软岩大断面浅埋偏压隧道初期支护变形原因分析及处治措施

赫德亮

中图分类号：U45

摘要】近几年我国铁路客运专线建设事业快速发展，低山丘陵地区由于考虑建设用地、景观和环保等方面要求，多设计一些短小隧道，浅埋偏压者居多，且所处地质多为软弱围岩，开挖断面超过150 m2。由于参建各方重视程度不够，采取的施工方法和工程措施不当，初期支护出现了较多侵限变形案例，损失巨大。本文结合云桂铁路广西田东段的工程实例，介绍了初期支护变形的原因及处治措施，可为今后类似工程提供借鉴和指导。

【关键词】大断面浅埋偏压软岩隧道初期支护变形原因与处治措施

1工程概况

云桂铁路YGZQ-3标某隧道位于广西壮族自治区田东县境内。隧道进口里程DK142+000，出口里程DK142+370，全长370m，为浅埋隧道，最大埋深37m，设计为双线隧道，开挖断面150.8 m2，最大开挖宽度14.6m，最大开挖高度12.7m。

隧道进口端左高右低，地形陡峻，地面自然坡度35～40度。为确保施工及运营安全，DK142+000～K142+050段设计为50m的明洞，采用明挖法施工，靠山侧明洞衬砌外1m设置11根抗滑桩，抗滑桩截面尺寸2.0×3.0m,桩间中心距6.0m。DK142+050～DK142+140暗洞洞身地形偏压，于隧道中线右侧洞顶二次衬砌外设6排Φ75钢管桩进行地表注浆加固，间距1.2m×1.2m，梅花形布设，加固深度按衬砌外0.5m控制。

支护形式：拱部超前洞口段采用Φ108大管棚，35m/根，其余拱部超前为Φ42小导管，4.5m/根， 3.2m一环；工20b型钢钢架，间距0.6m；系统锚杆长度4m，间距1.2×1.0m（环×纵），其中拱部Φ25中空锚杆，边墙Φ22砂浆锚杆。初期支护C25喷射砼厚28cm；二次衬砌C35钢筋砼，厚度60cm。

2地质条件

隧址范围为右江盆地边缘丘陵地貌区，自然坡度10°～40°，地面绝对高程为97～172m,相对高差40～80m；坡面植被较发育，多为果树及荒地。

隧道围岩属于三叠系百逢组第四段（T2b4）页岩夹泥质砂岩，薄层状，褐黄色、青灰色，受附近右江大断裂影响产状紊乱，岩层扭曲严重，岩质松软，节理裂隙发育，岩体破碎，易坍塌、易软化。局部存有裂隙水。进出口岩土工程性质很差且左侧顺层。

3变形情况

根据施工任务划分、资源配置情况结合现场实际，本隧从进口端施工。在进口明洞段抗滑桩、暗洞段洞顶加固桩以及拱部超前大管棚施做完毕后，2011年4月24日现场采用“三台阶预留核心土法”从DK142+050明暗分界处开挖。6月2日，掌子面里程DK142+104，中台阶里程DK142+097,下台阶里程DK142+092，仰拱里程DK142+083，二衬里程DK142+068。通过对DK142+077～DK142+104段监控量测数据分析，DK142+077～DK142+098洞内初期支护出现变形，其中DK142+088处累积最大变形量为29.4cm，局部初期支护侵限，需要换拱。同时从隧道的地表勘察看，DK142+040～DK142+104段左侧出现十余条裂缝，地表裂缝主要集中出现在线路左侧0～35m范围内，平行洞门为主，裂缝贯通最长约35m，最大张开约20cm，最大深度约8米。整个山体有滑塌的可能。

4原因分析

该隧道初期支护出现变形是多种不利因素共同叠加的结果：

（1）隧道穿过围岩软弱破碎，围岩自稳能力差，同时存在地形偏压和构造偏压。从现场踏勘的情况来看，该隧傍山斜穿山腰，地形陡峻，地面坡度40°左右，左高右低，地形偏压严重。从洞内开挖揭示的岩性来看，岩性主要为页岩夹泥质砂岩，灰黄色、青灰色，节理裂隙发育，岩体破碎，局部褶曲发育，岩性分三层顺地势顺层偏压，存在构造偏压。

（2）从地表变形开裂现象分析，地表变形开裂的主要原因是由于页岩质软，节理裂隙发育，加上开挖扰动后，在两次（5月22日和5月26日）强降水的渗透和浸泡的作用下，围岩强度迅速降低，失去自稳能力，荷载全部传递到初期支护上，使得洞体初期支护变形，最终导致地表变形开裂、形成纵横裂缝。

