护完成，围岩自身缺乏稳定性，初期支护需要承受全面的应力。

第二，高偏差压力。黄家沟隧道穿管山边，开挖轮廓线左右两侧的高度差超过15m，形成的应力比较大，这点也是引发基岩变形的主要原因之一。

第三，人为因素。本工程施工工期比较短，各项工序紧凑，在安排施工工序时缺乏合理性，对浅埋偏压软弱地基围岩开挖认识度不足。在隧道开挖过程中，仰拱距离掌子面的距离超过40m，二次衬砌到掌子面的距离比较远，存在一定的不安全因素。

第四，设计因素。在浅埋偏压段隧道施工中，设计的超支护为超前注浆小导管，并没有采用更加先进合理的超前管棚，隧道拱架为I22工字钢，间距为60cm在，需要加大工字钢并缩短间距，才能提升初期支护的刚度。

四、隧道软弱围岩拆换拱的施工技术

（一）径向注浆

为稳固换拱段围岩，避免换拱时发生流塌，于拱部144°范围φ42小导管径向高压注浆，注浆导管每根长4.5m，纵、环间距1.5m×1.5m，梅花型布置；注水泥净浆，水灰比为1:0.8，注浆压力2.5MPa。提高隧道周边围岩的整体性、强度和稳定性，以控制松散薄层状砂质页岩下沉和收敛，避免再次出现初期支护发生变形、开裂和初支侵限，防止换拱时发生流塌安全事故。

（二）拆换拱施工顺序

第一步，D1K471+955～+962段上台阶拱架。先进行上台阶3节A单元开挖，开挖完成后支立I25a型钢钢架，间距控制在0.6m左右，按照40cm预留变形量控制，待上台阶推进3m后，逐榀开挖中台阶B单元，左右两侧错开进行中台阶落底。

第二步，D1K471+962～+967 段上、中台阶拱架。（1）逐榀开挖上台阶3节A单元，支立I22a型钢钢架，间距0.6m，按照40cm预留变形量控制，待上台阶推进3m后，逐榀开挖中台阶B单元，左右两侧错开进行中台阶落底。（2）待中台阶施工完后，交错施工左、右侧下台阶，支立I22a工字钢，同步跟进仰拱初支增设钢架封闭成环施工，初支封闭与下台阶不大于6m。

第三步，D1K471+967～D1K471+002段线路右侧中、下台阶拱架。待该段仰拱初衬砌砼施工完成后，对该段线路右侧上台阶右侧及B单元初支进行拆换，逐榀完成该段的拆换拱作业，施工过程中注意钢架连接的可靠性，必要时加设垫钢板进行密贴处理，钢架连接板处各增加2根φ42锁脚锚管进行加固。

（三）拆除初期支护混凝土

洞身依次由D1K471+962到掌子面进行换拱，从D1K471+962开始对洞身上台阶混凝土进行拆除，每循环0.6m，采取机械配合人工风镐的施工方式，深度为53cm，凿除顺序为先拱后墙，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。在拆除喷射砼过程中对既有的钢筋网及连接筋采用氧气乙炔进行切割处理，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35cm，扩挖后对岩面进行混凝土初喷，初喷封闭围岩后再进行初期支护施工，待拱部换拱工序结束之后方可进行边墙砼拆除及支护工程，原则为先拆除变形较大侧然后拆除变形较小侧。

（四）钢架安装及喷射砼

第一步，D1K471+962～+955初支侵限段落采用I25型钢，D1K472+962～D1K471+990线路右侧侵限段落采用I22a型钢，D1K472+002～D1K471+990线路右侧侵限段落采用I20b型钢，间距0.6m。

第二步，拱架连接处打设4根4.5m锁脚锚管，与岩面成35°～45°角打设，与钢拱架焊接牢固，并压注1:1水泥浆,锁脚锚管施做完成后及时复喷混凝土进行封闭；其余工序按照原设计施做。施工进尺为0.6m/循环。

第三步，架立钢架按照先拱后墙的顺序进行，拱脚采用工字钢进行支垫。重复上述步骤对D1K471+955～D1K472+002段进行换拱，然后进行既有拱架及喷射砼拆除，然后对其扩挖加固，安装换拱拱架，打设锁脚锚杆，喷射砼完成初期支护。

第四步，D1K472+002～D1K471+967线路右侧侵限段落待仰拱衬砌砼施作完成后进行换拱施工。

（五）侵限处置控制

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。施工中遵循“强支护、快封闭、早成环、勤量测”的原则进行变形侵限段施工。换拱每循环为一榀，逐榀进行拆换，严禁两榀同时施作，严禁两侧向中间或中间向两侧进行施作。侵限部位必须清除到位，杜绝二次侵限。锁脚锚管打设牢固，并注意设计所有系统锚杆对拱架的锁固作用。

（六）监控量测

监控量测采用全站仪观测，为保证全站仪观测的精度，在制作量测桩的时候，桩上安装反射片，同时在施工中注意做好桩点防护，特别是喷射混凝土时不能将桩点覆盖，埋设桩点在开挖时反光片不能被爆破抛掷物随时损坏。

1.测点布置

对周边位移、拱顶下沉的监控量测主要是根据围岩级别、隧道掌子面开挖方法等因素来确定布置测点的数量和测线的数量；拱顶下沉：每个断面布置1～3个测点，测点放在拱顶中心或其附近。

2.量测要求

各测点在避免开挖作业破坏测点的前提下，尽可能靠近工作面埋设，一般为0.5～2m，并在下一次开挖前获得初始读数。初始读数应在开挖后12h内读数，最迟不得超过24h，而且在下一次循环开挖前，必须完成初期变形值读数。

3.量测频率

拱顶下沉量测与净空水平收敛量测用相同的量测频率，从表中根据变形速度和离开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。监控项目量测方法及量测频率如表1所示。

表1 监控项目量测方法及量测频率表

为做好隧道施工监控量测，成立专门监控量测小组，并针对监控量测的内容，制定严密的监控量测计划，并将监测资料汇总、分析，并及时上报。

五、结束语

综上所述，本文结合工程实例，研究了隧道软弱围岩拆换拱的施工技术。研究结果表明，通过上述方法来处理软弱围岩变形事故，可有效减少变形收敛对拆换拱施工的影响，确保了施工的安全性，此外在后续施工中，也实现了对围岩的预判和加固，取得了良好的施工效果，为今后软弱围岩地质隧道施工变形控制积累了成功的经验，值得类似工程大力参考和借鉴。