偏压软岩隧道沉降变形控制措施

偏压软岩隧道沉降变形控制措施

许晓东

中交一公局集团

摘要：偏压软岩隧道在修建的过程中，由于施工的条件比较复杂，往往会发生比较大的地质变性灾害，尤其是地形沉降，这些灾害也常常会给工程的安全施工造成影响，并给整个项目的建设和管理造成比较大的麻烦。这就要求我们的施工方在施工的过程中要更加的注意对于隧道变形问题的控制，加强控制措施。本文就以十堰至房县高速公路工程中的某隧道段的施工为例，来谈一下偏压软岩隧道的沉降变形问题的控制措施。

关键词：偏压软岩隧道；沉降变形；控制措施。

我们知道，一般土质比较松软，也就是软岩条件下修建隧道的时候，由于其地质条件比较复杂，而且有时可能会在不同的程度上也存在着隧道穿越黄土、泥砂，或者是砂砾岩石等地层的情况，在这样的工程中，特别是在隧道的洞口，由于存在着比较长段的浅埋，所以会很容易发生塌方的事故，这就给我们的施工造成了比较大的困扰。而且，虽然我们克服了很多困难，艰难的通过了这些比较难修的段落，但是，往往又会由于施工人员对于偏压软岩隧道的沉降变形的认识还不是很充分，导致其制定了不太合理的施工方案，进而就会造成围岩内发生较大范围的沉降变形，威胁到整个工程的安全状况。

一、工程概况

黑山共和国BAR港至北部城市BOLJARE（毗邻塞尔维亚）高速公路主干道是由黑山交通和海事部主导建设的重点基础公路项目，建成后将并入国际公路交通网，连接中部欧洲的多个国家，带动黑山整体经济发展，对于该国具有十分重要的意义。主干道规划全长约180km。由中交隧道局承担第四标段施工任务位于黑山共和国北部城市科拉欣，距离首都波德戈里察约80公里，标段左线里程桩号为K31+800-K40+866.00，长9.127km。主要构筑物包括隧道8座，总长9.173km，其中JABUCKIKRS隧道，左洞长1457.49m，右洞长1354.76m。以Ⅳ级、Ⅴ级围岩为主，全部为复理岩，洞口偏压严重，掘进和支护施工难度较大，采用进口、出口双向掘进施工。项目设计标准为双向四车道高速公路，设计时速为100km/h，工期为36个月。

二、偏压软岩隧道发生沉降变形的主要原因分析

（一）偏压软岩隧道围岩的变形机理

此隧道一旦开始施工，围岩的应力就会得到释放，这也将导致其地下的裂隙贯通，含水层中的地下水就会导通，那么，围岩在地下水的作用下，就会形成围岩的自承能力下降的情况，也就是说，其围岩的土质、软弱岩层将发生一定程度上的蠕变，造成这种现象的主要原因就是围岩的压力是由原来的静止的土压力变成了主动的土压力。尤是在围岩的节理、裂隙水比较发育的地段，其蠕变的速度就更快一些。

（二）初期支护变形原因分析

在上一节，我们主要是对偏压软岩隧道的围岩的变形机理作了简明、扼要的介绍，从中我们也可以看出：初期的支护工程一般是很难承受土质及软岩的蠕变所带来的压力的，主要的原因是有这么两大类：在设计的时候，设计上的支护参数不够；具体的现场施工中存在着很多不确定的因素。

1、设计上存在的问题

我们在进行设计的时候，一般是采用现代的计算机软件，按照围岩的具体级别来选取相应的支护参数，但是由于很多实际的原因，比如说控制投资成本的问题；对于当地的地质勘查资料不够；没有具体的详细的设计施工的规范来对偏压软岩进行具体的操作要求；施工人员对于偏压软岩的受力、变形规律等方面的知识不是很充足；这些原因往往就会造成最后支护参数选取的不足。

2、施工原因

在施工的过程中所存在的主要问题主要有以下这么三个方面：

（1）施工方法问题

在施工的过程中要很好的结合开挖隧道的断面大小，所埋置的深度，以及围岩的具体的地质特性等因素来选择最为合理的开挖方法；通常在偏压软岩隧道的开挖过程中有这样几个方法可以选用：双侧壁导坑法、交叉中隔壁法（CRD法）、中隔壁法（CD法）、环形开挖预留核心土法。

