ｉ路桥建设 团圃四 软弱围岩隧道变形处理措施分析 摘要：软弱围岩隧道在施工时容易受地质困素影响，产生变形等事故，文章结合实例，对该隧道工程在施工时发生的变形 事故进行探讨，分析了其变形的原因以及处理的技术措施，以便确保施工过程和隧道结构的安全。 关键词：软弱围岩；隧道施工；变形支护 １工程概况 某铁路工程正线起止里程ＤＫ１３８＋０００～ＤＫ１７４＋８００，长３４．２６ｋｎｉ。其中 隧道１３座，总长４．９３ｋｍ，占线路全长的１５％。多为较短、软弱围岩、浅埋隧 道，主要岩性为膨胀土及泥岩夹砾岩、泥质粉砂岩、页岩夹砂岩，基岩风化 层厚，土层及基岩均具弱至中等膨胀性。 其中某隧道为双线浅埋隧道，隧道进口里程ＤＫ１５４＋８１５，出口里程 ＤＫ１５５＋５２９，全长７１４ｍ。全隧为Ｖ级浅埋段，除明洞外其余地段均采用Ｖ 级Ｂ型复合衬砌。进口１３ｍ明洞，台阶式洞门，出口１５ｍ斜切延伸段，斜切式 洞门。初期支护参数：全环Ｉ２０ｂ型钢钢架及拱部超前大管棚或超前小导管 预注浆加强支护，拱墙为Ｃ２５纤维混凝土，仰拱为Ｃ２５素混凝土，均为２８ｃｍ 厚，中８钢筋网（网格２０ｃｍ×２０ｃｍ），拱墙锚杆长度４ｍ，拱部（Ｉ）２５中空注浆锚 杆，边墙（Ｉ）２２砂浆锚杆。地层岩性：上覆第四系全新统坡残积层（Ｑｄｌ＋ｅｌ４） 粉质黏土，下覆基岩为三叠系中统百逢组第四段（Ｔ２ｂ４）页岩夹砂岩；地质 构造：隧道范围内左侧有右江大断裂，岩层有扭曲，节理较发育，节理多呈 张开型，节理面充填少量褐黄色黏土。 ２施工情况 该隧道自出口往进口方向掘进，现场采用三台阶七步法开挖，掌子面 上台阶里程ＤＫ１５５＋３８６．７，中台阶里程ＤＫ１５５＋３９３．１，下台阶里程 ＤＫ１５５＋３９９．５，仰拱里程ＤＫ１５５＋４２０，二衬里程ＤＫ１５５＋４４０．３。 当日１３：００左右ＤＫ１５５＋４２５～＋４１７段线路左侧拱墙部位出现初支表层 混凝土掉块现象，有环向裂缝，ＤＫ１５５＋４２０左侧下锚加宽段钢拱架有变形 现象；次日１８：００左右ＤＫ１５５＋４２０一＋４１７￣绝缘下锚段所加设的横向工字 钢支撑发生扭曲现象，非绝缘锚段加宽断面与Ｖ级Ｂ型断面临界处上台阶 钢拱架拱脚型钢产生弯曲，连接处钢板裂开。ＤＫ１５５＋４２０～＋４２５拱腰处初 期支护表面也出现明显剥落掉块现象，安全形势严峻。 ３变形处理技术措施 １）该隧道产生轻微变形时，在ＤＫ１５５＋４１７一＋４２Ｏ段下台阶拱脚横断面 方向采用Ｉ２０ｂ型钢钢架加设临时横撑，并在拱脚与其上约１．５ｍ处设置Ｉ２０ｂ 型钢斜撑，左侧加宽段的初期支护沿线路方向加设两道型钢横撑，支顶在 开裂连接板处的上、下５０ｃｍ￣置。 ２）加强监控量测频率及成果分析。 ３）对ＤＫ１５５＋４２５＿９～＋４２Ｑ３仰拱、二衬及填充采用ｃ３５混凝土一次性浇筑。 ４）隔天后变形突然加剧，每半小时监控量测一次，自１８：００～２１：３０的 时间段，ＤＫ１５５＋４１５拱顶沉降值１０～１７ｒａｍ，水平收敛值１６．９～２７．３ｒａｍ， ＤＫ１５５＋４２０￣，顶沉降值９～１４ｒａｍ，水平收敛值８．２～１０．１ｍｍ，ＤＫ１５５＋４２５拱 顶沉降值９～１４ｒａｍ，水平收敛值５．３～７．７ｍｍ，安全形势严峻，洞内人员，机 械全部立即撤离。 ５）对变形段立刻进行洞碴回填反压，经回填反压后，洞身逐渐趋于稳定。 ６）隧道洞身稳定后，由测量人员采用断面仪对变形段洞身初期支护 进行实测，看初期支护是否侵限，若侵限则需要编制换拱方案，在洞身围 岩加固后进行初期支护拆换工作。 ４变形原因分析 １）变形较为明显部位为非绝缘下锚段加宽断面与Ｖ级Ｂ型普通断面 变化处，钢架沿线路小里程方向的临空面缺少约束力。 ２）在该段洞身开挖时，已经发现该段围岩较为软弱，且表面有渗水现 象，施工中虽然采取了超前预支护措施，但仍没有避免超挖大的现象，最 大超挖处近２ｉｎ，对超挖处虽然预留了吹砂孔、注浆孔，并进行了吹砂注浆 回填，但仍可能出现充填不密实的情况。 ３）连续雨天，地表水下渗影响，软化了围岩，导致围岩松弛变形圈过 大，对初期支护的压力增大，最终导致初期支护开裂，掉块现象。雨水下渗 影响是初期支护产生变形的诱因。 ５应急变形处理技术 隧道初期支护变形处理应根据变形量和变形速率的大小采取相应的 支顶加固措施，经过监控量测确定初期支护变形量和变形速率。在预留变 形量还有一定富余量的情况下，５ｒａｍ／ｄ＜变形速率＜１０ｍｒｒｄｄ，可以采取径 向小导管注浆加固围岩。变形速率较大，变形速率＞１０ｍｍ／ｄ，加设临时仰 拱或ｌ临时横撑，临时竖撑、扇形斜撑，进行横向、竖向、斜向支顶，根据监控 量测待围岩暂时稳定后再采取径向注浆加固围岩措施。 ５．１小导管注浆加固 小导管注浆加固是遏制围岩变形的常见处理措施，其材料一般采用 （１）４２热轧无缝钢管。小导管制作时其前部钻注浆孔，孑Ｌ径６～８ｍｍ，孔间距 １０ ２０ｅｒａ，呈梅花形布置，前端加工成锥形，尾度不小于３０ｅｒａ，作为不 钻孔的止浆段。小导管的长度和在初期支护表面布置的纵向和环向间距， 可根据围岩变形的程度现场确定，当５ｒａｍ／ｄ＜变形速率＜１０ｍｍ／ｄ，小导管 的长度与间距可与系统锚杆的长度与间距相同；当变形速率＞１０ｍｍ／ｄ，其 长度可比系统锚杆长度适当加长，间距也可适当减小，无论在何种情况下 小导管均要与系统锚杆错开布置。 ５．２临时仰拱 临时仰拱采用型钢材料，临时横撑采用型钢或大钢管均可作为材料。 临时仰拱或临时横撑支顶效果明显，在围岩变形的情况下，临时仰拱能很 好地遏制初期支护变形的加剧，从而为小导管径向加固围岩赢得时间。临 时仰拱一般设在开挖台阶的底部，可以单独使用，也可以与钢筋网片、纵 向连接筋、喷射混凝土联合使用。临时横撑既可以用在开挖台阶的底部， 同时又可以根据初期支护变形的位置和高度悬空使用。无论采用临时仰 拱或临时横撑支顶其端头型钢都要尽可能地与初期支护中的钢架密切地 焊接在一起，必要时增加肋板。 ５．３临时竖撑、临时斜撑 临时竖撑、扇形斜撑可以采用型钢、大钢管或圆木，当拱顶下沉量小 时，可只支顶临时竖撑，拱顶下沉量较大时临时竖撑、扇形斜撑共同采用。 临时竖撑与扇形斜撑既可以单独使用，也可以与临时仰拱或临时横撑配 合使用。 ５．４双层工字钢 双层工字钢是对初期支护表面环向加固的临时支顶措施，当全断面 初期支护变形较大，存在安全隐患，悬空临时横撑施作困难，竖撑或扇形 斜撑不方便施作时，采用环向双层工字钢，可以每榀设置，也可以隔一榀 施作一榀。工字钢之间设置纵向连接筋。若是初期支护侵限段有可能放置 时间较长，安全隐患较大的情况下，还可以在钢架之间设置钢筋网片，喷 射厚度不少于４ｃｍ的混凝土，形成双层初期支护。 ５．５回填反压 填岩土回填反压既可以用于隧道内洞身变形处理，又可以用在洞外 处理，当山体偏压或边仰坡有不稳定现象时，在施工空间允许的情况下可 ‘２４５‘ ｄ自囝 路桥建设 坡脚反压回填，减缓山体的坡度，对边坡有可能失稳的现象进行遏制。洞 况，判断围岩变形趋势，采取适当的临时加固措施，对围岩进行注浆加固， 内反压回填是在隧道洞身初期支护变形较大情况下施作临时横撑和竖撑 才能有效地避免初期支护侵限或隧道坍塌事故的发生。 