浅谈土质隧洞初期支护变形的处理措施

浅谈土质隧洞初期支护变形的处理措施

陈嘉炜

陈嘉炜

中国水利水电第十六工程局有限公司福建省福州市350001

摘要：某隧道进洞段出现的不良地质围岩初期支护后发生变形，本文详细介绍了隧道初期支护变形的原因分析、处理措施、安全及质量保证措施，可为类似工程施工借鉴。

关键词：土质隧洞；初期支护变形；处理措施

一、工程概述

某隧道长1240m，平均纵坡7.3%。洞身断面采用圆拱直墙的城门洞型，开挖断面尺寸为8.6×8.1m（宽×高）。进洞开挖采用“上下台阶预留核心土法”即分两个台阶五个步骤进行开挖施工。

工程设计图中隧道进洞段的地质描述为：洞口段（洞深0~143m）上覆土体厚9~49m，洞身以覆盖层为主，成分主要为含碎石粉质粘土，稳定性差，为Ⅴ类围岩。

洞口段开挖及初期支护措施如（图1所示），采用管棚超前支护采用长24m，外径108mm，壁厚8mm的热轧无缝钢管，管棚注浆材料采用1:1水泥浆。初期支护措施主要是系统中空注浆锚杆φ25@1.2m*1.2m，L=4.5m,入岩4.2m，结合钢拱架及挂钢筋网喷射混凝土进行临时支护。

图1洞室开挖支护示意图

图2洞内收敛监测点布置示意图

初期支护完成后在洞内布置收敛监测点如图2所示，收敛监测资料显示隧道0+45~0+90段初期支护发生变形，，变形集中分布在边墙上下幅钢拱架螺栓连接位置（B-C,D-E），其中0+45处收敛变形较大，对该段加密点收敛变形监测，该段洞内收敛变化过程曲线如图3所示。

图3洞内收敛监变化过程曲线

二、初期支护变形原因分析

1.由于洞口段碎石粉质粘土稳定性差，较松散，不利于开挖边坡以及洞身开挖掌子面的稳定，开挖支护难度大，初期支护后未及时进行二次衬砌，造成初期支护变形。

2.由于土体含水量较高，开挖后扰动区域土体渗透系数增大，造成土体结构破坏，抗剪强度随之降低，发生附加下沉从而导致初期支护变形。

3.该工程地处本区域的局地暴雨中心，强降雨后雨水快速下渗洞内渗水量加大，洞内降排水措施不力，导致钢拱架底脚土层被水泡软，引起初期支护变形。

三、初期支护变形处理措施

针对该隧道工程进洞段出现的初期支护变形情况以及原因分析，项目部与各参建单位进行商议后，决定对土洞段初期支护采取如下加强处理措施：

1.根据变形观测记录以及每天的施工进度记录的对比分析，洞室变形和下半幅开挖施工关系密切，暂停上半幅及下半幅开挖施工。

2.立即安排进行底板横撑安装及底板、衬砌混凝土浇筑。0+37~0+90段底板横向支撑由原先的间隔布置调整为逐榀布置，衬砌边顶拱环向钢筋由φ22圆钢调整为φ28圆钢，纵向钢筋由φ16圆钢调整为φ20圆钢。二次衬砌强度达到设计强度75%后，方可脱模，脱模后及时进行顶拱回填灌浆。

3.桩号0+37~0+90段两边侧墙在原系统锚杆之间内插3排砂浆锚杆φ25，L=6m@1.2*1.2，锚杆外露弯折段或垫板需紧贴已施工喷层面。

4.桩号0+77~土洞段终点尚未开挖段，在两侧边墙钢拱架拱肩、中部连接部位、底脚处共增加三道I18纵向连系梁，纵向联系梁与钢拱架之间采用焊接连接，取消底部原有纵向连接角钢。在中部纵向联系梁中间增设2根锁腰锚杆2φ25，L=4.5m，锚杆交叉布置，外露弯折段需和联系梁焊接，锁腰锚杆用系统锚杆替代。所有系统锚杆均需就近与钢拱架进行焊接连接。后续土洞段底板横撑安装和下半幅钢拱架落地同步进行。

