隧道上導(dǎo)坑初期支護(hù)發(fā)生變形處理施工方案

黃志榮

(中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司，福建福州 350013)

1 工程概況

龍巖市工業(yè)東路隧道工程建設(shè)地點(diǎn)為龍巖中心城區(qū)北側(cè)，設(shè)雙向分離式隧道，隧道左、右洞均在解放北路與工業(yè)中路交叉口東側(cè)進(jìn)洞，線位在后山東側(cè)的沖溝段向北側(cè)偏移，以避免高邊坡開挖，出口側(cè)連接線與東興路交叉。左隧道里程ZK0+100～ZK1+636.66，全長為1536.66m，右隧道里程 YK0+100～YK1+634.56，全長為1534.56m，隧道總寬3.75×2+0.5×2+1.0×0.2=10.5m(每座隧道)。隧道右洞進(jìn)口YK0+100～YK0+403段圍巖為強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，巖體極破碎、側(cè)壁穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生較大坍塌，地下水呈點(diǎn)滴狀，設(shè)計(jì)為Ⅴ類圍巖。

2 初期支護(hù)變形概況

工業(yè)東路隧道于2009年10月1日開始進(jìn)洞掘進(jìn)開挖，由于隧道左右洞K0+122～K0+300段穿越洞頂密集民房區(qū)，該段隧道采用CRD法開挖。截止到2010年1月1日，右洞進(jìn)口端上導(dǎo)坑右側(cè)掘進(jìn)支護(hù)126m，上導(dǎo)坑左側(cè)掘進(jìn)支護(hù)100m，下導(dǎo)坑右側(cè)掘進(jìn)支護(hù)90m，下導(dǎo)坑左側(cè)掘進(jìn)支護(hù)80m，并施作仰拱初支形成封閉及C15混凝土隧底回填。

2010年1月1 日23:30左右，隧道右洞右側(cè)上導(dǎo)坑YK0+200～YK0+221段初期支護(hù)右側(cè)Ⅰ20b工字鋼突然向隧道中心發(fā)生側(cè)向位移，拱頂拱腰發(fā)生變形。出現(xiàn)險(xiǎn)情后，現(xiàn)場立即采取了緊急處理措施，啟動應(yīng)急預(yù)案，同時向上級報(bào)告情況。

變形事故立即引起了上級領(lǐng)導(dǎo)高度重視，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)均以最短的時間火速趕赴現(xiàn)場，指揮搶險(xiǎn)工作，組織搶險(xiǎn)工作的實(shí)施。到2日00:30洞頂居民均安全撤離原住房，2日凌晨3:30變形段Ⅰ20工字鋼臨時支撐完成，防止圍巖變形進(jìn)一步發(fā)展。

3 初期支護(hù)變形的緊急處理方案

1)人員疏散。出現(xiàn)險(xiǎn)情后立即停止施工，組織洞內(nèi)施工人員安全撤離施工現(xiàn)場，同時啟動應(yīng)急預(yù)案，立即派人到洞頂區(qū)，連夜組織當(dāng)?shù)鼐用癯冯x原住房，把他們安排到市內(nèi)賓館居住，并做好他們的思想工作，取得他們的理解和支持。

2)初期支護(hù)變形影響段的緊急處理。初期支護(hù)右側(cè)Ⅰ20b工字鋼突然向隧道中心發(fā)生側(cè)向位移后，此段拱腰變形，拱頂開裂，并且整個支護(hù)斷面全部侵入襯砌凈空，并不時出現(xiàn)碎渣從縫隙中流出。為了控制此段的支護(hù)繼續(xù)變形，防止此段發(fā)生塌方而加長整個塌方長度，同時擔(dān)心危及到洞頂民房的安全，及時用料庫現(xiàn)有的Ⅰ20工字鋼進(jìn)行橫向、豎向臨時加固支撐，防止圍巖進(jìn)一步變形發(fā)展。

3)加強(qiáng)圍巖量測監(jiān)控。a.在洞內(nèi)進(jìn)行拱頂下沉及周邊收斂量測，監(jiān)測結(jié)果表明，采取了臨時加固措施之后，圍巖變形基本趨于穩(wěn)定。b.在洞頂?shù)乇碓O(shè)置觀測點(diǎn)，監(jiān)測地表沉陷變化情況，以防止意外事故發(fā)生。

