隧道初期支护大变形的一些处理方法

隧道初期支护大变形的一些处理方法

隧道位于-0.74567%下坡段，隧址区地貌属丘陵类型，隧道近东西向西穿越两座山岭，自然坡度较陡。隧道洞身为变质砂岩、千枚岩夹薄层煤层，裂隙、破碎构造发育，施工时隧道YK45+432～YK45+468段因雨季岩石裂隙地下水下渗，导致隧道围岩压力增加，隧道局部失稳而使初期支护发生了较大变形。文章介绍了在这种复杂地质条件下，通过围岩监控量测配合系统支护，合理调整支护参数及施工方法，并在工艺上加以细化，总结出了该段初支大变形的处理方法，对在隧道施工中遇到同样的情况有一定借鉴作用。

标签：大变形；监控量测；支护参数；处理方法

1 工程概况

隧道全长1052米，全洞位于-0.74567%下坡段，隧址区地貌属丘陵类型，隧道近东西向西穿越两座山岭，自然坡度较陡。隧道进出口属于第四纪残坡积土及全-强风化粉砂岩、千枚岩，结构松散，岩体破碎，稳定性较差；洞身为弱-微风化变质砂岩、千枚岩夹薄层煤层，裂隙、破碎构造发育，较破碎，以Ⅳ级围岩为主。隧道洞身为变质砂岩、千枚岩夹薄层煤层，裂隙、破碎构造发育。地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，水量较小，局部有滴水，雨季时有涌水和短时突水现象（主要在断裂带）。地表低洼处雨季有汇聚水，并形成溪流。

施工时隧道YK45+432～YK45+468段因雨季岩石裂隙地下水下渗，导致隧道围岩压力增加，隧道局部失稳而使初期支护发生了较大变形，出现初期支护局部开裂和侵入二次衬砌界内等问题。YK45+432～YK45+456段设计支护类型为S4b，YK45+456～YK45+468段设计支护类型为4a。具体变形情况如下：YK45+432～YK45+468段初期支护喷射砼面多处出现裂缝，掉块，其中YK45+448～468段初期支护变形较大，该段变形一般在20cm以上，最大变形（YK45+455拱顶中心处）侵入原设计二衬达41cm，YK45+465处（距掌子面3m）右侧变形较大，侵入原设计二衬达35cm。YK45+430～448段变形较小，该段最大变形发生在YK45+440拱顶处，侵入原设计二衬8cm。

2 处理方案

首先在初期支护内侧设置环向钢支撑，以加固发生变形的初期支护，对发生大变形段的围岩进行注浆加固处理，再结合监控量测结果待变形减小并基本趋于稳定后对变形段采取换架处理，同时根据实际情况加强变形段的支护参数以确保工程安全。

2.1 总体方案介绍

2.1.1 总体处理方案

（1）YK45+425～430段在已成断面初期支护结构层上做径向注浆加固围岩处理，保留原初期支护，按原围岩结构形式施作二衬。

（2）YK45+430～438段在已成断面初期支护结构层上做径向注浆加固围岩处理，保留原拱墙初期支护，增加仰拱初期支护，二衬加强配筋。

（3）YK45+438～468段在已成断面初期支护结构层上做径向注浆加固围岩处理，拆除原初期支护，按S5a衬砌类型扩大开挖，作初期支护和二衬加强配筋衬砌。

2.1.2 具体施工安排

先对变形段先进行注浆加固，然后倒换支撑、逐榀换架处理，换架至掌子面后，即采用双侧壁导坑法进行开挖，考虑到该段围岩松散、破碎，且倾角约50度，极为不利，双侧壁采用上下台阶进行施工（上台阶4.5米，下台2米）。先施工左右侧壁，核心土等侧壁下台阶及仰拱封闭成环后再进行开挖，以确保掌子面及初支安全。

拆除拱架时采用油锤破碎并结合风镐进行施工，尽量少扰动围岩；仰拱及二次衬砌要紧跟，以确保安全。施工程序详见初支变形段施工程序图。

（1）在注浆完成后，即跟进YK45+425～430段下台阶及YK45+430～438段仰拱。在换架时，先进行YK45+457～468段换架施工，并同时跟进中台阶。

（2）中台阶至掌子面后，即采用双侧壁坑法（分上下台阶：上台阶4.5米，下台阶2米）进行掘进（先施工左右侧壁，核心土等仰拱成环后开挖）；在双侧壁开挖的同时，进行YK45+438～457段换架施工。

（3）紧跟下台阶及仰拱至YK45+468后，进行双侧壁下台阶及仰拱封闭，侧壁仰拱成环后，再进行核心土的施工；同时二次衬砌紧跟。

2.2 施工技术措施

2.2.1 初支变形段临时加固措施

在初支变形后，立即采用如下措施进行临时加固：

（1）YK45+432～457段

在初期支护钢拱架内侧每榀对应位置设环向钢支撑，环向钢支撑采用I20B工字钢弯制；为防止拱脚处下沉及收敛，在钢支撑拱脚处设60×60×1.5cm钢板为底脚钢板，并在钢板内侧向地面垂直各打设两根L=2m φ42mm钢管锁脚。钢支撑间采用φ22钢筋连接，间距为1米；为确保临时钢支撑受力均匀，在钢支撑与初期支护砼间用木板垫实，间距1米。

