松建高速公路徐屯II号隧道支护变形的处治措施

　　摘要：以南平松建高速公路徐屯II号隧道为依托，简述徐屯II号隧道支护变形的处治措施。
　　关键词：高速公路;支护变形;处治
　　Abstract: This paper discusses the support deformation treatment measures of the Xu Tun II tunnel, taking the Xu Tun II tunnel of the Nan ping pine Expressway as the basis.
　　Keywords: highway; support deformation; treatment
　　中图分类号: U412.36+6 文献标识码： A文章编号：2095-2104(2012)
　　1 工程概况
　　徐屯II号隧道是福建省松溪(闽浙界)至建瓯公路国家高速公路网第三纵长春至深圳线福建省境内松溪至建瓯段(简称松建高速公路)的小净距短、浅埋、偏压隧道。该隧道在施工过程中，由于地质条件差，隧道发生变形。因此，弄清隧道围岩变形的特点，提出治理措施，保证隧道的安全施工，有着重大的意义。
　　2 隧道地质条件
　　2.1 地形地貌
　　徐屯II号隧道隧址区属构造-剥蚀低山丘陵地貌。该隧道穿越-北东-南西向的低山区，地形起伏较大，进口处地面高程160-165m，出口处地面高程160-165m，隧道轴线最高点高程217m，相对高差52-57m左右，沿线地形陡峭，呈波状起伏，进口侧山坡相对较陡，自然坡度约19-26度，出口侧山坡相对平缓，自然坡度约13-16度，隧道经过坡体处植被发育。
　　2.2 工程地质
　　根据工程地质调绘和钻探及物探结果，徐屯II号隧道洞身为坡积粘土和碎块状强风化～弱风化云母石英片岩，属坚硬土～坚硬岩，未见有断裂构造通过。弱风化云母石英片岩，岩石较完整，岩质较坚硬，对隧道洞身有利。但隧道洞身坡积土、残积粘性土、全～强风化云母石英片岩围岩段，属较硬土～极软岩。隧道洞身以IV级围岩为主，洞口段为V级围岩。隧道场址区未见断裂构造经过，也未见滑坡、崩塌、泥石流、采空区、岩溶等其它不良地质作用，隧址区现状整体稳定，工程地质条件尚好，但属隧道洞身较硬土～极软岩，对隧道洞身围岩的稳定不利，应加强隧道洞顶及侧壁的支护。
　　2.3 总体设计
　　徐屯II号隧道为小净距短隧道，隧道起讫桩号为左洞ZK84+510~ZK84+887，长377m;右洞YK84+530~YK84+902.5，长372.5m，左右洞平均长374.75m，属于短隧道。隧道左右洞进口分别位于半径为1350m和1320m的平曲线上，洞身处于直线段上，左右洞出口分别处于半径1010m和1020m的平曲线上;左洞纵坡为-1.765%，右洞纵坡为-1.78%。
　　3 徐屯II号隧道具体施工方法
　　3.1洞口及明洞工程
　　3.1.1洞口施工方法
　　徐屯II号隧道出口采用大管棚对洞口进行支护。洞口仰坡采用锚杆、喷混凝土防护，在满足机械开挖的条件下，使用挖掘机开挖，装载机配合自卸车装运弃渣至指定弃渣位置，人工辅助修坡。不能直接用机械开挖的次坚石采用定向弱爆破，人工辅助机械装运。施工时采用短进尺，弱爆破，强支护，早封闭，快循环的施工方法，确保遂道洞口的安全。
　　3.1.2明洞施工
　　明洞主体衬砌采用10.5m整体钢模台车拱墙一次性浇筑成型。仰拱部分开挖至设计标高后，当地质情况及允许承载力与设计不符时，及时报请变更设计妥善处理。混凝土灌注前排除坑内积水、浮渣，超挖部分采用同级混凝土回填;防水层及拱脚纵向排水管等防水措施按设计及规范施作。拱圈混凝土达到设计强度后进行拱背土方回填。采用人工回填土，拱圈顶部安设小型转动式起吊架，回填高度大于2m时，将运土小推车吊至回填面，对称分层夯实，填层厚度不大于0.3m，其两侧回填土面高差不大于0.5m，回填至拱顶齐平后，立即分层满铺填筑至设计高度，压实度不小于90%。此步工序待暗洞施工后，衬砌混凝土度达到90%后及时进行。暗洞施工的同时，选择合适时机施作洞门主体衬砌。
　　3.2开挖
　　3.2.1开挖方法及步骤
　　徐屯II号隧道洞口加强段和浅埋偏压V级围岩段采用CD法开挖，其它段落采用半断面正台阶分步开挖法施工。其中尽量采用挖掘机和人工配合无爆破施工，局部需要爆破时，采用弱爆破施工，尽量减少对地层的扰动。
　　半断面正台阶分步开挖法开挖支护顺序：超前砂浆锚杆上弧型导坑开挖→架立钢支撑、拱部喷锚支护→下部开挖→边墙及仰拱架立钢支撑，喷锚支护→灌注仰拱混凝土(无仰拱则取消该步骤)→铺设环向盲沟及防水板，整体浇注二衬混凝土。
　　3.2.2 光面爆破施工
　　钻爆作业严格按照钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆。钻爆法开挖作业工序组成为：测量放样→布眼→台车(台架)及风水管路就位→钻眼→装药堵塞→联结起爆网络→起爆→通风→找顶清理危石→出渣→清底。施工前首先根据现场地质情况进行爆破试验，并且在施工中不断修正光爆设计参数，以达到最佳爆破效果。
