山?jīng)_新村隧道初期支護(hù)變形侵限分析及處治

張安睿

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng)　550000)

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山?jīng)_新村隧道初期支護(hù)變形侵限分析及處治

張安睿

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng)550000)

摘要：對(duì)昆明繞城高速公路山?jīng)_新村隧道初期支護(hù)變形侵限的成因進(jìn)行探討，提出了處治方案。通過(guò)有限元計(jì)算對(duì)初支大變形及處治方案進(jìn)行了計(jì)算分析，為類似初期支護(hù)變形侵限處治提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：初期支護(hù)；變形侵限；計(jì)算分析；處治方案

1概述

山?jīng)_新村隧道位于云南省澄江縣山?jīng)_新村，是昆明繞城高速公路東南段一座雙洞6車道中隧道。左幅隧道樁號(hào)為ZK99+640～ZK100+467，長(zhǎng)827 m；右幅隧道樁號(hào)為YK99+660～YK100+450，長(zhǎng)790 m。隧址區(qū)上覆第四系殘坡積層(Qel+dl)粉質(zhì)粘土。下伏基巖為侏羅系馮家河組(J1f)紫紅色、灰綠色，薄～中厚層狀泥巖夾砂巖，局部粉砂巖和泥質(zhì)灰?guī)r。場(chǎng)區(qū)地下水類型為基巖裂隙水，主要為強(qiáng)風(fēng)化帶裂隙富水、導(dǎo)水，地下水埋藏淺，枯季徑流模數(shù)0.5～1 L/s·km2。地下水靠大氣降水補(bǔ)給，裂隙不發(fā)育的中風(fēng)化基巖層為相對(duì)隔水層。

本次初期支護(hù)變形侵限出現(xiàn)在ZK99+815～ZK99+837段，該段原設(shè)計(jì)為S4bxj襯砌類型，隧道埋深約65 m，圍巖為Ⅳ級(jí)圍巖，地質(zhì)斷面圖見(jiàn)圖1。隧道施工至該段時(shí)，洞身圍巖為中風(fēng)化泥巖夾砂巖，薄～中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，掌子面局部有點(diǎn)滴狀滲水，故將原設(shè)計(jì)變更為S4axj襯砌類型。S4axj襯砌支護(hù)參數(shù)如下：超前支護(hù)采用Φ42×4 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管環(huán)向間距40 cm，縱向間距3.2 m；拱部及邊墻系統(tǒng)錨桿采用Φ25 mm中空注漿錨桿，布置間距為80 cm×100 cm(縱×環(huán))，錨桿長(zhǎng)度350 cm，中夾巖柱加固采用Φ42×4 mm注漿小導(dǎo)管，布置間距為80 cm×100 cm(縱×環(huán))，長(zhǎng)度500 cm；初期支護(hù)采用I18鋼拱架，間距80 cm，Φ8雙層鋼筋網(wǎng)，25 cm厚的C25噴射混凝土；二次襯砌采用55 cm厚的C35防水鋼筋混凝土。

2初期支護(hù)侵限的現(xiàn)象及成因

2015年6月13日晚9時(shí)，山?jīng)_新村隧道左幅掌子面開(kāi)挖至ZK99+850，二襯施作至ZK99+770，仰拱施作至ZK99+805時(shí)，通過(guò)測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)ZK99+815～ZK99+837段隧道左側(cè)初期支護(hù)變形，經(jīng)隧道斷面測(cè)量，部分地段變形達(dá)到21 cm。隨后聯(lián)合第三方監(jiān)控量測(cè)單位對(duì)該對(duì)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，發(fā)現(xiàn)該段左側(cè)邊墻初期支護(hù)變形值繼續(xù)加大，至2015年6月16日，經(jīng)過(guò)多次復(fù)核測(cè)量；該段左側(cè)邊墻初期支護(hù)變形最大值達(dá)45 cm。

由于ZK99+815～ZK99+837段初期支護(hù)變形侵限發(fā)生時(shí)該段初期支護(hù)已施工完成約一周，該段初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，2015年6月13日至2015年6月16日，該段初期支護(hù)突然發(fā)生較大變形，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分析產(chǎn)生的原因可能有以下2點(diǎn)。