5.隧道分层开挖高度调整后，钢拱架的分段长度需相应调整，分段长度需和分层开挖高度相匹配，放置钢拱架支撑悬空。两侧边墙钢拱架连接部位增加2根锁腰锚杆2φ25，L=6，锚杆交叉布置，外露弯折段需和钢拱架焊接，锁腰锚杆可用系统锚杆替代。

6.加强排水，边墙明显出水点增设随机排水孔，底板积水及时抽排，防止积水软化钢拱架底部支撑。集水井应靠底板中部设置，不得布置在边墙侧钢拱架支撑部位。

（下转第42页）7.严格按照设计图纸要求进行开挖、初期支护以及全断面衬砌，下半幅开挖施工须和衬砌施工进度相匹配，超前距离不大于15m。

8.加强支护工程施工的质量控制，确保锚杆、管棚、小导管的入岩角度、注浆密实性，喷混凝土的厚度，钢拱架间距及底部支撑以及缩脚、锁腰满足设计及相关规程规范要求。

9.加强洞内收敛观测，及时对观测数据进行对比分析，日变形量≥5mm时，应暂停开挖施工，注意人员及设备安全，必要时及时撤离危险区域。

四、质量保证措施

1.严格按照施工技术规范、设计图纸、处理方案进行施工。

2.对进场的原材料及成品、半成品按要求进行质量检测，合格后方可使用。

3.钢拱架支撑的立柱不得置于虚渣和松动围岩上，安装前应清除底脚下的虚碴及杂物，确保钢架底脚置于牢固的基础上，若基底超挖则要加钢垫板或混凝土垫块。

4.钢拱架连接部位螺栓紧固度以及焊缝的焊接质量应符合规范要求。

五、安全保证措施

1.对作业人员安全教育培训以及安全技术交底，进洞人员必须做好个人防护，佩戴安全帽、安全带和反光背心等，安全员现场值班巡查，及时制止违章作业、及时处理安全隐患。

2.施工临时用电采取TN-S供电线路即三项五线制，做到“一机、一闸、一漏、一箱、一锁”，对裸露破损的线路应立即更换；在隧洞潮湿环境内作业必须使用安全电压且与动力电源分开布置，洞内灯具照度应满足作业要求。

3.施工中加强洞内通风，并使用便携式多功能气体分析仪器定期对洞内空气质量进行监测，确保洞内空气质量符合相关规范要求。

4.班组长认真执行班前会制度，强调各岗位、各工种的安全注意事项、安全防范措施等；进入施工现场后，查阅交接班记录，掌握作业现场安全状况，排查工作地点是否存在安全隐患，并安排落实整改措施。

5.施工过程中进行必要的安全检查、监测，发现围岩失稳或支护结构失稳，立即采取应急措施，确保施工安全。

六、结束语

本隧道工程进洞段出现的碎石粉质粘土，由于土体含水量高、结构强度低、自稳能力弱，开挖后于初期支护变形控制难度大。项目部针对初期支护变形情况进行了系统的研讨、分析，结合现场实际情况，制定了切实可行的处理方案，在保证施工安全和质量的同时，有效控制了初期支护变形，通过总结本工程隧道施工的实践经验，选择合适的开挖方法，加强初期支护，合理安排各工序间的衔接，及时进行二次衬砌，注重防排水与监控量测，为该类地质隧道工程施工提供了技术参考。

参考文献：

[1]《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-2014）

[2]谢军等编.地下洞室开挖及临时支护发生变形后的处理技术[J].四川水力发电，2017（10）

[3]毛金龙.浅谈黄土隧道施工方法[J].科技信息(科学教研)，2008（07）

[4]黄国忠等编.细砂层地质条件下隧道进洞施工方案比选[J].施工技术，2018（07）

作者简介：陈嘉炜（1985-10），男，汉族，籍贯；福建省泉州市，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：土质隧洞初期支护变形的处理措施