时间：2013-11-29 分类：交通运输
摘要：根据现场实际围岩的情况，在监控量测的基础上，分析通省隧道初期支护喷射混凝土变形、开裂、掉块的原因，并提出其处治措施，以确保隧道安全施工。
关键词：公路隧道,初期支护,原因分析,处治措施
1 引言
软弱围岩的变形历来都是广泛关注的问题，尤其是当今，隧道施工技术的发展、工程规模的增大和等级的提高，地下工程已不再过多避让复杂的地质条件，其中断层破碎带等软弱岩体逐渐成为隧道工程攻克的关键难题，现以在建的十房高速公路通省隧道在建设过程中出现围岩变形的机理和动态变化为例，分析此隧道初期支护变形原因以及其治理措施，为解决此类问题提供参考资料。
2 工程概况
通省隧道是湖北省十房高速公路上特长隧道，是全线控制性工程。为分离式双向四车道公路隧道，两洞轴线相距48.6m，起止里程ZK110+090~ZK116+990，全长6900m。该隧道进口段自开工以来多次出现变形，严重困扰施工安全并影响工期。
3 地质条件
3.1 地形地貌
通省隧道位于长期风化剥蚀的中低山地貌区，地形起伏较大，多发育\"V\"型沟谷，地表自然坡角15~25°，进出口处于山谷内，两边环山树林茂盛，居民稀少。
3.2 地质构造
隧址区处于扬子通北缘和秦岭-大别山带的交接部位，经历了多期次、多阶段的变形变质作用和岩浆活动，地质构造复杂。隧道位于武当山背斜北翼，出露地层为元古界片岩，岩石节理、裂隙发育。
3.3 地层岩性
隧址区出露地层岩性单一，为元古界Pt2wd武当群强风化变质片岩，鳞片变晶结构，片状构造，主要由云母、石英、钠长石及少量粘土矿物构成，青灰色，灰白色，云母含量较高，岩质极软弱，遇水易泥化、软化。Ⅳ、Ⅴ级片石含有少量的伊利石、蒙脱石等粘土矿物，具有崩解性和胀缩性，侵水后发生解体和膨胀。
4 初期支护变形特征
4.1 软弱围岩膨胀变形
此隧道围岩为武当山片岩质软，云母含量较高，具有明显的片状结构厚度3~5mm。另含有少量的伊利石、蒙脱石等膨胀性矿物。该类岩体本身具有流变特性，抗风化能力差，遇水易泥化、崩裂、膨胀，加之在夏季雨期，雨水下渗增大岩石的含水量，岩土膨胀体积增大，形成膨胀力，隧道开挖卸荷，应力重新调整，
在膨胀的作用下围岩向洞内变形。
4.2 变形速度快持续时间长
从监控量测数据显示，该隧道围岩变形速度快，且持续时间长，在初期支护完成后且累计观测不到15天，其围岩变形速率急剧加大，采取相应的紧急支撑措施后，变形速率虽有所下降趋于稳定，但变形累计量依然处于增长局势，在下台阶施工时收敛数据又变大，持续两个月未见稳定，只能二衬跟进才能稳定。
4.3 围岩破坏范围大
从初支己变形情况看，初支变形并非发生在刚刚完成初期支护的掌子面附近，而是出现
掌子面后方20m-40m范围内，监控量测显示最大的变形在离掌子面40m左右，喷射混凝土
出现裂缝、掉块、甚至拱架扭曲现象，并且虽着掘进向前方移动。
5 初支变形原因分析
5.1 地质岩性原因.