(1)澄江地區(qū)連續(xù)降雨，雨水滲入山體，泥巖受地下水影響，隧道圍巖自穩(wěn)能力降低。

(2)隧道施工存在缺陷，未按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，導(dǎo)致該段初期支護(hù)強(qiáng)度不夠，不足以抵抗應(yīng)力調(diào)整后的圍巖壓力。

為了給初支變形段施工控制提供充分的依據(jù)，對(duì)該段變形嚴(yán)重的左側(cè)邊墻進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描。

通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)圖像結(jié)果可以看出：

(1)上導(dǎo)坑左側(cè)邊墻上0.5 m在ZK99+821.5～+822.5、ZK99+827.5～+829.5存在空洞，深度分別為0.7～1.2 m、0.4～0.9 m，上導(dǎo)坑左側(cè)邊墻上1.5 m在ZK99+829～+831存在空洞，深度為0.6～1.1 m。

(2)上導(dǎo)坑左側(cè)邊墻上0.5 m初期支護(hù)背后在ZK99+820～+822段、ZK99+826～+830段、ZK99+820～+822段存在嚴(yán)重富水區(qū)，大致深度在0.8～1.6 m以后；上導(dǎo)坑左側(cè)邊墻上1.5 m初期支護(hù)背后在ZK99+825～+830、ZK99+834～+837段存在嚴(yán)重富水區(qū)，大致深度在0.8～1.6 m以后；上導(dǎo)坑左側(cè)拱腰初期支護(hù)背后在里程ZK99+818～+829、ZK99+835～+837存在嚴(yán)重富水區(qū)，大致深度在0.8～1.4 m以后，整段幾乎存在富水。

(3)各部位初期支護(hù)背后回填層大致深度在0.3～0.7 m。

(4)變形后圍巖松動(dòng)圈范圍深度大致在0.5～1.3 m。

(5)上導(dǎo)坑左側(cè)邊墻上1.5 m和上導(dǎo)坑左側(cè)拱腰部分里程段存在襯砌背后回填不密實(shí)，深度0.7～1.1 m。

(6)存在不良地質(zhì)病害，富水區(qū)嚴(yán)重位置分別在里程ZK99+825～+829段、ZK99+834～+837段、大致深度在18 m。

從地質(zhì)雷達(dá)掃描的結(jié)果分析隧道上導(dǎo)坑左側(cè)存在空洞和不同程度的富水區(qū)，初支背后部分段落回填不密實(shí)。因此，本段出現(xiàn)邊墻初支變形侵限的主要原因是澄江地區(qū)連續(xù)降雨導(dǎo)致圍巖富水和施工存在質(zhì)量缺陷引起的。

3初期支護(hù)變形侵限的處治措施

隧道初期支護(hù)變形侵限處治通常采用注漿加固圍巖，增加臨時(shí)支護(hù)后進(jìn)行換拱處理。具體措施根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合分析確定如下。

(1)對(duì)富水嚴(yán)重區(qū)域增設(shè)泄水管。

(2)在確保安全的前提下對(duì)掌子面進(jìn)行封閉，初支變形侵限處治未完成前不得恢復(fù)掌子面施工，同時(shí)該段隧道為小凈距段，右幅掌子面與左幅掌子面間距不小于設(shè)計(jì)要求。

(3)對(duì)ZK99+805～ZK99+837段進(jìn)行注漿加固，注漿采用6 m長(zhǎng)ф42 mm鋼花管，布置間距1 m×1 m(梅花形布設(shè))，加固范圍為從拱頂中心線處至左側(cè)邊墻底。

(4)換拱前應(yīng)將二襯施工至ZK99+805。

(5)注漿完成后，待二襯施工到位，經(jīng)測(cè)量確定侵限段變形穩(wěn)定后，進(jìn)行換拱施工，換拱應(yīng)從洞口向大里程方向逐榀進(jìn)行。

(6)換拱時(shí)應(yīng)采取有效的臨時(shí)支護(hù)措施，逃生管道按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)必須有專職安全員進(jìn)行值班。

