軟弱圍巖隧道初支變形成因及處置防治措施

軟弱圍巖隧道初支變形成因及處置防治措丁維良（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽111000）1工程概況某隧道進(jìn)洞明暗交界里程為ZK81+083。ZK81+083—ZK81+137段原設(shè)計(jì)為IV級圍巖，圍巖為中風(fēng)化砂巖，薄至中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，屬于較軟巖，其中ZK81+083—ZK81+103段襯砌類型為S-IVa,ZK81+103—ZK81+137段襯砌類型為S-IVb；ZK81+137—ZK81+165段原設(shè)計(jì)為IV級圍巖，圍巖為中風(fēng)化砂巖，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，屬于較軟巖，地下水發(fā)育，襯砌類型為S-IVc。實(shí)際施工時(shí)，進(jìn)洞開挖施工，掌子面揭示圍巖為強(qiáng)一中風(fēng)化薄層狀泥巖，屬軟質(zhì)巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，強(qiáng)度較低，遇水易軟化，含水量大，呈連續(xù)點(diǎn)滴狀或股狀水，圍巖穩(wěn)定性差。經(jīng)設(shè)計(jì)變更將ZK81+103—ZK81+165段襯砌類型變更為S-IVa,并將S-IVa襯砌類型中的超前錨桿變更為超前小導(dǎo)管。某日，現(xiàn)場管理人員發(fā)現(xiàn)了多處有沿初支混凝土面寬度不等的環(huán)向裂縫，并在某處出現(xiàn)了初支拱架嚴(yán)重變形，并且拱頂在18?19d突發(fā)沉降約26cm,累計(jì)沉降約28cm。項(xiàng)目部隨即啟動(dòng)應(yīng)急措施。2變形原因分析1不良地質(zhì)泥巖具有膨脹性、遇水易軟化及強(qiáng)度低等特點(diǎn)。該隧道進(jìn)洞段圍巖為泥巖且含水量大，掌子面開挖后多呈現(xiàn)線狀滲水，洞壁極潮濕，滲水較嚴(yán)重，進(jìn)洞段處于洞身淺埋段。洞身開挖時(shí)大斷面開挖極易造成較大的拱頂下沉等，且由于泥巖的遇水軟化極易造成初支拱架拱腳落不實(shí)，也是造成初支變形的原因之一。2.2施工工藝隧道施工采用上下臺(tái)階法開挖，現(xiàn)場施工時(shí)上臺(tái)階在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上加大了開挖斷面；超前小導(dǎo)管注漿控制不得當(dāng)，注漿效果不佳；鎖腳小導(dǎo)管與初支鋼拱架連接不牢固；下臺(tái)階開挖后，初期支護(hù)跟進(jìn)不及時(shí),造成上臺(tái)階鋼拱架拱腳懸空時(shí)間過長等一系列施工工藝的把控不嚴(yán)是隧道初支變形的原因之一。3變形處置措施1應(yīng)急響應(yīng)現(xiàn)場管理人員發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后，及時(shí)通知了洞內(nèi)作業(yè)人員緊急撤離，在確保安全的情況下，又將洞內(nèi)的機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)移到了洞外。洞內(nèi)作業(yè)人員全部撤離后，現(xiàn)場管理人員及時(shí)將險(xiǎn)情告知了項(xiàng)目部，項(xiàng)目部獲悉后又及時(shí)將險(xiǎn)情向駐地辦、設(shè)計(jì)單位、業(yè)主單位進(jìn)行了電話匯報(bào)。3.2變形處置措施(1)臨時(shí)支護(hù)。該隧道ZK81+140—ZK81+165段上斷面初支每桶增設(shè)臨時(shí)環(huán)向支撐、拱底封閉橫向支撐，鋼拱架縱向間距1m設(shè)置020mm連接鋼筋。施工過程中，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，在有必要的情況下，增加豎向支撐。臨時(shí)支撐均采用H8工字鋼，鋪08mm鋼筋網(wǎng)，噴射24cm厚C20混凝土形成全環(huán)支護(hù)。每桶環(huán)向支撐兩側(cè)拱腳處各增加2根4m長①42mm鎖腳小導(dǎo)管。