该隧道地质岩性，为元古界Pt2wd武当群强风化变质片岩，经历了多期次、多阶段的
变形变质作用和岩浆活动，地质构造复杂，围岩整体破碎，呈松散状结构，软硬互层状，主要由云母、石英、钠长石及少量的伊利石、蒙脱石等粘十矿物，变质以后原岩已全部重结晶，有片状、柱状、粒状矿物质组成，结构面胶结程度差，抗剪强度低，具有明显的流变性，且变形速度大，自稳性和完整性差。
5.2 构造应力原因
该隧道围岩在地质历史上经历了多期地质构造运动，岩层本身以弹性能的形式存在，随着隧道的掘进，这些能量以变形的形式向临空区三维转变，在构造应力的作用下极易产生非线性变形，十多年积压的岩体己变性。
5.3爆破振动原因
Ⅳ、Ⅴ级采用钻爆法开挖，掌子面开挖爆破，仰拱开挖爆破，右洞爆破对左洞的影响，
多次爆破振动，加剧了对岩体的扰动，使本来就破碎的围岩产生更大的松动圈，加上未及时施作仰拱使初支成环，使边墙部位应力集中加剧，二衬又未能及时跟上，使得作用在衬砌结构上的荷载过大，产生变形。根据以上情况我部会同武汉理工大学针对右洞掌子面爆破对左洞下台阶的扰动影响大小进行了监测，根据监测数据显示，严格控制单段起爆装药量。单段起爆装药量控制在24kg左右时，最大振速仅为1.395cm∕s，见图2，满足规定安全振速2.0cm∕s，才能保证右洞爆破开挖对左洞没有影响。为此，在爆破前后监控量测明显增大的原因主要是爆破参数未控制好的原因。
5.4施工原因
5.4.1开挖支护
隧道开挖时未能严格的控制超欠挖现象，超挖时未能将其喷填密实，直接进行了封堵，
拱架后面形成空洞，使拱架没有均匀受荷，个别处受到集中荷载，致使初支变形，严重时出现裂缝甚至掉块。从监控量显示，从埋设测点开始测量后一周内并未发生大的变形情况，其实围岩已发生变形向拱架靠拢，在10天之后突然收敛增大，只能进行临时加固导管注浆阻止其进一步变形。#p#分页标题#e#
5.4.2管理
隧道现场管理不到位，技术要求不能及时落实到具体作业人员，存在锚杆、喷射混凝土
质量、钢拱架间距超标等施工不规范行为，使初期支护未能正常发挥抵抗变形的能力。
6、预防处治措施
6.1 选择合适的爆破方法
本隧道采用钻爆法施工，Ⅳ. Ⅴ级围岩上下台阶开挖，上台阶开挖断面面积为40.3m2，布炮眼约110个，左右恻单榀开挖装药量为60-70kg， 双榀开挖装药量为110-130kg，因掌子面围岩软硬不均匀，爆破时对周围围岩扰动影响较大，只能在单段起爆装药 量进行控制。经实测爆破振动监测数据分析，单段起爆最大药量控制在24kg内较为合适，可以控制爆破振动的影响。经试验双榀开挖爆破参数见上表。
6.2 预留适度的变形量
根据监控测数据统计分析以及现场实际施作情况，本隧道围岩软弱，断面节理发育，洞内收敛数据大，变形频繁，为导致初支不侵限，必适当加人预留变形量，据统计分析一般控制20Cm较为适宜。
6.3加强初期支护
隧道开挖后，及时确定围岩是否与设计相符，若与设计偏差较大，应及时通知设计、监理、地质单位进行现场核实，通过变更加强初期支护参数。在施工时，保证初期支护的质量是预防变形的关键，必须严格遵循随开挖随支护、先喷后锚的原则。
6.4变形后处治措施
首先封闭工作面停止掘进，对已掘进井未发生变形的工作处，停止掘进，减少扰动，用喷射混凝土封闭工作面，维持围岩应力在一定的节理面上，使径向围岩应力大于发生围岩膨胀的临界压力以限制变形发生，减缓围岩塑性变形。
其次对后方变形处进行加固，根据初支出现收敛变形、裂缝及喷射混凝土掉块、拱架扭曲情况，处治措施采取了以下三种。
第一种，当拱顶下沉大于水平收敛时，采取上台阶底部设置临时仰拱，提前封闭成环。临时仰拱采用WH150型钢与上半段面同型号拱架(或略人型号)通过连接钢板连接，拱架间距与支护间距相同，并使拱架底面放在密实处用混凝土回填，保证车辆通行。
第二种，当水平收敛大于拱顶下沉时，采取在上台阶初期支护拱腰附近，加设临时横向支撑，型号及间距与变形处初支相符，并将拱架上部分与原支护拱部通过纵向连接筋焊接在一起，同时对上台阶每榀拱脚施打2~4根长6m的锚管进行加强锁固。
第三种，当拱顶下沉和水平收敛均较大且拱架出现扭曲时，上台阶采取临时仰拱和护拱(或横向支撑)联合加固，并适当施打注浆小导管固结。通过监控量测的显示，采取以上的处治措施，周边收敛明显减小，趋于稳定，仰拱成环且二衬跟进，能够得以控制变形。
7 结束语
通过此隧道初支变形实例，正确认识了武当群风化变质片岩的岩性及初支变形破坏机制，提前采取预防措施，对变形处有针对性地提出治理措施，为保证全线隧道施工安全顺利，有十分重要的意义。
