成武高速武都西隧道典型病害成因分析及處治措施

王海龍

摘 要：通過對武都西隧道存在的二襯開裂及和仰拱隆起病害分析，得出病害段隧道圍巖產(chǎn)狀紊亂，裂隙發(fā)育、巖體較破碎，巖性為碳質(zhì)板巖、千枚巖，均屬軟巖，強(qiáng)度低，隧道埋深較大，地應(yīng)力較高，施工后應(yīng)力重分布時間長，且應(yīng)力分布不均勻，二襯承受了較大荷載，是造成隧道病害的主要原因。針對隧道出現(xiàn)的病害，提出對二襯、仰拱進(jìn)行加固、拆除、重建等處治措施和超前鋼花管等預(yù)防措施；并對處治效果進(jìn)行評價，結(jié)果表明，對圍巖的壓力抵抗效果良好，有效的控制了病害的發(fā)生及延續(xù)；由此，做到細(xì)化、規(guī)整的設(shè)計與嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計文件中的要求進(jìn)行施工有著密不可少的重要聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：成武高速；隧道；病害；分析；處置

中圖分類號：U455.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0116-02

1 前言

成武高速公路武都西隧道為分離式隧道，原設(shè)計圍巖左線713米為V級，1170米為IV級；右線802米為V級，1090米為IV級，施工時左線掘進(jìn)748米、右線掘進(jìn)747米后，圍巖與設(shè)計不否，持續(xù)進(jìn)入軟巖大變形圍巖。

根據(jù)原設(shè)計圍巖描述，武都西隧道地處大院——殿溝里斷層（F5），屬武都山字形構(gòu)造體系，白龍江渠大斷裂次生斷裂。下盤為白龍江群下部千枚巖、碳質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，巖體破碎、強(qiáng)度低，上盤為白龍江群第二段灰?guī)r、中薄層灰?guī)r、千枚巖互層。設(shè)計文件指出斷層處發(fā)育有2處次生斷層。

且通過隧道掘進(jìn)揭露，武都西隧道圍巖主要為千枚化的碳質(zhì)頁巖，產(chǎn)狀紊亂，褶皺明顯，節(jié)理發(fā)育、巖體極為破碎，遇水軟化、膨脹。隧道最大埋深超過1千米，存在高地應(yīng)力，由于受F5斷層次生帶構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)力釋放的影響，隧道處在大變形段，圍巖穩(wěn)定性極差，并多次出現(xiàn)塌方，已完成的初期支護(hù)出現(xiàn)開裂掉塊，鋼拱架扭曲變形嚴(yán)重。經(jīng)多次調(diào)整支護(hù)方案，最終確定采用雙層初期支護(hù)，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)調(diào)整具體支護(hù)參數(shù)及預(yù)留變形量。

現(xiàn)隧道局部段落在施工過程中發(fā)生大變形，在二次襯砌施工后，陸續(xù)發(fā)生襯砌開裂、仰拱開裂及隆起等問題，仰拱及隧底填充層出現(xiàn)脫空、剪斷等現(xiàn)象，最大隆起位移為35.2厘米。

2 典型病害成因分析

（1）從隧道實際開挖情況看，病害段隧道圍巖產(chǎn)狀紊亂，裂隙發(fā)育、巖體較破碎，巖性為碳質(zhì)板巖、千枚巖，均屬軟巖，強(qiáng)度低，隧道埋深較大，地應(yīng)力較高，施工后應(yīng)力重分布時間長，且應(yīng)力分布不均勻，二襯承受了較大荷載，是造成部分二襯開裂、隧道隆起等病害的主要原因。（2）施工工藝和精細(xì)化管理方面缺乏經(jīng)驗，在軟巖、高地應(yīng)力狀態(tài)下采用上、下臺階法施工，設(shè)置的核心土較小，支擋掌子面效果較差；鎖角鋼管施工與鋼拱架焊接缺乏規(guī)范化。（3）隧道在掘進(jìn)過程中，由于受F5斷層次生帶垂直應(yīng)力強(qiáng)力釋放的影響，隧道處在大變形段，圍巖穩(wěn)定性差，并多次出現(xiàn)塌方，已完成的初期支護(hù)出現(xiàn)開裂掉塊，鋼拱架扭曲變形嚴(yán)重，經(jīng)多次專家會調(diào)整支護(hù)方案，最終確定采用雙層初支，并根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)調(diào)整具體支護(hù)參數(shù)及預(yù)留變形量。

在隧道施工過程中發(fā)生大變形，在二次襯砌施工后陸續(xù)發(fā)生襯砌開裂、仰拱開裂及隆起等問題，最終仰拱及隧底填充層最大隆起位移為17.6cm，仰拱及隧底填充出現(xiàn)脫空、剪斷等現(xiàn)象，同時二次襯砌出現(xiàn)較多裂縫，襯砌表面混凝土局部開裂寬度達(dá)到4.1cm，混凝土表面已經(jīng)崩裂、剝落；也有局部二襯出現(xiàn)的裂縫經(jīng)觀察開裂主要原因表現(xiàn)為襯砌拱頂表面混凝土壓潰剝落。

