楊朝棟

(四川綿九高速公路有限責(zé)任公司，四川綿陽(yáng)621000)

在山區(qū)隧道修建過(guò)程中難免遇到地質(zhì)條件較差的軟巖隧道[1]，軟巖隧道受到土體擠壓會(huì)產(chǎn)生大變形[2-4]，造成隧道襯砌開(kāi)裂、侵限等問(wèn)題，給隧道的施工安全帶來(lái)極大考驗(yàn)，因而有必要針對(duì)軟巖隧道，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)情況以及反饋的信息，對(duì)大變形的控制措施以及預(yù)留變形量展開(kāi)研究。

在大變形控制措施研究方面，汪耀等[5]針對(duì)中等強(qiáng)烈大變形采用優(yōu)化支護(hù)、加大預(yù)留變形以及先放后抗等措施控制了大變形，張金龍等[6]通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)注漿、優(yōu)化斷面等措施進(jìn)行了優(yōu)化。在軟巖隧道預(yù)留變形量研究方面，陳雷等[7]結(jié)合昆明北羊街隧道工程，探究了不同埋深及圍巖等級(jí)下隧道圍巖變化規(guī)律及預(yù)留變形量。孫國(guó)凱[8]結(jié)合數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)淺埋大斷面軟巖隧道的預(yù)留變形量展開(kāi)研究，得出IV級(jí)、V級(jí)圍巖的合理預(yù)留變形量。張梅等[9]通過(guò)預(yù)留變形法，解決了高地應(yīng)力軟巖隧道施工中的應(yīng)力釋放問(wèn)題。

綜上，關(guān)于軟巖隧道的大變形的控制及預(yù)留變形量均有一定研究，但研究大多針對(duì)某一隧道，控制措施及預(yù)留變形量的適用性有待考證。因而有必要對(duì)針對(duì)軟巖隧道，更深入系統(tǒng)的研究軟巖隧道大變形的控制措施及合理的預(yù)留變形量。有鑒于此，本文以九綿高速梅家溝以及水牛家軟巖隧道為依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)情況以及反饋的信息，對(duì)軟巖大變形控制措施及預(yù)留變形量展開(kāi)研究，提出相應(yīng)的大變形控制措施及不同襯砌類(lèi)型合理的預(yù)留變形量，為軟巖隧道的安全施工提供參考。

1 工程背景

九綿高速起于四川省和甘肅省交界處的青龍橋附近，止于綿陽(yáng)市游仙區(qū)張家坪附近，跨越九寨溝縣、平武縣、北川縣、江油市、綿陽(yáng)市游仙區(qū)。線(xiàn)路全長(zhǎng)244.026km，隧道總長(zhǎng)121km/42座，沿線(xiàn)地質(zhì)條件復(fù)雜，生態(tài)敏感，自施工以來(lái)，多座隧道出現(xiàn)軟巖大變形問(wèn)題。

本文主要探究九綿高速中梅家溝隧道以及水牛家隧道2座軟巖隧道。梅家溝隧道圍巖條件較差，土體較軟，在水流作用下易發(fā)生危險(xiǎn)；水牛家隧道隧道左右線(xiàn)進(jìn)口段位于斜坡上，斜坡自然坡度30°～45°，坡體植被茂盛，無(wú)沖溝發(fā)育，基本無(wú)匯水條件，斜坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。隧址區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為危巖崩塌和泥石流。特別是危巖崩塌對(duì)隧道進(jìn)出口影響較大。

在軟弱圍巖作用下，梅家溝以及水牛家2座隧道出現(xiàn)了大變形，造成了鋼拱架連接受剪切破壞、初支開(kāi)裂、剝落等現(xiàn)象，給隧道的施工以及安全帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

2 大變形控制措施

針對(duì)梅家溝以及水牛家隧道大變形的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采用了一系列措施來(lái)抑制大變形(表1)。

梅家溝隧道現(xiàn)場(chǎng)成功處置案例如表1所示，從梅家溝隧道現(xiàn)場(chǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)中可以看到增加斜撐，補(bǔ)打中空注漿錨桿，及時(shí)施作仰拱，采用長(zhǎng)鎖腳錨桿+長(zhǎng)短錨桿是控制大變形較為有效的措施。相關(guān)措施如圖1～圖3所示。

表1 梅家溝隧道現(xiàn)場(chǎng)大變形處置措施

圖1 中空注漿錨桿施工

圖2 鎖腳錨桿施工

圖3 長(zhǎng)短錨桿+長(zhǎng)鎖腳錨桿

水牛家隧道現(xiàn)場(chǎng)成功處置主要有打設(shè)小導(dǎo)管注漿加固、增加仰拱、圍巖注漿加固、進(jìn)行超挖控制、加強(qiáng)拱架縱向連接、二襯臺(tái)車(chē)早進(jìn)場(chǎng)早襯砌、增大鎖腳及預(yù)留變形量以及采用超短臺(tái)階、微臺(tái)階與三臺(tái)階預(yù)留核心土法等，現(xiàn)場(chǎng)小導(dǎo)管注漿如圖4所示。

