小凈距隧道偏壓淺埋段開挖及支護(hù)技術(shù)研究

李凱，馮磊磊

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲056038)

隨著我國(guó)公路交通的不斷發(fā)展，在山區(qū)修建隧道時(shí)會(huì)遇到愈加復(fù)雜的自然條件。由于受到自然條件及線路規(guī)劃的限制，在修建小凈距隧道時(shí)難免遇到偏壓淺埋的情況。小凈距隧道偏壓淺埋段受地形，地質(zhì)條件，埋深，凈距，開挖及支護(hù)形式的影響很大，且由于其一般上覆土厚度較小，圍巖受到非對(duì)稱荷載的作用，所以開挖方法及支護(hù)形式選用不當(dāng)很容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害[1]。因此，對(duì)小凈距隧道淺埋偏壓段開挖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行深入研究是有意義的。

1 加強(qiáng)隧道支護(hù)的意義

保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是維持隧道施工安全的前提條件。當(dāng)隧道進(jìn)行開挖卸載時(shí)，原始的圍巖應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，進(jìn)而圍巖重新開始應(yīng)力的分布，且隨著隧道施工的進(jìn)程不斷變化，最終逐漸形成新的應(yīng)力平衡狀態(tài)。若因此造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，從而造成隧道系統(tǒng)的失穩(wěn)。淺埋偏壓小凈距隧道由于其埋深較淺，主要依靠支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖承擔(dān)外部應(yīng)力，支護(hù)結(jié)構(gòu)如果不能充分發(fā)揮作用，圍巖將不可避免地發(fā)生滑坡甚至冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，甚至隧道會(huì)局部坍塌[2]。研究隧道開挖技術(shù)和圍巖支護(hù)技術(shù)，可以因地制宜的優(yōu)化開挖施工和圍巖支護(hù)的協(xié)同作用，更好的保證隧道施工過程的安全性。

2 工程地質(zhì)概況

某小凈距隧道淺埋偏壓段為巖石及軟塑性土組合地質(zhì)。上部臺(tái)階的初期支護(hù)受到破壞發(fā)生變形、且隧道圍巖存在坍塌情況、地表存在大面積的裂縫及錯(cuò)臺(tái)、施工段附近存在地表坑道，隧道底部溶洞規(guī)模較大，且由于施工過程中不斷出現(xiàn)塌方情況，而且工程地質(zhì)情況較復(fù)雜，造成其開挖及支護(hù)的施工難度增大。

3 工程開挖及支護(hù)技術(shù)研究

3.1 坍塌體開挖

坍塌體是隧道巖溶塌陷地段的主要開挖對(duì)象，開挖前必須保證原支護(hù)的安全再對(duì)其進(jìn)行加固。具體加固措施分為兩種情況：第一種是原有鋼支撐未發(fā)生變形破壞時(shí)，則在原有鋼支撐上直接添加橫撐；第二種當(dāng)原鋼支撐已經(jīng)發(fā)生變形破壞時(shí)，則需要對(duì)其更換鋼支撐后再用橫撐進(jìn)行加固[3]。

3.2 對(duì)口鋼支撐

一般原鋼拱支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，發(fā)生嚴(yán)重變形，進(jìn)而支護(hù)功能喪失是造成隧道塌方的常見原因。另外，圍巖結(jié)構(gòu)由于已經(jīng)發(fā)生變形破壞，所以其產(chǎn)生的松動(dòng)壓力不穩(wěn)定，并且支護(hù)結(jié)構(gòu)直接承受其重力形式的壓力作用。原支護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)未考慮這部分力的作用，故設(shè)計(jì)參數(shù)小于其所承受的壓力。因此在坍塌體在開挖作業(yè)時(shí)，對(duì)開挖及支護(hù)的要求會(huì)更高。此時(shí)為了使支護(hù)結(jié)構(gòu)保證足夠的安全及穩(wěn)定，原有的拱形結(jié)構(gòu)支護(hù)形式已不能達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度的要求[4]。因此，隧道變形體系有必要采用支護(hù)強(qiáng)度高并且效果好的對(duì)口鋼支護(hù)形式對(duì)其進(jìn)行再支護(hù)。

3.2.1 原支護(hù)體系設(shè)計(jì)

由于原支護(hù)體系在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)未能充分掌握工程地質(zhì)條件，故隧道原設(shè)計(jì)的為噴射混凝土以及型鋼架初期支護(hù)，素混凝土二次襯砌支護(hù)形式。支護(hù)結(jié)構(gòu)未能滿足支護(hù)要求，造成初期支護(hù)完成后隧道頂部失穩(wěn)形成滑坡體，并發(fā)生位移下沉，導(dǎo)致原初期支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形破壞，部分地段的初期支護(hù)變形嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)局部坍塌的情況，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，有必要拆除并更換變形的初期支護(hù)，對(duì)其重新進(jìn)行支護(hù)。

3.2.2 調(diào)整方案

在坍塌事故發(fā)生后，滑坡體雖然通過對(duì)塌方地段進(jìn)行注漿加固處理，已經(jīng)基本保持穩(wěn)定。但其仍受到大面積的從拱頂?shù)剿淼雷缶€邊墻的側(cè)向壓力，初期支護(hù)受力形式未發(fā)生本質(zhì)改變，其依舊處于收斂變形的受力狀態(tài)。且碎石夾軟土為線路左側(cè)隧道及溶洞的主要填充物，在此種情況下會(huì)產(chǎn)生掉塊情況，尤其在雨季極容易發(fā)生局部塌方，存在極大安全隱患。在沒有安全措施的情況下，很難直接拆除和更換主支撐拱架。因此，對(duì)原隧道的鋼支撐進(jìn)行加固是很有必要的。開挖塌方體前一定將安全措施完全做到位。對(duì)于力學(xué)性能差、流變性突出的軟塑性土來說，在開挖過程中應(yīng)采取液壓系統(tǒng)加固初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的方案。同時(shí)，由于隧道內(nèi)空間狹窄，為了便于在隧道底部進(jìn)行樁筏基礎(chǔ)等后期施工工作，對(duì)初始支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并將初始支護(hù)結(jié)構(gòu)由弧形調(diào)整為豎向型，增加了隧道內(nèi)的作業(yè)空間。

4 結(jié)語

結(jié)論表明在對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合施工特點(diǎn)和施工實(shí)踐進(jìn)行，以此來保證隧道受力的合理性，并減少隧道修建過程中可能出現(xiàn)的各種地質(zhì)災(zāi)害，得出可為此類隧道工程提供有益參考的開挖及支護(hù)技術(shù)。