4 初期支護(hù)發(fā)生側(cè)向位移原因分析

初期支護(hù)右側(cè)工字鋼發(fā)生側(cè)向位移后，業(yè)主組織勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位并邀請市質(zhì)量安全監(jiān)督站等有關(guān)專家到現(xiàn)場查看，共同分析，一致認(rèn)為變形主要原因是隧道右洞右側(cè)圍巖有斷裂帶，由于隧道開挖破壞原有結(jié)構(gòu)，而產(chǎn)生很大的側(cè)向偏壓，把已經(jīng)支護(hù)好的工字鋼推移。

5 初期支護(hù)變形處理施工方案

初期支護(hù)工字鋼發(fā)生側(cè)向位移后，對YK0+200～YK0+221段初期支護(hù)進(jìn)行全面量測，因受工字鋼側(cè)向位移影響，此段圍巖整體性已被破壞，存在大面積的初期支護(hù)侵限，其中最大侵限值為38.5cm，而且隧道軸線右側(cè)比左側(cè)侵限的厚度和長度偏大，因此處理原則先臨時支撐，后打管注漿加固圍巖，再鑿除侵限部位，然后初期支護(hù)，最后襯砌。隧道初期支護(hù)變形見圖1。

圖1 上導(dǎo)坑初期支護(hù)變形縱斷面圖

首先及時采用工地料庫現(xiàn)有的Ⅰ20工字鋼進(jìn)行橫向、豎向臨時加固支撐，防止圍巖變形發(fā)展。Ⅰ20工字鋼長度6.5m，縱向間距1m布置。

5.1 隧道右洞右側(cè)拱腰處圍巖斷裂帶φ108無縫鋼管注漿

根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)充鉆探可知，右側(cè)圍巖斷裂帶位置距離隧道右側(cè)初期支護(hù)面約8.0m。通過注漿對隧道斷裂帶及周圍松散巖體進(jìn)行加固，使注漿之后在隧道輪廓右側(cè)形成2m～8m厚的注漿固結(jié)殼體并與好的圍巖連接成一個整體，不再形成很大的側(cè)向壓力。

1)工藝流程。注漿管制作、場地平整、測量定位→鉆機(jī)就位→鉆孔→清孔→頂進(jìn)注漿管→漿液制備→注漿→封口。

2)注漿管布設(shè)。注漿管布置根據(jù)設(shè)計(jì)要求分兩排，上下排間距為2m，下排距離拱腳處1.0m，縱向間距為1m，共布設(shè)21×2=42根，每根注漿管要伸入斷裂帶2m。由測量人員用紅油漆在初期支護(hù)外側(cè)準(zhǔn)確標(biāo)出鋼管位置，注漿管布設(shè)見圖2。

圖2 右側(cè)圍巖斷裂帶注漿管布置示意圖（單位：m）

3)φ108無縫鋼管加工及連接。為了使?jié){液充分滲入巖層裂隙，使隧道斷裂帶和松散巖體形成加固殼，管棚采用花管，即在無縫鋼管上布置φ15mm的注漿孔，孔眼排列呈梅花形，間距為15cm×15cm。

每一根管棚在安裝最后一節(jié)時，在鋼管上要預(yù)留1.5m長不鉆孔，以起到止?jié){作用。鋼管的連接采用套管絲扣連接法(見圖3)。

圖3 鋼管連接示意圖

4)鉆孔。鉆孔選用0°～360°的地質(zhì)鉆機(jī)，鉆孔直徑為130mm，采取隔一鉆一方式。開孔時低速慢進(jìn)，保持鉆桿順直，鉆進(jìn)過程中一般中壓慢進(jìn)，中等鉆速及中量循環(huán)液，防止鉆速過快使孔道偏斜。在鉆孔過程中要及時檢查鉆孔方向的準(zhǔn)確性，同時要把鉆芯取出來，做好巖性記錄，用以確定斷裂帶的具體位置和注漿管安裝長度。

5)頂進(jìn)鋼管。使用鉆機(jī)自身的伸縮進(jìn)行頂管，一旦頂進(jìn)困難時，采用手動葫蘆固定于工字鋼上鋪助頂進(jìn)。

6)注漿。a.注漿參數(shù)的選定。注漿參數(shù):水泥漿∶水玻璃=1∶0.5(體積比);水灰比為 1∶1;水玻璃:35Be′;注漿壓力:0.5MPa～1.0MPa;緩凝劑，根據(jù)試驗(yàn)確定摻量。b.注漿施工。注漿前先用漿液把孔中水壓出管外，待漿液流出并且流出漿液濃度與漿桶中相同時，再封閉孔口鋼板，加壓并要穩(wěn)定壓力在0.5MPa～1MPa之間，每根管要連續(xù)注漿，以設(shè)計(jì)注漿量和注漿終壓作為注漿結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)專人做好注漿記錄。注漿結(jié)束后用M10水泥砂漿充填鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。