　　4 徐屯II号隧道支护变形过程
　　4.1初支下沉变形情况
　　在施工和检查过程中发现左洞进口端ZK84+540～ZK84+620初期支护突然发生变形，首先是拱顶喷射混凝土起皮，再是矮边墙上拱脚位置喷射混凝土开始剥落，次日初支变形开始明显变大，目测可以发现拱腰混凝土剥落面扩大，右洞YK84+600～YK84+648受影响也发生变形。同时，监控量测数据也显示该段隧道沉降和收敛值发生突变，隧道整体向线路右侧推移，部分地段初支已侵入二衬净空，多的有20cm。
　　4.2地表沉降开裂情况
　　自左洞初期支护变形明显后，施工单位加强了洞内沉降和收敛的监控测量，同时加强地表观测。同时，发现在左洞左侧20～30m位置出现几道地表裂缝，其中最长的纵向裂缝长度约90m，裂缝宽度3～20cm，且有断裂沉降错台的情况，错台高度约15 cm。裂缝大致随山脊由洞口外侧延伸到山顶。
　　5 徐屯II号隧道变形特点
　　5.1 围岩变形量大
　　徐屯II号隧道进口段ZK84+550～ZK84+615出现大变形，在短短的4天内，累计变形最大达到100.09mm。
　　5.2 变形速率快
　　徐屯II号隧道变形为突发性，变形速度极快，表面来压快，说明围岩自稳能力和完整性差极差。
　　5.3 变形范围大
　　徐屯II号隧道变形主要发生在ZK84+550～ZK84+615，计65m，ZK84+626～ YK84+636，计10m，合计发生变形的长度为75m。发生变形的长度占隧道长度374.7m的20.0%。
　　6 处治措施
　　6.1 处治原则
　　徐屯II号隧道加固方案坚持以“先稳后固”的原则，即首先对左右洞变形较大的地段采用斜撑加扇形支撑进行加固，部分地段采用临时二衬先稳定，同时对地表裂缝进行封闭，然后按设计代表根据现场重新出的加固图进行加固施工(主要为小导管注浆)。加固完成后对监控量测观测数据进行分析，整体沉降和收敛趋于稳定后，施工永久性工程。
　　6.2 地表裂缝处治
　　为防止雨水沿地表裂缝下渗引起围岩的进一步失稳，采取对洞顶山体裂缝进行人工回填后夯实，再在两侧施工排水沟，做到及时截、排地表雨水，同时使用土工布覆盖裂缝，避免雨水侵入裂缝中。为进一步掌握地表变形情况，隧道外侧山体边坡上按设计布设测斜管(3个孔)，以求进一步掌握隧道变形机理，为后期处理提供依据。
　　6.3 左洞内临时稳定处治
　　在“先稳后固”的处治原则下，为控制洞内变形的发展，保证洞室的整体稳定，经各方共同研究决定：首先对左右洞变形较大的地段采用扇形支撑稳定，进口洞段部分地段采用临时二衬进行锁扣稳定。
　　6.3.1 扇形支撑稳定
　　根据洞内初支变形和破坏情况，ZK84+561～ZK84+636，YK84+590～YK84+648设置扇形支撑，纵向间距3m。扇形支撑采用三道主扇形骨架+两道斜撑支腿+扇形支撑间的横向连接+各扇形单元之间的纵向网格连接组成。
　　临时支撑体系中，中心三根扇形主支撑为φ200的钢管，管内压注0.45水灰比的纯水泥浆进行充填增大其刚度，两侧斜撑及扇形支撑底部垫块为I20b型钢，钢管柱支撑底部和垫块用C20混凝土包裹，横向及纵向联系支撑为I12槽钢，钢管每根长6m，同一根钢管之间采用法兰盘和螺栓连接。
　　6.3.2 临时二衬进行锁扣稳定
　　为防止洞口段过度变形引起隧道的整体失稳，在左洞ZK84+535～ZK84+560设置临时二衬，临时二衬除钢筋和防排水外，其余衬砌参数参照原设计二衬图施工(见图三)。
　　6.4 右洞施工处治
　　根据现场施工情况和地质情况(围岩为土质粘土或强风化云母石英片岩)，根据开挖断面的复测情况，采用的宗旨为：在扇形支撑加固完成后，在小导管施工的同时，尽快缩短隧道纵、横向跨度：右洞进口基本无变形段具备连续57m的按原设计施工二衬的条件，采取先进行右洞进口二衬施工，锁住洞口，再逐段采取3m一次进行仰拱和填充施工，使初支成环，紧跟二衬。其余洞段在小导管注浆完成后，局部换拱，满足设计断面的情况下进行二衬施工。部分段落修正二衬设置参数进行加固，混凝土等级由原来的C25提高为C30。主钢筋由φ20变更为φ25。
　　6.4.1右洞施工过程
　　(1)右洞仰拱施工
　　右洞从进口段向大里程施工仰拱和填充，仰拱施工完成后，在断面合格的情况下，按照正常工序将右洞进口段二衬进行施工，保证进口端二衬封闭成环，有利于洞口稳定。仰拱施工时对影响的临时支撑分榀拆除，并加强监控量测。
　　(2)右洞永久二衬施工
　　右洞YK84+545～84+618段初支未变形，断面能满足原设计，采用加强钢筋和提高混凝土标号等进行二衬加强;YK84+618～84+648段初支断面净空侵入较多，长度在30m，采用全部换拱，二衬断面增加到60cm，目前正在进行换拱和二衬施工。进口段二衬施工时间及采取措施见下表：