（2）YK45+457～468段

在YK45+457～468段，除采取以上措施外，另增加扇形支撑，并拱脚处设横梁支撑，横梁采用2I22a工字钢，扇形支撑采用I20b工字钢。

2.2.2 注浆加固

洞内注浆由外向里分段（纵向）、分区（环向）进行，先拱腰区后拱顶区（自下而上），间隔跳打，采用潜孔钻打孔，边打孔边注浆，以确保施工安全。

2.2.3 换架

在注浆加固完成，达到设计要求强度后，采用倒换支撑法逐榀拆除、逐榀换架。

先将YK45+457处拱架换架支立至中台阶，然后進行YK45+457～468段上台阶换架施工，对上台阶进行换架，同时中台阶紧跟，距离不超过3榀。该段施工完成后，即进行YK45+438～457段换架施工，同时下台阶及仰拱紧跟，距离不超过10米。

（1）原初期支护拆除先将欲换架位置的临时钢支撑拆除（其它位置钢支撑不拆除），然后采用油锤结合风镐破除初期支护砼，然后切断连接钢筋、网片及锚杆，整榀一次拆除。

（2）及时支护

在原拱架拆除后，立即用风镐修边，达到设计要求后，及时立架，进行支护。为确保安全，每榀拱架增设八根锁脚锚杆，锁脚锚杆采用L=3.5m小导管施工。

根据开挖情况，如果注浆效果不佳，拆换过程中出现岩体松散、掉块严重现象按S5a衬砌类型施工时要求的间距施作超前小导管进行预支护，以确保施工安全。

3 监控量测

3.1 量测管理

3.1.1 各预埋测点牢固可靠，易于识别并妥善保护，不得任意撤换和破坏，并建立量测点埋设的记录资料。

3.1.2 量测工作按计划实施，不得中断。

3.1.3 量测数据要及时、准确，量测结果及时报告，以便掌握动态信息。

3.1.4 记录要正规，资料要齐全，计算要正确，以便为竣工文件积累资料。

3.1.5 根据量测资料进行回归分析得出围岩总位移值及变化规律后，将其值与规范规定值进行比较：当计算值小于或等于规范规定值时，可将回归分析值作为围岩变形控制依据，建立管理等级，见表1。

表1 量测管理等级表

3.1.6 量测管理系统流程（见下图）

3.2 洞内监控量测

3.2.1 监测位置

为确保施工安全，对该变形段加强监控量测，加密监测点布置，每5米设置一个监测断面，具体如下：YK45+425、YK45+430、YK45+435、YK45+440、YK45+445、YK45+450、YK45+455、YK45+460、YK45+465、YK45+470。

3.2.2 监测方法及频率

3.2.3 监测数据整理

（1）绘制位移量随时间变化的曲线；（2）绘制位移速度随时间变化的曲线；（3）绘制位移量与开挖面距离关系曲线；（4）找出位移-时间回归曲线，求出最终净空位移量。

3.2.4 数据分析及应用

（1）隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算的总相对位移值均应小于下表所列的数值。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近该表所列数值，或者喷层表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。

（2）根据量测时间及位移量绘制曲线，如下图所示：

反常曲线是指非工序化所引起的位移急骤增长现象。此时应加密监视，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。

（3）当隧道水平位移收敛速度为0.1～0.2mm/天，拱顶下沉位移速度0.1mm/天，可以认为围岩已基本稳定，应根据量测结果确定二次衬砌施作的适当时间，施作过早可能使二次衬砌承受过大的荷载， 施作过迟则可能使初期支護破坏。

（4）在监测过程中，若发现净空位移量过大或收敛速度无稳定趋势时，对

结构应采取补强措施：

a.增加喷射混凝土厚度，或加长加密锚杆，或加挂更密更粗的钢筋网。

b.提前施作二次衬砌，要求通过反分析校核二次衬砌强度。

c.提前施作仰拱。

3.2.5 若发现净空位移收敛速度具有稳定趋势时，应根据次求出隧道结构初期支护及二次衬砌上的最终荷载，以便对结构的安全度作出正确的判断。

3.2.6 若经过对各种量测数据联合反分析后，发现初期支护或二次衬砌结构安全系数较大，在经过设计人员同意后，可对下一段与此地质类型相近的支护参数作适当调整。

4 结束语

通过本隧道初支大变形段的处理，以及技术措施在施工中的实施，初步总结以下几点仅供参考：

4.1 超前地质预报工作必须纳入工序管理，同时提高隧道超前支护施工质量，为制定切实有效的施工方案及支护参数提供依据。

4.2 加强监控量测工作，以通过分析量测反馈的数据指导施工。

4.3 应制定周密的处理复杂围岩地段的施工方案和施工方法，坚持按新奥法的原理指导施工；坚持“以防为主，宁强勿弱，步步为营，稳重求快”的指导思想；坚持“管超前，少扰动，早喷锚，强支护，紧封闭，勤量测”的施工方针，以避免初支大变形的情况发生。