5.2 小導(dǎo)管注漿

在隧道右洞右側(cè)拱腰處圍巖斷裂帶大導(dǎo)管注漿完成后，對其他部位圍巖全部進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固，考慮到右側(cè)及拱頂?shù)膰鷰r受塌方的影響較大，支護(hù)變形收斂嚴(yán)重，注漿管間距為50cm×50cm，左側(cè)邊墻的圍巖受塌方的影響較小，支護(hù)變形收斂較小，注漿管間距為80cm×80cm，注漿管呈梅花形布置，外插腳30°。注漿管長度6.0m，φ45無縫鋼花管，鋼管外端1.5m范圍內(nèi)不鉆孔，其余4.5m范圍內(nèi)梅花形鉆孔。根據(jù)設(shè)計(jì)，標(biāo)定注漿孔位置，利用YT7655風(fēng)槍沿洞徑向鉆孔，施工中技術(shù)人員對鉆孔位置和孔深進(jìn)行記錄、檢查，對不合格的孔要重鉆或補(bǔ)鉆，保證成孔質(zhì)量。

5.3 侵限混凝土鑿除更換工字鋼

在導(dǎo)管注漿強(qiáng)度滿足要求后，鑿除侵限混凝土，拆除已經(jīng)變形的工字鋼架。重新支立Ⅰ20b工字鋼鋼架支撐，做好工字鋼架拱腳處的鎖腳錨桿(φ42無縫鋼管，L=4.0m)，并沿工字鋼架打φ25砂漿錨桿(@100×50，L=3.5m)加固，布設(shè)鋼筋網(wǎng) φ8(環(huán)) ×φ8(縱)20cm×20cm，網(wǎng)噴C25混凝土厚26cm。

5.4 下導(dǎo)坑開挖

下導(dǎo)坑開挖采取先拉中槽，再挖馬口的方法進(jìn)行，馬口開挖后，立即初噴混凝土，打錨桿、掛網(wǎng)、接立工字鋼鋼架、縱向連接鋼筋、噴混凝土。

5.5 二次襯砌

初期支護(hù)變形段要遵循襯砌緊跟支護(hù)，開挖一組，襯砌一組的原則。符合二次襯砌要求的斷面、長度后，要及時鋪設(shè)導(dǎo)水盲管、防水板、綁扎二次襯砌鋼筋和施作二次襯砌混凝土。

5.6 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是確保隧道科學(xué)安全施工的重要手段，尤其是對于初期支護(hù)變形處理，更是必不可少的。為此初期支護(hù)變形處理過程中對隧道圍巖和地表下沉進(jìn)行不間斷地、適時地監(jiān)控量測，為安全順利完成初期支護(hù)變形處理提供了科學(xué)依據(jù)。

1)地表監(jiān)測。

a.監(jiān)測內(nèi)容:地表下沉。b.測點(diǎn)布置:地表下沉量測點(diǎn)布置在隧道洞頂居民區(qū)民房墻角上(或混凝土地面上)，以初期支護(hù)變形最嚴(yán)重(YK0+210)為基點(diǎn)，前后左右布設(shè)。縱向每隔10m布設(shè)一個測量斷面，共布設(shè)9個量測斷面，每個斷面每隔5m布設(shè)一個橫向觀測點(diǎn)，橫向布點(diǎn)在3倍的洞徑范圍進(jìn)行。c.量測方法:用北京博飛DZS3-1自動安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測量。d.頻率:每天分別于7:00，12:00，17:00觀測3次。

2)洞內(nèi)監(jiān)測。

a.觀測項(xiàng)目:拱頂下沉、周邊收斂和上導(dǎo)坑底板隆起三個項(xiàng)目。b.測點(diǎn)布設(shè):每5m布設(shè)一個測量斷面。按量測要求，每個斷面埋設(shè)9個點(diǎn)。c.量測方法:采用WRM-3收斂儀進(jìn)行周邊收斂量測。用水準(zhǔn)儀配合懸掛鋼尺量測拱頂下沉，作為收斂量測的補(bǔ)充，用水平儀測量上導(dǎo)坑底板隆起。d.量測頻率:每5h觀測1次，每日3次。

3)量測數(shù)據(jù)收集、分析處理。

為檢驗(yàn)量測結(jié)果的可靠性，了解圍巖變形規(guī)律和穩(wěn)定程度，對量測數(shù)據(jù)通過位移—時間曲線進(jìn)行回歸分析。利用u=A×e-b/t函數(shù)將量測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與回歸分析，繪出位移—時間曲線。