里程	加强措施
YK84+547~ YK84+556	将原设计主筋由Φ20加强到Φ22，并在左右侧拱腰的内侧额外增加Φ22抗拉钢筋，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+556~ YK84+562	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+562~ YK84+568.5	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，间距10cm。再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+568.5~ YK84+573	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+573~ YK84+582	将原设计主筋由Φ20加强到Φ22，并在左侧拱墙的内侧额外增加Φ22抗拉钢筋（长度9m，纵向间距40cm），再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+582~ YK84+591	将原设计主筋由Φ20加强到Φ22，并在左侧拱墙的内侧额外增加Φ22抗拉钢筋（长度9m，纵向间距40cm），再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+591~ YK84+598.5	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+598.5~ YK84+607.5	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+607.5~ YK84+614	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。
YK84+614~ YK84+618	将原设计主筋由Φ20加强到Φ25，再将原设计C25防水混凝土提高至C30。

　　6.5 隧道加强、加固方案
　　隧道加强加固主要体现在两个方面：一是对隧道周边及两条隧洞之间的中岩墙增设6m注浆小导管进行加固，二是根据后期隧道整体监测数据修正二衬设置参数进行加固。
　　6.5.1注浆小导管
　　临时支撑加强后，在监控量测进行的同时，对中夹岩和周边小导管按设计加固组织施工。
　　(1)中夹岩加固小导管设计参数：采用6m长Φ50mm注浆小导管，环向间距0.5m(每排8根)，纵向间距0.5m，小导管注浆采用水泥浆液，水灰比0.5：1，注浆压力0.5～2MP。
　　(2)周边小导管设计参数：采用6m长Φ50mm径向注浆小导管，采用间距0.8m×0.8m梅花型布置。
　　(3)左洞中夹岩和周边小导管加固ZK84+535.5～ZK84+636.5(101m)。右洞中夹岩和周边小导管加固YK84+554～YK84+658.5(104.5m)。
　　6.5.2 断面复测情况
　　随着临时加固的完成的，监控单位对断面进行了复测，每3～5m测量一个断面。具体复测情况如下：
　　右洞：YK84+545～YK 84+618段73m断面能满足设计;YK84+618～YK 84+648段断面净空侵入较多，长度在30m，满足设计。左洞：左洞断面通过竖曲线下调32cm左右以后断面基本能满足原设计50或调到60cm要求。
　　7 监控量测情况
　　自隧道发生变形后，次日的变形量较大，4天累计最大的下沉有100mm(ZK84+600最大为101mm，YK84+630最大93mm)，随着临时加固的完成;一周后开始沉降趋于稳定，每天在1mm以内;一月后沉降更是趋于稳定，每天在0.3mm以内 (有正负波动)。应力计和应变计进行的应力、应变监测数据也无异常。另外隧道外侧山体边坡上已按设计布设测斜管(3个孔)，正在观测土体的水平方向的稳定情况，监测数据无异常，山体处于稳定状态。
　　7 结束语
　　徐屯II号隧道围岩的变形是在岩性、水、地应力和工程偏压的综合作用下，因施工措施不当诱发的软岩塑性变形所导致，该变形具有破坏严重、范围大，速度快等特点, 隧道变形处理也是对管理者的临场经验、管理和技术水平的综合考验。在山区复杂的地形地貌、地质水文条件下解决好高速公路的设计、施工、建设管理问题,使之既达到高速公路标准,确保工程质量,又能有效控制进度、投资。
　　参考文献：
　　[1]JTG D70-2004 公路隧道设计规范[S].
　　[2]JTG/T F60-2009 公路隧道施工技术细则[S].
　　[3]JTG F60-2009 公路隧道施工规范[S] .

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