大跨度隧道軟弱膨脹圍巖段施工控制技術(shù)分析

河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030

1 工程概況

某隧道工程左、右線樁號長度分別為9461m 和9412m，是雙線分離式六車道隧道，需要進行下坡施工。該隧道長度及里程較長。隧道區(qū)的基本地震烈度為IX 度，周圍地形復(fù)雜，存在較多不良地質(zhì)，施工具有較高的風(fēng)險性，屬于全線中的重難點工程，需要加以重視。

2 地質(zhì)情況概述

該隧道工程進口左右線ZK14+700-ZK14+850段施工表明，圍巖的主要組成部分為強風(fēng)化頁巖、全風(fēng)化頁巖、炭泥質(zhì)灰?guī)r以及粉砂巖夾頁巖，其中諸多巖層匯聚在一處，巖層多集聚于線路左側(cè)，傾斜方向為右上方，傾斜角度很小，并且單層巖的厚度非常薄，較為分散，其主要結(jié)構(gòu)為鑲嵌層狀碎裂狀，其中頁巖和泥灰?guī)r數(shù)量較多，多為薄片狀，層間十分平滑，遇到水后會發(fā)生軟化表現(xiàn)為泥狀，除此之外，巖層順沿隧道存在一定的縱向變化，部分巖層發(fā)生扭曲，可觀察到褶皺狀，用力捏便可將其捏碎，或者用力捏可以將其捏成團狀，具有一定的可塑性。

3 施工中存在的地質(zhì)問題

3.1 軟弱圍巖極易發(fā)生變形

在具體施工環(huán)節(jié)，施工初期階段發(fā)生數(shù)字劇烈變形，變形的范圍位于拱部120°之內(nèi)，工作人員展開詳細分析，比較隧道方向右側(cè)圍巖壓力和左側(cè)圍巖壓力，前者明顯高于后者，拱頂下沉最高。其中ZK14+735 拱頂具有較高的累計沉降量和水平收斂累計。K14+735 拱頂累計沉降量和水平收斂累計分別為510mm 和195mm。

3.2 圍巖坍塌

施工中出現(xiàn)地質(zhì)變形十分城建，不具有穩(wěn)定性。通常情況下體現(xiàn)下以下幾方面：部分初支滲水、濕面現(xiàn)象嚴(yán)重，其混凝土開裂及掉塊嚴(yán)重，初支出現(xiàn)裂縫，多表現(xiàn)為縱環(huán)向，鋼架變形十分嚴(yán)重，可能會出現(xiàn)扭曲及斷裂等不良情況［1］。

3.3 變形速率及范圍的增加

在進行隧道掘進作業(yè)或者臺階轉(zhuǎn)換時，掌子面后方10～15m 范圍內(nèi)的初支可能會變形，變形速度較快，根據(jù)測量結(jié)果可知其最高值為150mm/d。

3.4 圍巖具有較大的壓力，變形發(fā)生時間窖藏

初支施工結(jié)束后，垂直應(yīng)力較大并且壓力呈持續(xù)增長的趨勢，軟弱圍巖變形在蠕變期環(huán)節(jié)，自我穩(wěn)定性不佳，通常情況下變形需要持續(xù)1 個月作用［2］。隨著施工的不斷進行，圍巖應(yīng)力受到外界的干擾，變形持續(xù)時間較長。

3.5 受力點基本激素

根據(jù)施工總結(jié)可知，該段受力范圍基本存在于拱部120°范圍之內(nèi)，具有一定的破壞性，受損的主要表現(xiàn)為鋼拱架受損。套拱受到圍巖壓力，拱部范圍受損嚴(yán)重。

4 軟弱膨脹圍巖施工控制技術(shù)

該段圍巖自承性能較差，應(yīng)該從下述幾方面入手進行改善，主要包括選擇合適的開挖方式，強化初期支護的強度，隧道質(zhì)量監(jiān)控等方面加以強化。

4.1 施工方法

首先，需要建立專門的施工原則，基于隧道工程具體情況與周圍地質(zhì)情況的分析，需要建立科學(xué)合理的施工的原則，并且要求施工單位及施工人員能夠嚴(yán)格遵循這一原則，確保開挖方式的規(guī)范性和合理性。通過多次分析和比對，將三臺階預(yù)留大核心土法效果確切，值得使用，加大對變形的控制力度。在這一過程中，及時實施仰拱，變形趨于穩(wěn)定后，適時進行二襯，保證各個施工環(huán)節(jié)間銜接合理，保證工作空間充足，加大對變形的控制力度［3］。