当然了，施工开挖的具体的方法的选择能否做到合理、支护的时间是否是及时的、结构断面是否是封闭的等等，这些因素共同的决定着其软岩隧道施工的成败。

（2）围岩的量测问题

对于我们所设计的支护的参数比较弱的软岩隧道常常是不按我们所要求的步骤进行监控量测的，或者有的时候即使作了具体的监测工作，但是对于所监测的数据的处理却不能够做到及时处理，并且不能选择合适的分析方法，这些问题就导致了不能够及时的反馈围岩变形的各种准确的信息。

（3）施工的质量问题

施工的质量问题主要体现在初期的支护中我们所选取的钢架、锚、网、喷等各道工序的质量。这里面存在的主要问题是不能按设计所要求的那样进行初期的支护工程；喷射混凝土的厚度和强度不符合工程的要求等等。

三、偏压软岩隧道沉降变形控制的主要措施和方法

（一）适当的增加初期支护的强度和硬度

由于此隧道的洞口围岩受到地下水的反复浸泡以及开挖扰动的可能性比较大，所以强度基本已经丧失，轻轻的敲击，就有可能使岩体碎裂呈小块。这就要求我们必须要加强初期的支护强度。

我们知道，要增加初期的支护强度和硬度，主要的工作是从增加喷射的混凝土的厚度以及增加钢拱架的强度这两个方面来考虑的。在进行喷射混凝土的工作时，一般是采用C30型号的混凝土，厚度为30厘米。而钢拱架则主要是采用HEB220型号。

（二）适当的加大开挖预留的变形量

在开挖的过程中，一定要预留一定的沉降变形量，并且所预留的变形量要适宜。

预留的变形量过大，势必会造成开挖工程的断面有所增大，从而就会增加工程的数量，进而增加整个工程的施工成本，也不可避免的会影响到工程的进度。而且，随着初期的支护压力的不断增加，围岩的应力也会重新的进行分布，并且由于断面的各个部位的下沉规律是不一样的和不均匀性，所以对于其二次衬砌的压力就会大大的增加，并且分布也不会是很均匀的，这就会造成隧道的实际受力与我们所设计的受力情况的差别比较大，影响整个结构的稳定性。反之，如果预留的沉降量过小，又必然会由于其初期的支护变形比较严重而造成侵限的情况，这样也会给工程的进行带来很多不必要的问题。

（三）适时的进行二次衬砌的施工

在整个工程的施工过程中，偏压软岩隧道的二次衬砌工程是整个工程的永久性承力结构的一个主要的部分，它的质量对于提高整个隧道的使用寿命以及外观的质量都是具有十分重要的作用的。

很多经验都表明，国内的同行对于偏压软岩的地段往往都是采用及时的施工二次衬砌这样一种方案。但是在进行本项目的施工过程中，很多专家是持反对的态度的，他们认为初期的支护就已经有了足够的强度和硬度了，理论上在仰拱闭合之后，是可以保证施工期间的施工安全的。当然了，从理论上来讲，这样的说法是成立的，毕竟初期的支护的钢拱架的接头的设计是非常圆顺的，但是实际的围岩情况却是凹凸不平的，再加上一定的施工误差，就造成了最后拱架的接头是不很圆顺，而是通过一定的点来连接的，这也使得初期的支护工程的加固效果就没有那么好了。所以，在进行二次衬砌的施工之前，应该进行必要的持续变形的观测，必须要等到隧道的沉降基本达到稳定之后再进行施工，这样可以避免衬砌的开裂。

（四）适当的增加钢拱架的托梁及锁脚钢管桩

根据我们在此项目中的隧道变形的沉降观测资料来说，在中台阶开挖之后，拱顶的沉降往往会突然的增大。本次隧道工程在开挖的过程中也曾经一次性的沉降了20厘米左右，这个原因主要是中台阶在开挖之后，中台阶的拱架安装之前，上台阶拱架就很容易会出现临时的悬空状态，从而就导致了隧道沉降量的加大。为了避免此现象的发生，最好是在上台阶与中台阶的接头部位处，每两榀钢拱架之间就给它增加槽钢，用来作为纵向的托梁，这样就可以有效的增加钢拱架的受力面积。

结束语

在软岩隧道的施工过程中，经常会遇到变形沉降的问题，我们必须在实践中，不断的研究其变形理论，并应用在实际的工程中，才能使这个问题得到不断的改善。

参考文献

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[2]王渭明，杨更社，张向东，等.岩石力学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[3]关宝树.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.