4)量測信息反饋。

監(jiān)控量測的目的在于指導(dǎo)初期支護(hù)變形處理，對數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時進(jìn)行反饋，為采取相應(yīng)對策提供科學(xué)依據(jù)。a.當(dāng)位移—時間曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)時，同時初期支護(hù)開裂或掉塊，此時盡快采取補(bǔ)強(qiáng)措施以防塌方。b.當(dāng)位移急劇增加，每天的相對凈空變化超過10mm時，重點(diǎn)加強(qiáng)觀測，并密切注意支護(hù)的結(jié)構(gòu)變化。c.當(dāng)位移、周邊收斂、拱頂下沉量達(dá)到預(yù)測終值的80%～90%，收斂速度小于0.1mm/d～0.2mm/d，拱頂下沉速率小于 0.07mm/d～0.15mm/d時，可認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定，可以施作二次襯砌。d.如果是由于基底下沉引起的，盡快仰拱封閉，如仍然下沉，在墻角處加設(shè)錨桿，復(fù)噴混凝土并在基底鉆孔注漿加固。

5.7 小導(dǎo)管注漿施工工藝及參數(shù)選取

1)注漿施工工藝流程。注漿管加工制作、測量定位→鉆孔→鉆孔質(zhì)量檢查→注漿管安裝→連接頭防護(hù)、噴混凝土止?jié){→漿液制備、機(jī)具準(zhǔn)備→順序注漿→效果檢查。

2)注漿機(jī)械。洞內(nèi)注漿機(jī)械為2臺2TC260注漿泵。

3)材料。水泥:龍麟牌普硅425。速凝劑:DH-Ⅱ型速凝劑。水:飲用水。

4)注漿液的配制。水灰比0.5，速凝劑摻量為水泥用量的6%。水泥密度取3.0kg/cm3。

配制每桶泥漿，水和水泥用量為0.236×750=177kg，考慮影響系數(shù)，取150kg，即每桶加3袋半水泥后加滿水，并摻加9kg速凝劑，攪拌均勻即可，每臺注漿泵至少配2個～3個泥漿桶。

5)施工要求。a.為保證注漿效果，注漿遵循先塌體后超前、先下后上、先拱腳后拱頂、先兩端后中間的注漿順序。注漿時先采用小壓力0.2MPa，并逐漸增加壓力直到1.0MPa，持續(xù)1min停止注漿。b.注漿過程中要不停攪拌桶內(nèi)的泥漿，以防止水泥漿在速凝劑的作用下凝固。c.施工中根據(jù)設(shè)計(jì)注漿量和現(xiàn)場觀察控制每孔注漿量，發(fā)現(xiàn)注漿孔周圍有漏漿現(xiàn)象時，在檢查止?jié){層未失效的情況下，停止注漿;當(dāng)注漿量超出設(shè)計(jì)量較多，應(yīng)暫停，并換孔注漿，之后再繼續(xù)壓注。

6 結(jié)語

隧道工程在掘進(jìn)過程中，由于不明地質(zhì)等原因，造成初期支護(hù)發(fā)生拱頂、拱腰變形，繼而產(chǎn)生坍塌時有發(fā)生。因此進(jìn)行地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖和初期支護(hù)至關(guān)重要。如果初期支護(hù)拱頂、拱腰發(fā)生變形還未產(chǎn)生塌方時，及時采用臨時鋼支撐、周圍松散巖體注漿、更換工字鋼重新立架、鑿除侵限初支混凝土再掛網(wǎng)噴混凝土等措施，可以取得良好效果。該方案在本人負(fù)責(zé)的龍巖市工業(yè)東路隧道工程掘進(jìn)過程中初期支護(hù)變形處理的應(yīng)用，取得很好的效果，使該隧道工程按期、保質(zhì)、保量順利完成，得到業(yè)主、監(jiān)理、市質(zhì)量安全監(jiān)督站等單位的好評，該隧道工程被評為“2012年度福建省龍巖市市政優(yōu)質(zhì)工程”。該方案可為今后隧道工程掘進(jìn)時出現(xiàn)類似情況的處理提供參考。

［1］崔玖江，崔曉青.隧道與地下工程注漿技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010:103-104.

［2］黃慶華，杜 敏.水平長大管棚超前支護(hù)施工工法［A］.工程建設(shè)工法匯編［C］.中國鐵道建筑總公司，2007.