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（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽111000）1工程概況某隧道進洞明暗交界里程為ZK81+083。ZK81+083—ZK81+137段原設(shè)計為IV級圍巖，圍巖為中風化砂巖，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)計為IV級圍巖，圍巖為中風化砂巖，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。實際施工時，進洞開挖施工，掌子面揭示圍巖為強一中風化薄層狀泥巖，屬軟質(zhì)巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，強度較低，遇水易軟化，含水量大，呈連續(xù)點滴狀或股狀水，圍巖穩(wěn)定性差。經(jīng)設(shè)計變更將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)了初支拱架嚴重變形，并且拱頂在18?19d突發(fā)沉降約26cm,累計沉降約28cm。項目部隨即啟動應(yīng)急措施。2變形原因分析1不良地質(zhì)泥巖具有膨脹性、遇水易軟化及強度低等特點。該隧道進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，滲水較嚴重，進洞段處于洞身淺埋段。洞身開挖時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，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階法開挖，現(xiàn)場施工時上臺階在原設(shè)計基礎(chǔ)上加大了開挖斷面；超前小導(dǎo)管注漿控制不得當，注漿效果不佳；鎖腳小導(dǎo)管與初支鋼拱架連接不牢固；下臺階開挖后，初期支護跟進不及時,造成上臺階鋼拱架拱腳懸空時間過長等一系列施工工藝的把控不嚴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)險情后，及時通知了洞內(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)場管理人員及時將險情告知了項目部，項目部獲悉后又及時將險情向駐地辦、設(shè)計單位、業(yè)主單位進行了電話匯報。3.2變形處置措施(1)臨時支護。該隧道ZK81+140—ZK81+165段上斷面初支每桶增設(shè)臨時環(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)及時調(diào)整，在有必要的情況下，增加豎向支撐。臨時支撐均采用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。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。施工臨時支護的期間，加強并完善洞內(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行。施工中嚴格執(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層，并預(yù)埋泵送混凝土預(yù)留孔。當初支混凝土達到設(shè)計強度后，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)下進行換拱施工。拆除原初支拱架后采用S-Vb支護形式，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)計基礎(chǔ)上加大15cll1。換拱時嚴格控制進尺，每循環(huán)控制在1幅拱架范圍內(nèi)，并按要求進行超前小導(dǎo)管施工。4軟弱圍巖隧道初支變形預(yù)防措施1進洞準備在進洞開挖施工前，必須根據(jù)實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，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。開挖到成洞面附近按照設(shè)計圖紙預(yù)留核心土，待超前管棚施工完成后再開挖暗洞。開挖時需時刻注意洞口段地質(zhì)狀況，確保邊仰坡穩(wěn)定性，洞口邊仰坡防護采用噴錨防護方案。洞口邊仰坡地質(zhì)較差時，應(yīng)避開雨季施工，明洞襯砌及洞門完成后及時回填。4.2嚴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，以最大限度地保護周邊巖體的完整性，同時嚴格控制超、欠挖，確保初期支護及時可靠，提高初期支護的承載能力。V級圍巖地段采用環(huán)行開挖預(yù)留核心土法施工，開挖進尺以0.5?1m為宜。采用預(yù)留核心土法施工時，中下臺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。仰拱和仰拱回填應(yīng)緊跟開挖面，在初期支護落底后須及時施作，安全步距不宜大于40mo施工中加強臨時排水設(shè)施，可在上臺階按一定橫坡集中開挖一條集水溝，下臺階開挖集水坑采用大型抽水泵將山體滲水排至洞外，避險拱腳積水造成拱架失穩(wěn)。3強化支護(1)總體要求。隧道施工中初期支護必須緊跟開挖，資源配置及時到位，各工序之間緊密銜接，盡早封閉成環(huán)；必須嚴格堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、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，及時調(diào)整支護措施和支護參數(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)分段分片依次進行，順序按照自下而上進行；②掌子面開挖后后應(yīng)先進行初噴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，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)在噴混終凝后進行;⑤富水地段，噴混可適當增加水泥用量；⑥噴混終凝后應(yīng)及時養(yǎng)護。(3)支護錨桿：①錨桿質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計及規(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)嚴格按照設(shè)計要求進行加工，拱部范圍內(nèi)嚴禁搭接；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；③每桶鋼架在加工場進行試拼，合格后用紅油漆對各單元進行標識，使用之前運至現(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，當鋼架與圍巖之間存在空隙時，采用鋼楔塊或木楔塊楔緊，并用噴射混凝土填充密實，開挖下臺階時詳細查看上臺階鋼架，鎖腳錨桿不穩(wěn)定時，及時增設(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、平面不錯位，不扭曲，上、下、左、右允許偏差±50mm,傾斜度＜2°。4.4超前預(yù)報隧道超前地質(zhì)預(yù)報根據(jù)預(yù)報范圍不同分類如下：中、長距離預(yù)報（TSP隧道地震波法、TEM瞬變電磁法），短距離預(yù)報（地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)雷達）。隧道洞口段60m采用地質(zhì)雷達預(yù)報，其他地段采用TSP或TEM法進行長距離地質(zhì)預(yù)報。在TSP發(fā)現(xiàn)圍巖異常，對施工可能產(chǎn)生較嚴重影響的地段，采用地質(zhì)雷達、地質(zhì)鉆探進行驗證。方案簡述如下：①采用TSP202/203隧道地震探測儀進行遠距離（200m）較宏觀長期預(yù)報；②采用地質(zhì)雷達（GPR）進行近距離（20?40m）較微觀近期預(yù)報。地質(zhì)雷達與TSP202/203兩者可以相互補充和印證；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)報孤石、斷層（風化）破碎帶及含水量等；④TSP每次探測掌子