3 典型病害處治措施

典型病害現(xiàn)場治理措施：

（1）對二襯開裂嚴(yán)重段采用拆除重建。每次拆除二襯縱向長度為2米，拆除二襯后采用6米長鋼花管注漿加固。鋼花管注漿加固完成后，對局部初支破損嚴(yán)重部分（鋼拱架扭曲破壞、初支傾入二襯斷面）進(jìn)行拆除重建，初期支護(hù)變形收斂達(dá)到《公路隧道施工規(guī)范》要求后，方能進(jìn)行二襯施工，二襯中的主鋼架由原設(shè)計的Φ22調(diào)整為Φ25，間距為250mm，水平筋為Φ12，間距為300mm；（2）對于二襯產(chǎn)生細(xì)微斜裂縫段，對裂縫進(jìn)行觀測，結(jié)合裂縫發(fā)展變化情況再行處置；（3）對于仰拱及填充層隆起的處治方案為拆除重建仰拱。具體為：鑿除仰拱填充層，由仰拱隆起段起點(diǎn)處開始跳槽拆除仰拱，每次拆除段落縱向?qū)挾葹?米，邊角采用Φ42×4mm長的鋼花管進(jìn)行注漿加固，每側(cè)2根/米。注漿加固完成后，重新施作仰拱，將局部初支破損嚴(yán)重部分（鋼拱架扭曲破壞、初支傾入二襯斷面）進(jìn)行拆除修復(fù)處理。重新施作仰拱時，將緊急停車帶段仰拱厚度由60mm調(diào)整為70mm，正常段仰拱厚度由50mm調(diào)整為60mm，仰拱主鋼筋由原設(shè)計的Φ22調(diào)整為Φ25；（4）后續(xù)施工段支護(hù)方案有所調(diào)整，目前隧道進(jìn)出口掌子面圍巖情況、圍巖地質(zhì)和已發(fā)生大變形和二襯開裂段地質(zhì)較為相似，結(jié)合前期施工經(jīng)驗總結(jié)，在前期方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)二次襯砌配筋，主筋由Φ22調(diào)整為Φ25。

4 病害預(yù)防措施

（1）隧道現(xiàn)場所采用的上、下臺階法，其上臺階過高、過長，掌子面處臨空面過大，易坍塌；仰拱與掌子面距離過長，難以控制變形，存在較大安全隱患。應(yīng)嚴(yán)格按照三臺階留核心土法進(jìn)行施工，仰拱與掌子面的距離應(yīng)小于25米，使初期支護(hù)快速封閉成環(huán)，減小隧道在施工過程中的變形；（2）掌子面處實行雙層支護(hù)，鋼拱架間距為65cm，鋼架均采用H175型鋼，現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格控制兩層初支鋼拱架“拱對拱”支撐方案施工，加密相鄰鋼架縱向和兩層鋼架間的剛性連接，嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，初期支護(hù)及時封閉成環(huán)；（3）進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控量測的斷面和測點(diǎn)，加密測量點(diǎn)，提高量測頻率。監(jiān)控量測測點(diǎn)可采用反光片，測量三維坐標(biāo)，提供拱頂、拱腰、拱腳處在施工過程中的變形數(shù)據(jù)，以便分析襯砌在施工過程中變形情況，合理安排施工工序；（4）掌子面處初支拱圈背后做到無空洞，保證填筑密實，系統(tǒng)錨桿、鎖腳鋼管施工規(guī)范化，能有效抑制沉降，影響拱架變形等問題。施工過程中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和施工工藝，嚴(yán)控隧道超挖和坍塌，對形成超挖和坍塌的段落，必須回填密實后方可進(jìn)入下一步開挖施工；（5）對仰拱預(yù)埋鋼筋設(shè)置要符合要求，保證混凝土質(zhì)量要求；初支仰拱處鋼拱架與邊墻處鋼拱架鏈接質(zhì)量引起高度重視，并采取措施給予補(bǔ)強(qiáng)，應(yīng)全面加強(qiáng)施工質(zhì)量的系統(tǒng)管理。

5 結(jié)語

通過對典型病害的成因分析、處治措施、以及預(yù)防措施及效果的陳述來看，隧道因設(shè)計的不周密，對隧道圍巖類型的不細(xì)觀，設(shè)計中因未具體說明圍巖產(chǎn)狀情況，裂隙發(fā)育快、巖體破碎、強(qiáng)度低，隧道埋深較大，地應(yīng)力較高等的具體段落，設(shè)計支護(hù)參數(shù)不科學(xué)，導(dǎo)致施工后應(yīng)力重分布時間長，應(yīng)力分布不均勻，二襯承受較大荷載，施工單位未能及時向上級單位匯報，對設(shè)計更有效的細(xì)化變更施工，造成部分二襯開裂、仰拱隆起等典型病害。通過一系列預(yù)加固、支護(hù)參數(shù)的變更、有效的施工方法及經(jīng)驗的交流，有效的控制了病害的延展，從而達(dá)到病害的消除，使隧道病害得到明顯的控制效力，效果達(dá)到優(yōu)良狀態(tài)；由此結(jié)論，告訴我們在隧道設(shè)計的過程中，圍巖類型判定的準(zhǔn)確化、對設(shè)計支護(hù)類型的周密，有著一定的設(shè)計意義；也告訴我們施工建設(shè)單位在施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行施工，對現(xiàn)場實際圍巖做好監(jiān)控量測的記錄，對圍巖的變化及時向上級單位及設(shè)計單位匯報，及時對設(shè)計更有效的細(xì)化變更施工，有著更重要的施工意義。

總之，按以上處治要求，嚴(yán)格執(zhí)行，確保有效對二襯開裂、仰拱隆起的完善處治。

參考文獻(xiàn)

[1]陳振河，張國慶.基于斷裂力學(xué)原理的隧道二襯開裂機(jī)理研究[J].2010，（02）：249.

[2]關(guān)寶樹.隧道力學(xué)概論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1993.63-67.

[3]王明年，翁漢民，李志業(yè).隧道仰拱的力學(xué)行為研究[J].巖土工程學(xué)報，1996，18（1）：46-53.

[4]葉冬明，黃志義，張其踐.仰拱對于襯砌結(jié)構(gòu)受力影響分析[J].華東公路，2010，（03）：61-64.