施工臨時(shí)支護(hù)的期間，加強(qiáng)并完善洞內(nèi)排水設(shè)施的布置，確保洞內(nèi)不積水。(2)徑向注漿。搶險(xiǎn)期間安全員、技術(shù)員全程值班，施工順序按照路線小里程往大里程方向，臨時(shí)支撐按照先環(huán)向支撐，再橫向支撐,最后縱向連接的順序進(jìn)行。施工中嚴(yán)格執(zhí)行監(jiān)控量測作業(yè)程序，在確保圍巖穩(wěn)定的情況下，在ZK81+140—ZK81+165段隧道洞身增加徑向042mm注漿小導(dǎo)管，間距100cmX100cm呈梅花形布置，長4m。(3)塌腔處理。徑向注漿小導(dǎo)管施工完畢后，后續(xù)繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)控量測作業(yè)，確定圍巖基本處于穩(wěn)定后，在ZK81+163—ZK81+165塌方段采用S-Va支護(hù)形式，將S-Va中的D25中空注漿錨桿變更為①42mm注漿小導(dǎo)管，將S-Va支護(hù)形式中的118工字鋼間距由60cm調(diào)整為50cm,拱架各單元連接處均增設(shè)2根042mm鎖腳小導(dǎo)管，鋼拱架上增加兩層①8mm鋼筋網(wǎng)片，噴射24cm厚C20混凝土形成初支保護(hù)層，并預(yù)埋泵送混凝土預(yù)留孔。當(dāng)初支混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采取泵送方式在塌腔范圍內(nèi)分層澆筑2m厚C30混凝土。(4)洞口段仰拱施工。為減少仰拱開挖對隧道初支穩(wěn)定性的影響，仰拱施工采用分幅方式進(jìn)行，每次開挖、澆筑長度按照6m施作。(5)初支變形段換拱施工。經(jīng)測量ZK81+125—ZK81+165初支斷面已侵入二襯限界，需換拱。當(dāng)洞口段仰拱施工至ZK81+125,形成全環(huán)封閉后，在監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下進(jìn)行換拱施工。拆除原初支拱架后采用S-Vb支護(hù)形式，拱架為H8工字鋼，間距80cm,超前錨桿采用042mm注漿小導(dǎo)管，拱架各單元連接處布置2根042mm鎖腳小導(dǎo)管，預(yù)留變形量在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上加大15cll1。換拱時(shí)嚴(yán)格控制進(jìn)尺，每循環(huán)控制在1幅拱架范圍內(nèi)，并按要求進(jìn)行超前小導(dǎo)管施工。4軟弱圍巖隧道初支變形預(yù)防措施1進(jìn)洞準(zhǔn)備在進(jìn)洞開挖施工前，必須根據(jù)實(shí)際地形完成洞頂截水溝，以防止地表水滲流入開挖面影響明洞邊仰坡及開挖面的圍巖穩(wěn)定性。開挖時(shí)，采用分層小切口明挖，明洞開挖施工應(yīng)逐級開挖逐級防護(hù)。開挖到成洞面附近按照設(shè)計(jì)圖紙預(yù)留核心土，待超前管棚施工完成后再開挖暗洞。開挖時(shí)需時(shí)刻注意洞口段地質(zhì)狀況，確保邊仰坡穩(wěn)定性，洞口邊仰坡防護(hù)采用噴錨防護(hù)方案。洞口邊仰坡地質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)避開雨季施工，明洞襯砌及洞門完成后及時(shí)回填。4.2嚴(yán)控開挖工藝隧道開挖施工總體上要求拱部采用光面爆破，邊墻采用預(yù)裂爆破，以最大限度地保護(hù)周邊巖體的完整性，同時(shí)嚴(yán)格控制超、欠挖，確保初期支護(hù)及時(shí)可靠，提高初期支護(hù)的承載能力。V級圍巖地段采用環(huán)行開挖預(yù)留核心土法施工，開挖進(jìn)尺以0.5?1m為宜。采用預(yù)留核心土法施工時(shí)，中下臺(tái)階一般落后于核心土1倍洞跨開挖。施工中按順序分部開挖，每部開挖后施作相應(yīng)的初期支護(hù)。仰拱和仰拱回填應(yīng)緊跟開挖面，在初期支護(hù)落底后須及時(shí)施作，安全步距不宜大于40mo施工中加強(qiáng)臨時(shí)排水設(shè)施，可在上臺(tái)階按一定橫坡集中開挖一條集水溝，下臺(tái)階開挖集水坑采用大型抽水泵將山體滲水排至洞外，避險(xiǎn)拱腳積水造成拱架失穩(wěn)。