摘要：文章通過對(duì)某隧道堆積體出洞段的圍巖變形侵限與變形機(jī)制進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)空間情況，提出大變形侵限與處治應(yīng)對(duì)綜合處治措施。研究表明：堆積體段落換拱后圍巖仍存在較大的變形，應(yīng)充分考慮預(yù)留變形，避免再次初支侵限，套拱后應(yīng)及時(shí)采用木楔頂緊，使復(fù)拱對(duì)初支發(fā)揮有效支撐；對(duì)堆積體隧道需要換拱應(yīng)破除原支護(hù)兩榀鋼架間噴射混凝土，施作超前小導(dǎo)管對(duì)拱部120°范圍內(nèi)拱頂區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)預(yù)支護(hù)，換拱后對(duì)換拱部位以上的鋼架施作鎖腳錨管，再將換拱部位的鋼架拆除；大鋼管進(jìn)行鎖腳對(duì)下半拱開挖以及上半拱已施工未閉環(huán)的初支圍巖變形能力具有強(qiáng)約束，在較軟弱大變形地層較適用；大變形段落的鋼架間縱向連接采用高強(qiáng)的連接可為拱架充分抵抗變形提供良好支持。

關(guān)鍵詞：隧道；開挖變形；變形控制；堆積體

中文分類號(hào)：U456.3+1A431414

0引言

隨著我國(guó)高速公路里程的增長(zhǎng)，受山區(qū)地形限制，隧道建設(shè)的規(guī)模越來越大，選線不可避免地需要穿越不良地質(zhì)，特別是無法避讓的堆積體區(qū)域。堆積體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、變形特點(diǎn)、力學(xué)特性因地而異，對(duì)隧道施工安全以及結(jié)構(gòu)受力具有較大的不良影響，若處治不當(dāng)，將對(duì)隧道后期運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成重大威脅。戴武等［1］以火鳳山隧道堆積體地層條件下的隧道洞口段為背景，采用有限差分三維計(jì)算模型，對(duì)三臺(tái)階法、CD法和CRD法等工法進(jìn)行數(shù)值開挖模擬，分析不同施工工法下圍巖應(yīng)力分布及變形規(guī)律，提出適用于散巖堆積體地層條件下的隧道洞口段施工工法。鄭俊清等［2］對(duì)雷公浦小凈距隧道出口段的較厚堆積，選取K70+520斷面進(jìn)行數(shù)值模擬研究，指出在坍塌堆積圍巖條件下采用三臺(tái)階法進(jìn)洞存在穩(wěn)定性問題。王運(yùn)周等［3］以西部山區(qū)覆蓋大量松散崩塌堆積體的某公路隧道為背景，利用振弦式傳感器監(jiān)測(cè)隧道初支與二次襯砌間接觸應(yīng)力和二襯混凝土應(yīng)變，并對(duì)覆蓋松散堆積體二襯受力特性進(jìn)行了分析。昝文博等［4］采用三維彈塑性有限元法研究了堆積體隧道圍巖和支襯體系受力空間變化規(guī)律，通過模擬隧道施工過程，研究周邊圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力隨掌子面開挖的變化過程，并對(duì)隧道開挖時(shí)不同部位的圍巖擾動(dòng)、支襯體系空間力學(xué)特性進(jìn)行了分析。朱正國(guó)等［5］以蘭渝鐵路倉(cāng)園隧道穿越的泥石流堆積體為背景，對(duì)隧道基底常用處理方法進(jìn)行比較分析，采用數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M隧道施工過程力學(xué)行為特性及基底加固處理效果，提出采用樹根樁進(jìn)行隧道基底加固，以控制泥石流體隧道施工變形。胡恩來［6］采用數(shù)值模擬研究了錨桿長(zhǎng)度對(duì)維持散巖堆積體中隧道洞口段穩(wěn)定性的影響，認(rèn)為錨桿越長(zhǎng)，錨桿的軸力就越大，對(duì)圍巖的錨固效果就越好，并對(duì)初支應(yīng)力有一定的改善；拱頂?shù)氖芾^桿對(duì)拱頂?shù)某两涤行》纳?，但是邊墻處受壓，錨桿對(duì)洞周水平收斂約束效果不甚明顯。謝亦朋等［7］依托云南羅打拉隧道，基于Monte-Carlo隨機(jī)原理，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，建立了考慮接觸面單元及抗拉強(qiáng)度的堆積體地層隧道開挖細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型，探討了隧道開挖引起的堆積體圍巖變形、破壞過程以及失穩(wěn)機(jī)制。肖建章等［8］針對(duì)某高速公路大型堆積體圍巖隧道施工中出現(xiàn)的拱頂塌方情況，采用大型室內(nèi)飽和固結(jié)排水剪試驗(yàn)獲得堆積體力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和設(shè)計(jì)方案，利用三維數(shù)值模擬方法模擬了上下臺(tái)階法，三臺(tái)階分步開挖法及單側(cè)壁導(dǎo)坑法等方案施工過程，并對(duì)各方案進(jìn)行了對(duì)比分析。唐和青等［9］依托云南華坪至麗江高速公路上的某隧道工程，采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析對(duì)比鎖腳錨管以不同參數(shù)施工時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的拱頂下沉與水平收斂情況。于京波等［10］為解決高原鐵路某隧道進(jìn)口淺埋偏壓坡積土與泥石流堆積混合帶Ⅵ級(jí)圍巖易坍塌、易滑坡、進(jìn)洞難的問題，采用“大管棚+抗滑樁+旋噴樁+渡槽+懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖”綜合方法，有效確保隧道安全進(jìn)洞。陶志剛等［11］基于隧道和邊坡實(shí)際幾何特征和空間展布特征，以深圳部九窩棄土場(chǎng)堆積體構(gòu)建上覆松散堆積體邊坡的物理模型，開展了降雨條件下大斷面隧道下穿開挖與未開挖兩種工況的物理模型對(duì)比試驗(yàn)，探討隧道下穿開挖擾動(dòng)影響松散堆積體邊坡的變形機(jī)理。