圖4 小導(dǎo)管注漿示意

3 基于現(xiàn)場(chǎng)情況的預(yù)留變形量研究

3.1 不同襯砌類(lèi)型洞周變形統(tǒng)計(jì)

選取梅家溝隧道左右線(xiàn)Da、Db、Dc、Z5af、Dc-1等襯砌類(lèi)型監(jiān)測(cè)斷面共16組的拱頂下沉及周邊收斂時(shí)程曲線(xiàn)，分別對(duì)左右線(xiàn)相同襯砌類(lèi)型下的監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行速率及累計(jì)值統(tǒng)計(jì)(表2)，上述襯砌類(lèi)型預(yù)留變形均為300mm。區(qū)別在于：Da采用φ32mm自進(jìn)式錨桿，長(zhǎng)800cm，φ42×4mm注漿小導(dǎo)管，外層初期支護(hù)采用I20b工字鋼，拱架間距為0.5m/榀，若變形達(dá)到20cm，且變形沒(méi)有收斂趨勢(shì)，立即施作內(nèi)層初期支護(hù)，內(nèi)層初期支護(hù)采用I18工字鋼，拱架間距為0.5m/榀。Db采用，φ32mm自進(jìn)式錨桿，長(zhǎng)600cm，，φ42×4mm注漿小導(dǎo)管3.5m，初期支護(hù)采用I20b工字鋼，拱架間距為0.5m/榀。Dc采用φ22mm藥卷錨桿，長(zhǎng)350cm，初期支護(hù)采用I20b工字鋼，拱架間距為0.6m/榀。Z5af采用φ22mm藥卷錨桿，長(zhǎng)350cm，φ25mm自進(jìn)式錨桿長(zhǎng)600cm，初期支護(hù)采用I22b工字鋼，拱架間距為0.5m/榀。Dc-1拱頂120°范圍之外設(shè)6m長(zhǎng)φ25mm自進(jìn)式錨桿，φ22mm藥卷錨桿，采用工字鋼為I20b，間距0.5m/榀。

從表2可得，本標(biāo)段所監(jiān)測(cè)軟巖隧道以收斂大變形為主，累計(jì)值占預(yù)留量的60%～100%，拱頂下沉較小，累計(jì)值占預(yù)留量的20%～40%。不同襯砌類(lèi)型下，大變形發(fā)生的部位大多出現(xiàn)在掌子面以及下臺(tái)階位置，周邊收斂速度顯著大于拱頂下沉速度。

3.2 軟巖隧道預(yù)留變形量統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)前文中的5種襯砌(Da、Db、Dc、Z5af、Dc-1)在梅家溝隧道、水牛家隧道左右線(xiàn)不同監(jiān)測(cè)斷面下的拱頂沉降以及周邊收斂累計(jì)變形量(圖5)，以此為基礎(chǔ)確定軟巖隧道下不同襯砌類(lèi)型的預(yù)留變形量。

通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，對(duì)不同支護(hù)類(lèi)型下的建議預(yù)留量作出建議如表3所示。

圖5 軟巖隧道預(yù)留變形量統(tǒng)計(jì)

表3 不同襯砌類(lèi)型預(yù)留變形量建議值 單位:mm

4 結(jié)論

本文以九綿高速梅家溝以及水牛家軟巖隧道為依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)情況以及反饋的信息，對(duì)軟巖隧道大變形控制措施及預(yù)留變形量展開(kāi)研究，提出大變形控制措施及不同襯砌類(lèi)型下合理的預(yù)留變形量，為軟巖隧道的安全施工提供參考。主要研究結(jié)論有：

(1)為控制大變形，可采用增設(shè)斜撐、采用長(zhǎng)鎖腳錨桿+長(zhǎng)短錨桿、及時(shí)施作仰拱、注漿加固、加強(qiáng)拱架縱向連接、增大鎖腳及預(yù)留變形量以及采用超短臺(tái)階、微臺(tái)階等。

(2)梅家溝隧道以收斂大變形為主，拱頂下沉較小，收斂大變形以及拱頂下沉占預(yù)留變形量的比值分別為60%～100%和20%～40%。大變形發(fā)生部位主要在下臺(tái)階和掌子面。

(3)通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同襯砌類(lèi)型下梅家溝以及水牛家隧道左右線(xiàn)不同斷面位置處的拱頂沉降以及周邊收斂累計(jì)值，提出不同襯砌類(lèi)型的預(yù)留變形量建議值。