(7)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，每天進(jìn)行不少于2次的監(jiān)控量測(cè)，如變形量較大，應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)單位，同時(shí)應(yīng)對(duì)ZK99+805～ZK99+837前后段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。

(8)加密ZK99+805～ZK99+837段環(huán)向排水管，環(huán)向排水管間距由原設(shè)計(jì)10 m每道調(diào)整為4 m每道。

4初期支護(hù)變形侵限處治的計(jì)算分析

為了驗(yàn)證初期支護(hù)變形侵限的成因，給該段處治措施提供依據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)資料以及現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)勘和監(jiān)測(cè)資料，建立隧道的地層結(jié)構(gòu)模型，分圍巖富水時(shí)原設(shè)計(jì)和采取處治措施兩種工況計(jì)算分析。

(1)計(jì)算模型

計(jì)算模型的網(wǎng)格劃分如圖1所示。隧道埋深65 m，模型長(zhǎng)113 m，寬108 m，共4 744個(gè)單元，根據(jù)對(duì)山?jīng)_新村隧道左幅左側(cè)圍巖的地質(zhì)雷達(dá)掃描，發(fā)現(xiàn)存在不良地質(zhì)且富水，巖體破碎，結(jié)構(gòu)松散，遇水軟化，自穩(wěn)性差，所以對(duì)左側(cè)圍巖參數(shù)削弱30%。

圖1　模型局部網(wǎng)格劃分

(2)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析，原設(shè)計(jì)模型計(jì)算結(jié)果如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)左側(cè)邊墻有較大位移，圍巖塑性區(qū)在左側(cè)有較大發(fā)展，計(jì)算分析中左側(cè)邊墻最大位移達(dá)到22 cm，根實(shí)際情況比較相符，說(shuō)明在原設(shè)計(jì)支護(hù)下，由于左側(cè)地質(zhì)條件惡化，導(dǎo)致初期支護(hù)強(qiáng)度不足出現(xiàn)大變形，以致初支侵限，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖2　原設(shè)計(jì)支護(hù)下圍巖及初支位移

圖3　原設(shè)計(jì)支護(hù)下圍巖塑性區(qū)

圖4　采取加固措施下圍巖及初支位移

采取處治措施后計(jì)算結(jié)果如圖4所示，圍巖及初支位移較小，初支最大位移4.23 mm，滿足限界要求，塑性區(qū)發(fā)展緩慢且面積較小。說(shuō)明采取這些處治措施后能滿足結(jié)構(gòu)安全及使用要求。

經(jīng)對(duì)比分析，初支段注漿加固，富水嚴(yán)重區(qū)域增設(shè)泄水管等措施，對(duì)改善圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀況有比較明顯的作用。

5結(jié)語(yǔ)

(1)針對(duì)隧道施工中出現(xiàn)的初支變形侵限，要采取必要的勘探和檢測(cè)措施，查明變形侵限原因。

(2)從理論層面上定性分析隧道初支變形侵限成因和處治措施的效果，對(duì)處治方案的確定和處治效果有較大的幫助。

(3)對(duì)由于圍巖富水和襯砌背后空洞造成的初支變形侵限，采用注漿方案加固圍巖是必要的。

(4)對(duì)于施工過(guò)程進(jìn)行過(guò)程控制，重視施工過(guò)程的信息采集工作，做到隧道信息化施工。

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The analysis and treatment of primary support deformation exceeding clearance limit in shanchong xin village

ZHANG An-rui

(Guizhou Transportation Planning Survey and Design Institute of Limited

Co.,Ltd.，Guiyang,Guizhou 550000,China)

Abstract:The paper studied the causes of Kuiming highway circling city tunnel primary support deformation exceeding clearance limit in Shanchong Xin village, and the treatment scheme was put forward. Calculation analysis was carried out on the large deformation of primary support and treatment scheme by finite element calculation, which can provide experience for the similar primary support deformation exceeding clearance limit treatment.

Keywords:primary support;deformation exceeding clearance limit;calculation analysis;treatment scheme

中圖分類號(hào)：U457+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0109-03

作者簡(jiǎn)介：張安睿(1986-)，男，云南保山人，工程師，主要從事隧道工程設(shè)計(jì)研究。

收稿日期：2015-09-08