本文通過對(duì)某隧道堆積體出洞段的圍巖變形造成二襯空間侵限以及變形機(jī)制進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)空間情況，提出大變形二襯空間侵限應(yīng)對(duì)處治措施，為類似地質(zhì)環(huán)境條件隧道施工提供參考。

1工程背景

某高速公路隧道設(shè)計(jì)為分離式雙洞隧道。隧道左洞起訖樁號(hào)為ZK32+092～2K32+732，長(zhǎng)640 m，最大埋深約150 m；右洞起訖樁號(hào)為K32+072～K32+670，長(zhǎng)598 m，最大埋深約152 m（見圖1）。隧道單洞跨徑即開挖斷面凈寬為13.76 m，斷面開挖面積約110 m2。隧道左、右線開挖掘進(jìn)從出口端向進(jìn)口端施工推進(jìn)。

隧道進(jìn)出口均位于山體斜坡上，其中隧道進(jìn)口段圍巖主要為粉質(zhì)黏土混碎石、塊石土組成的堆積土，最大厚度為13 m，下伏強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化砂巖，夾泥巖、頁(yè)巖或與泥巖、頁(yè)巖互層。巖質(zhì)極軟至較軟，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎至較破碎，圍巖穩(wěn)定性極差。隧址區(qū)域地下水動(dòng)態(tài)隨季節(jié)變化大，洞內(nèi)一般以潮濕或點(diǎn)滴狀出水。隧道施工以右洞作為先行洞，從出口端向進(jìn)口端開挖掘進(jìn)。隧道右洞上臺(tái)階開挖至K32+101 m后掌子面停止開挖掘進(jìn)，從進(jìn)口端進(jìn)行隧道貫通開挖，貫通前已提前完成隧道進(jìn)口端的套拱與管棚、仰坡防護(hù)施工，隧道貫通開挖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法機(jī)械開挖方式進(jìn)行。