4.2 雙層拱架支護法

臨時套拱及仰拱的方法適用于施工初期，能夠加大對變形的控制力度，不過拆除臨時套拱以及臨時仰拱可能會產(chǎn)生大量的飛起工程，導(dǎo)致施工的工期延長，施工進度具有一定的局限性。對各因素進行綜合分析，首先需要調(diào)整原設(shè)計初期支護方式，使用雙層鋼拱架進行施工。第一步進行鋼拱架施工，強化監(jiān)管力度，與變形的情況結(jié)合制定后續(xù)施工措施。合理設(shè)置鋼架與鋼架間的距離，最合適值為60cm，合理選擇材料，通常情況下鎖角使用注漿小型導(dǎo)管，分別于臺階兩側(cè)設(shè)置兩根導(dǎo)管。

4.3 徑向錨桿施工

該部分圍巖致密性非常強，本來的設(shè)計中徑向錨桿使用3.5m 長的Ф42×4mm 注漿小型導(dǎo)管。但是效果不理想，無法實現(xiàn)對周圍巖體的有效固結(jié)。因此施工過程中需要合理調(diào)整施工方案，將后注漿的方法應(yīng)用其中，這樣可以有效降低變形的速率，預(yù)防圍巖受到壓力變形。但是維持時間僅在一周左右，主要原因為受到外界因素的影響，例如松散巖類空隙水等，導(dǎo)致維持時間很短。后續(xù)施工環(huán)節(jié)則要調(diào)整好徑向錨桿，將其調(diào)整為長度6m的Ф25砂漿錨桿以及長度3.5m的Ф42×4mm注漿小型導(dǎo)管，效果明顯。

4.4 適當(dāng)增加預(yù)留變形量

綜合分析施工現(xiàn)場相關(guān)數(shù)據(jù)，該段施工過程中對預(yù)留變形量進行了合理調(diào)整，將其維持在合理的范圍之內(nèi)。

4.5 做好拱架縱向連接處理

選擇合適的拱架連接筋，將其調(diào)整為114 工字鋼連接，分別于拱架拱頂和連接法蘭的上下各0.5cm位置增加工字鋼連接，該方法能夠有效改善提高拱架整體受力性能，對于提高拱架抗扭曲、抗彎性能以及控制變形具有良好的效果。

4.6 增加連接板的厚度

鋼拱架受力中最弱的部位便是連接鋼板，為了達到更好的鋼架里阿尼額效果，避免其出現(xiàn)變形及破裂等不良情況，合理設(shè)置鋼拱架連接板的長度，使其從10mm 增加到12mm。

4.7 拱腳位置增加槽鋼并且擴大拱腳

槽鋼的主要作用在于提高拱腳受力，除了設(shè)置槽鋼外，還需要合理使用工字鋼斜，使拱腳的受力面積得到大幅度增加，加大對變形的控制力度，效果明顯。

4.8 實現(xiàn)對噴射混凝土質(zhì)量的控制

巖層的坍塌勢必會對工程產(chǎn)生不良影響，為了能夠有效這一情況，開挖初噴是一道十分重要的工序，該方法能夠大幅度減少圍巖暴露時間。但是由于初支背后空洞面積較大，并且松散破碎巖體致使應(yīng)力集中在一處，初支受到應(yīng)力的作用形成裂縫，嚴(yán)重情況會發(fā)生掉塊，因此對在封閉混凝土?xí)r保證其密實十分重要。

4.9 強化超前地質(zhì)預(yù)報和測量監(jiān)控工作

因為該施工工段周圍地質(zhì)具有一定的復(fù)雜性，因此對圍巖情況進行準(zhǔn)確判斷十分重要，可以使用相關(guān)儀器設(shè)備對圍巖情況進行準(zhǔn)確評估，常用的設(shè)備儀器包括多功能鉆機及地質(zhì)雷達。加大監(jiān)測力度，提高監(jiān)測的水平，除此之外，還可以使用斷面儀提高對斷面的掃描水平，為初支參數(shù)的調(diào)整以及為再次施工時機提供重要的數(shù)據(jù)參考。

5 結(jié)語

綜上所述，合理使用以上方法后，施工效果明顯。該隧道跨度較大，屬于公路隧道，施工難度較高，同時地勢環(huán)境十分復(fù)雜，初支破損情況十分嚴(yán)重，難以保證施工的穩(wěn)定性。同時圍巖具有較高的垂直應(yīng)力和變形量，持續(xù)時間較長。合理選擇施工方法，強化初期支護強度等能夠有效實現(xiàn)對變形的控制。