无论是时间上或空间上对机械、人员有较大安全隐患难以施作的情况下 进行的。以上五点措施都是临时性的，对变形围岩径向注浆加固提高围岩 参考文献： 自成拱能力，遏制围岩继续变形才能从根本上解决问题。 【１］软弱围岩隧道施工技术Ⅱ１。中国水运．２０ｌｏ（ｔ） ［２］对软弱围岩隧道施工方法及施工工艺措施的探讨ｏ】．公路工程．２０１１（４） ６结语 综上，在隧道施工中应重视、加强监控量测的工作，预知围岩变形情 （上接第２４４页） ——依次为０．０７５ｍｍ、０．１５ｍｍ……至集料最大粒径的排序。 工工艺和原材料质量控制，特别是石料的含泥量。使用干净、具有良好性 能级配的、结构层稳定性好的材料，并在施工时避免离析，加强压实，可提 做两次平行试验，取平均值作为每筛孔筛上筛余量的试验结果． 从试验结果并结合对钻芯芯样外观观察综合分析：该路段的混合料 高沥青路面的高温稳定性。 中细料偏多，粗料偏少，混合料的内摩擦角小及强度较低，形成悬浮密实 式结构，强度以沥青粘结力为主，集料之间未形成骨架，从而也导致沥青 混合料的强度降低，抗车辙能力较差，是出现车辙病害的主要原因。 ３现场调查分析重型超载车辆是造成车辙的重要因素。受施工改道影响，大量重型超 载车辆在该路段上行驶，速度慢且渠化交通现象严重。车速也是形成车辙 的主要因素之一。假如汽车荷载相同，车辆如果以ｌＯＯｋｍ／ｈ的速度行驶，对 路面沥青层的作用时间约为０．０２ｓ，如果行驶速度只有２０ｋｍ／ｈ，则对路面沥 青层的作用时间约为０．１ｓ，即以２０ｋｍ／ｈ的速度行驶产生的形变相当于以 ｌＯＯｋｍ／ｈ的速度行驶五遍所产生的形变，也就是说，车速降低对车辙的影响 很大 。 根据施工单位提供的情况，由于施工需要，该病害路段长时间单一车 道通行，且为较长纵坡下坡处，坡的末端为一桥梁，当时桥头路面未完工， 车辆到此有紧急刹车减速过程，造成路面受横向力较大，同时众多重载车 辆慢速依次通过，导致沥青路面变形来不及恢复，最终积累引起车辙。 施工质量控制是影响沥青成型后质量的关键。施工过程中影响质量 的因素较多，如施工设备的种类、车况、施工程序的规范化、驾操人员的操 作水平等都会影响到最终到沥青路面的质量。在施工过程中还应加强施 ・２４６・ 根据现场取芯发现，在取芯的过程中很多芯样不是基层和面层连在 一起的整体芯，断芯率较高。面层受行车水平力和垂直力的综合作用，在 面层结构内产生剪力从而产生车辙。 ４结语 形成车辙的影响因素很多，归结起来可分为内因、外因及其他因素三 大类。其中内因主要反映在材料本身的质量上；外因主要是气候条件和重 车数量的增加；其他因素则是指路面基层和路面结构组成及其施工质量 对路面车辙的影响【司。分析该路段出现车辙病害的原因有如下几个方面： （１）内因：第一是沥青用量偏大，沥青的高温稳定性差，路表温度超过 了该沥青的软化点，导致混合料的强度降低，从而导致车辙病害；第二混 合料级配不合理，沥青混合料中油石比偏大，混合料中细料偏多，粗料偏 少，集料之间未形成骨架，抗车辙能力较差； （２）外因：病害路段长时间单一车道通行，下坡处桥头路面未完工，车 辆到此有紧急刹车减速过程，造成路面受横向力较大，同时众多重载车辆 慢速依次通过，导致沥青路面变形来不及恢复，最终积累引起车辙； （３）其他：主要是基层和面层的粘结较差，基层和面层没有形成一个完 整的受力体系，在行驶车辆的竖向压力和水平剪力的长久作用下，导致出 现车辙。