隧道右洞上臺(tái)階貫通后，由于隧道進(jìn)口端未設(shè)置棄土場(chǎng)，圍巖體主要為堆積體，因此中臺(tái)階的開挖采用機(jī)械開挖的方式從出口端向進(jìn)口端進(jìn)行。2022-12-27，隧道在K32+101進(jìn)行中臺(tái)階開挖時(shí)，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)K32+103出現(xiàn)拱頂速率急劇增加的現(xiàn)象，該斷面的單日拱頂沉降變形量達(dá)80 mm，各參建單位高度重視，立即停止隧道開挖工作。為防止變形進(jìn)一步加劇，隨后于2022-12-29分別增加施作K32+119～K32+101段中臺(tái)階與K32+101～K32+083上臺(tái)階臨時(shí)仰拱，臨時(shí)仰拱采用C25混凝土澆筑20 cm；對(duì)已開挖中臺(tái)階的K32+119～K32+101段增加臨時(shí)套拱，套拱采用I14號(hào)工字鋼，間距為1 m。施作臨時(shí)仰拱與套拱后沉降與收斂變形速率顯著下降。臨時(shí)仰拱與套拱完成后因春節(jié)放假停工30 d，節(jié)后復(fù)工進(jìn)行圍巖變形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)K32+127～K32+083段拱頂部位累計(jì)拱頂沉降部分?jǐn)嗝孀畲筮_(dá)255 mm，由于預(yù)留開挖變形量為150 mm，開展侵限核測(cè)發(fā)現(xiàn)隧道實(shí)際穿越堆積體段落K32+127～K32+077中的K32+127～K32+120段初期支護(hù)出現(xiàn)了局部侵限，K32+120～K32+077段初期支護(hù)基本整體出現(xiàn)侵限，侵限程度由大里程往小里程加劇，其中K32+120拱頂部位最大侵限為3.1 cm，K32+110拱頂部位最大侵限為17.4 cm，K32+100拱頂部位最大侵限為19.8 cm，K32+90拱頂部位最大侵限為40 cm，K32+083拱頂部位最大侵限為50.8 cm。

2變形機(jī)制分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該段大變形主要以整體沉降為主，如圖2所示為K32+103斷面監(jiān)測(cè)曲線，收斂累計(jì)為75.2 mm，拱頂左中右沉降位移分別為224.1 mm、202 mm、184 mm。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖實(shí)際施工以及節(jié)假期間氣候情況，推測(cè)發(fā)生累計(jì)大變形的主要原因是隧道穿越的圍巖為堆積體，圍巖自承載能力較弱，隧道開挖后由于未及時(shí)形成封閉成環(huán)的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)圍巖變形約束較弱，隨著圍巖松動(dòng)圈向外擴(kuò)展以及大氣中水汽入滲進(jìn)一步減弱圍巖自承載能力，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生變形未能進(jìn)行及時(shí)處治，變形累計(jì)產(chǎn)生圍巖大變形，局部段落由于大變形累計(jì)超過預(yù)留變形繼而出現(xiàn)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)侵限。

3大變形控制與侵限處治

針對(duì)隧道穿越堆積體段落K32+127～K32+077段初期支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的大變形以及初期支護(hù)侵限情況，為避免結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變形惡化引起支護(hù)結(jié)構(gòu)以及圍巖垮塌，并為后期隧道施工作業(yè)環(huán)境提供保障，臨時(shí)對(duì)K32+077～K32+108段在前期已經(jīng)施作臨時(shí)仰拱基礎(chǔ)上增加復(fù)拱。復(fù)拱采用I18工字鋼，工字鋼的縱向間距≤1 m，鋼架與原初期支護(hù)間隙采用木楔頂緊，使復(fù)拱對(duì)原初期支護(hù)結(jié)構(gòu)有效支撐，提高初期支護(hù)整體抗變形能力。同時(shí)，對(duì)圍巖進(jìn)行徑向注漿加固，徑向注漿采用長(zhǎng)L=3.5 m，42 mm×4 mm鋼管，管壁四周開8 mm壓漿孔≥3排。注漿小導(dǎo)管布置在拱頂附近區(qū)域，以拱頂為對(duì)稱軸左右兩側(cè)分別布置，環(huán)向間距為1.5 m，每環(huán)布置12根，前后環(huán)錯(cuò)開布置，前后環(huán)間距1 m，注漿漿液采用水灰比≤1∶2的硅酸鹽水泥凈漿（摻5%水玻璃）。