3強(qiáng)化支護(hù)(1)總體要求。隧道施工中初期支護(hù)必須緊跟開挖，資源配置及時(shí)到位，各工序之間緊密銜接，盡早封閉成環(huán)；必須嚴(yán)格堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的施工原貝心宜根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，分析總結(jié)施工中各種信息，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施和支護(hù)參數(shù)；噴射混凝土采用濕噴工藝，富水地段采用潮噴工藝。(2)噴射混凝土：①噴射作業(yè)分段分片依次進(jìn)行，順序按照自下而上進(jìn)行；②掌子面開挖后后應(yīng)先進(jìn)行初噴4?6cm封閉巖面；③鋼拱架與巖壁之間必須采用噴射混凝土填充密實(shí)，噴混由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，并將鋼架覆蓋；④下一循環(huán)爆破作業(yè)應(yīng)在噴混終凝后進(jìn)行;⑤富水地段，噴混可適當(dāng)增加水泥用量；⑥噴混終凝后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。(3)支護(hù)錨桿：①錨桿質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；②錨桿鉆孔方向應(yīng)與巖面垂直；③鉆孔完成后，應(yīng)清理干凈孔內(nèi)積水、巖粉；④錨桿墊板、螺母應(yīng)安裝完好，與噴混面緊密接觸。(4)鋼架：①鋼拱架應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工，拱部范圍內(nèi)嚴(yán)禁搭接；②拱架連接采用1.4cm厚鋼板，并保證接頭部分連接水平、焊縫密實(shí)；③每桶鋼架在加工場進(jìn)行試拼，合格后用紅油漆對各單元進(jìn)行標(biāo)識(shí)，使用之前運(yùn)至現(xiàn)場，各單元之間、每根之間連接必須牢固；④鋼架應(yīng)貼緊初噴混凝土安裝，當(dāng)鋼架與圍巖之間存在空隙時(shí)，采用鋼楔塊或木楔塊楔緊，并用噴射混凝土填充密實(shí)，開挖下臺(tái)階時(shí)詳細(xì)查看上臺(tái)階鋼架，鎖腳錨桿不穩(wěn)定時(shí)，及時(shí)增設(shè)鎖腳錨桿(管)，防止拱部下沉變形；⑤鋼架拱腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上，腳底超挖部分采用噴射混凝土填充；⑥鋼架垂直于隧道中線，豎向不傾斜、平面不錯(cuò)位，不扭曲，上、下、左、右允許偏差±50mm,傾斜度＜2°。4.4超前預(yù)報(bào)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)根據(jù)預(yù)報(bào)范圍不同分類如下：中、長距離預(yù)報(bào)（TSP隧道地震波法、TEM瞬變電磁法），短距離預(yù)報(bào)（地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)）。隧道洞口段60m采用地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)，其他地段采用TSP或TEM法進(jìn)行長距離地質(zhì)預(yù)報(bào)。在TSP發(fā)現(xiàn)圍巖異常，對施工可能產(chǎn)生較嚴(yán)重影響的地段，采用地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。方案簡述如下：①采用TSP202/203隧道地震探測儀進(jìn)行遠(yuǎn)距離（200m）較宏觀長期預(yù)報(bào)；②采用地質(zhì)雷達(dá)（GPR）進(jìn)行近距離（20?40m）較微觀近期預(yù)報(bào)。地質(zhì)雷達(dá)與TSP202/203兩者可以相互補(bǔ)充和印證；③根據(jù)以上綜合結(jié)果確定是否需要打設(shè)探孔及探孔位置、數(shù)量等，超前探孔可探測預(yù)報(bào)孤石、斷層（風(fēng)化）破碎帶及含水量等；④TSP每次探測掌子