（3）监控量测未能及时提供有效预警。监控量测单位对数据整理分析滞后，未能与施工单位进行及时沟通传递，不能真实反映现场实际情况，没纳入一道工序用以指导施工。特别是强降雨后没及时加大量测频率。

（4）隧道较短，施工方重视程度不够。管理人员和专业技术人员投入不足，监管不到位，尤其是关键环节的控制如超前大管棚和系统锚管的注浆压力、注浆量等。

（5）开挖工法选择欠妥。“三台阶七步开挖法”是目前Ⅳ、Ⅴ级软岩隧道常用的开挖工法，但用在大断面双线隧道软弱围岩浅埋段时必须加强，与临时仰拱、临时横撑和锁脚锚管等配套使用，形成综合支护体系。适宜采用更强的开挖工法如“中隔壁法”、“双侧壁导坑法”等

（6）设计所采用的地表注浆钢管桩对山体抗滑作用有限。洞外宜采用抗滑桩等刚度大的支挡结构，洞内环向系统锚杆宜全部采用系统锚管，长度最小6.0m。

5处治措施

5.1处治方案

（1）暂停掌子面及仰拱施工及时封闭掌子面，地表裂缝采用水泥进行灌缝封闭，做好地表临时及永久防排水措施。

（2）对DK142+074～DK142+098段采用洞碴分层回填压实至中导坑顶面，层高按1m控制。在中台阶顶面增设工20b型钢临时横撑，并设置临时竖向伞形支撑。

（3）根据监控量测记录，待隧道围岩变形稳定后，对DK142+074～DK142+098段初期支护进行加固。每榀钢拱架增加8根Φ76锁脚锚管注浆以加强锁脚。Φ76锁脚锚管每根长6.0m，壁厚5mm。隧道左侧拱部及边墙采用Φ42小导管对该段围岩进行径向注浆加固处理。Φ42钢花管每根长6.0m，壁厚3.5mm，梅花型布设1.0m×0.8m(环向×纵向)。注浆采用1:1水泥浆，注浆压力1.0Mpa，根据现场试验进行调节，跳孔间隔注浆。

（4）待注浆加固完成后，对该段围岩进行钻芯取样分析，取样分析结果和监控量测数据满足拆换要求后，按照由南宁端向昆明端“分台阶，逐榀逐单元拆换”的原则，对侵限段初期支护局部进行拆换。拆换拱过程中，必须全程监测，设安全员全程值守，负责安全管理工作。拆换过程中，应尽量避免、减少各种振动、冲击作业。

（5）拆换拱与仰拱施作及二衬施作宜穿插进行，即拆换一段，仰拱成形一段，衬砌一段。

（6）全过程监控量测。洞内观测断面每隔3～5m布设一道，洞外地表观测断面与洞内里程一致。地表裂缝处设置对称桩，分别测设绝对位移和相对位移。

5.2实施情况

按照既定的处治方案，施工单位6月2日封闭了掌子面，6月3日完成洞碴反压回填，6月4日型钢临时支撑、伞形支撑加固完成，6月5日开始对初期支护进行加固，6月11日注浆加固完成，共注入P.O42.5水泥146T。6月13日经对加固体钻孔取芯满足要求后进行拆换拱作业，拆换拱过程中两名安全员与两名技术员全程跟班作业，7月5日换拱完成，共完成上台阶拱架拆换39榀，中台阶拆换拱架33榀。由于处治方案切实可行，各项安全保障措施到位，未发生一起安全质量事故。拆换拱期间虽是雨季，但未发生强降雨，天气晴好，监控量测资料显示地表裂缝不再扩展，山体未再继续位移。

6结束语

大断面软弱围岩隧道施工，施工方必须高度重视，如适逢伴有浅埋偏压、高地应力和顺层等不良地质现象，更应高度关注。总的原则是“防大于治”，做好切实可行的施工技术方案，选择合理的开挖工法，完善安全风险预案。要重视前期施工调查，及时与设计单位沟通，发现不良地质，及时采取处理措施，发现支护措施偏弱，及时建议加强，确保进洞及洞口段的稳定。施工过程中严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、短台阶、速封闭、快成环、二衬紧跟”的施工原则，同时加强监控量测，要求做到“专业化量测、信息化传递”，将监控量测纳入工序化管理，全过程指导施工。若工期允许，洞口浅埋段施工应尽量避开雨季。