對(duì)后期隧道穿越堆積體段落，為防治換拱后圍巖再次發(fā)生大變形，導(dǎo)致初期支護(hù)再次侵限，對(duì)隧道穿越堆積體段落圍巖大變形處治采取方案如下：

（1）對(duì)K32+127～K32+120段僅需要進(jìn)行局部換拱段落下臺(tái)階增加鎖腳，鎖腳采用89 mm×6 mm的大鋼管，長(zhǎng)度L=9 m。如圖3所示。

（2）對(duì)需要整體換拱段K32+120～K32+077段，換拱開挖預(yù)留變形量調(diào)整為25 cm，換拱后初期支護(hù)鋼拱架型號(hào)采用Ⅰ22b工字鋼，鋼拱架縱向間距50 cm。

（3）整體換拱段換拱后初期支護(hù)上臺(tái)階鎖腳采用89 mm×6 mm大鋼管，長(zhǎng)L=6 m；下臺(tái)階鎖腳采用89 mm×6 mm大鋼管，長(zhǎng)L=9 m；仰拱鎖腳采用42 mm×4 mm鋼管，長(zhǎng)L=4.5 m。如圖4所示。

（4）整體換拱段I22b鋼拱架縱向兩環(huán)間采用I14工字鋼于腰板焊接進(jìn)行縱向連接，環(huán)向間距拱部、拱肩部位為0.8～1.0 m，兩側(cè)邊墻部位為1.0～1.2 m，增加鋼拱架縱向抗變形能力。

（5）整體換拱段初期支護(hù)噴射混凝土厚28 cm，強(qiáng)度不低于C25。

（6）換拱部位系統(tǒng)錨桿采用42 mm×4 mm注漿鋼花管，長(zhǎng)L=4.5 m，縱向間距為鋼支撐間距0.5 m，環(huán)向間距1.2 m，注漿漿液采用水灰比≤1∶1硅酸鹽水泥凈漿（摻5%水玻璃），注漿終壓≤0.8 MPa。

對(duì)侵限處治主要采取換拱方案，為確保換拱施工安全，換拱嚴(yán)格逐榀進(jìn)行，并注意：

（1）加強(qiáng)換拱后圍巖與初支結(jié)構(gòu)變形監(jiān)控量測(cè)，出現(xiàn)異常及時(shí)撤離人員，并通知各參建單位。

（2）換拱前先對(duì)拱部120°范圍內(nèi)施作超前預(yù)支護(hù)，對(duì)換拱部位鋼架拆除需替換鋼架以及鎖腳錨桿鎖定穩(wěn)固后方可拆除。

（3）對(duì)噴射混凝土或臨時(shí)仰拱的破除應(yīng)采用環(huán)向或橫向切割的方式進(jìn)行，避免直接錘擊導(dǎo)致產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。

（4）分段換拱完成后通過監(jiān)控量測(cè)確認(rèn)變形穩(wěn)定后二襯襯砌緊跟澆筑。

采用前述綜合處治設(shè)計(jì)方案后，換拱過程中以及二襯施工前未發(fā)生再次大變形侵限情況，圍巖變形得到了有效控制。圖5所示為K32+103斷面換拱后重新布測(cè)的監(jiān)測(cè)曲線。由圖5可知，換拱后拱頂累計(jì)沉降仍高達(dá)152 mm，但是由于充裕預(yù)留變形，未發(fā)生再次侵限情況。

4結(jié)語(yǔ)

（1）堆積體段落換拱后圍巖仍存在較大的變形，應(yīng)充分考慮預(yù)留變形，避免再次初支侵限。

（2）對(duì)于堆積體隧道施工，套拱后應(yīng)及時(shí)采用木楔頂緊，使復(fù)拱對(duì)初支發(fā)揮有效支撐作用。

（3）堆積體隧道需要換拱應(yīng)首先破除原支護(hù)兩榀鋼架間噴射混凝土，施作超前小導(dǎo)管對(duì)拱部120°范圍內(nèi)拱頂區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)預(yù)支護(hù)，換拱后對(duì)拱部位以上的鋼架施作鎖腳錨管，再將換拱部位的鋼架拆除。

（4）大鋼管進(jìn)行鎖腳對(duì)下半拱開挖以及上半拱已施工未閉環(huán)的初支圍巖變形能力具有強(qiáng)約束，在較軟弱大變形地層較適用。

（5）大變形段落的鋼架間縱向連接采用高強(qiáng)的連接可為拱架充分抵抗變形提供良好支持。

參考文獻(xiàn)：

［1］戴武，錢志豪，王宗學(xué)，等.散巖堆積體中特大斷面公路隧道洞口段合理施工工法研究［J］.西部交通科技，2020（4）：130-134.

［2］鄭俊清，張燕清，林廷松，等.坍塌堆積圍巖小凈距隧道數(shù)值模擬研究［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2013（3）：488-490，497.

［3］王運(yùn)周，程寅，費(fèi)月英，等.覆蓋松散堆積體隧道二襯受力特性研究［J］.工程勘察，2018，46（2）：12-16.

［4］昝文博，賴金星，張玉偉，等.堆積體隧道圍巖及支襯體系空間力學(xué)特性［J］.公路，2017，62（2）：244-250.

［5］朱正國(guó)，朱永全，吳廣明，等.泥石流堆積體隧道基底加固方法及穩(wěn)定性分析［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2013（S2）：617-621.

［6］胡恩來.錨桿長(zhǎng)度對(duì)散巖堆積體中隧道洞口段穩(wěn)定性的影響研究［J］.西部交通科技，2021（1）：135-138.

［7］謝亦朋，楊秀竹，陽(yáng)軍生，等.松散堆積體隧道圍巖變形破壞細(xì)觀特征研究［J］.巖土力學(xué)，2019，40（12）：4 925-4 934.

［8］肖建章，戴福初，閔弘，等.松散堆積體圍巖隧道施工方案對(duì)比分析［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）：106-113.

［9］唐和青，江錫山，楊鵬.松散堆積地層隧道鎖腳錨管參數(shù)優(yōu)化研究［J］.中外公路，2023（1）：162-167.

［10］于京波，李志軍，王秋林，等.淺埋偏壓坡積土與泥石流堆積混合帶進(jìn)洞施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)（中英文），2022，42（S2）：428-434.

［11］陶志剛，張慶周，楊曉杰，等.下穿隧道開挖對(duì)松散堆積邊坡穩(wěn)定性影響的物理模型試驗(yàn)研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2022，47（S1）：61-76.

基金項(xiàng)目：廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道結(jié)構(gòu)性能演變與健康狀態(tài)評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：桂AB24010276）；廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于分布式光纖的隧道施工安全與運(yùn)營(yíng)健康實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究（自籌）”（編號(hào)：桂科AB22080027）；廣西工信廳技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目“基于布里淵散射的分布式光纖長(zhǎng)大隧道施工安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)”（編號(hào)：桂工信科技〔2019〕13號(hào)）

作者簡(jiǎn)介：葉雄（1983—），高級(jí)工程師，主要從事高速工程項(xiàng)目技術(shù)變更管理與災(zāi)害防治研究工作。