隧道软弱破碎带施工处治技术.docx

    隧道软弱破碎带施工处治技术    Summary：文章结合软弱破碎带施工处治工程实例，根据隧道病害现场调查情况，提出采用临时仰拱保证支护体系稳定的两种处治方法，有效保证了施工过程中的安全及后期隧道运营期间的安全，提高了隧道的耐久性，降低了后期维护成本Key：隧道；软弱破碎带；临时仰拱；树根桩：U457+.2A2307630引言随着西部交通建设的快速发展，高速公路建设逐渐由平原丘陵地带推进至山岭地带广西山脉发达，喀斯特地貌尤为典型，且喀斯特地貌软弱破碎地层较为常见，给高速公路建设带来了很多不利的影响，很大程度上影响了施工的安全性及进度，给项目的管理建设带来了巨大的挑战［1］同时山岭地带地层岩性差异较大，工程人员在解决不同隧道地质问题时各种尝试投入很大，浪费了大量成本［2］本文结合贺州至巴马高速公路（都安至巴马段）的工程实例，为解决类似问题提供参考，开拓思路，以便降低项目的施工风险及成本1工程概况下排二号隧道出口位于都安县地苏乡上节村下坦队以东600 m，隧道走向约为268°设计隧道为分离式隧道，设计长度为714 m进出口隧道路面设计高程分别约为174.728 m、169.075 m，右线最大埋深为202 m，左线最大埋深约为188 m。

隧道区属岩溶峰丛地貌，山峰陡峻，地形起伏较大，山体连绵起伏拟建隧道穿越多座山体，谷地和山地高程约160～403 m，相对高差约为236 m隧道洞身埋深较大，最大埋深约202 m施工图资料显示，在ZK373+060～ZK373+200路段左侧表现为岩溶密集发育区2隧道病害情况下排二号隧道左洞ZK373+090～ZK373+069段按原设计S5-B衬砌类型施工S5-B衬砌支护参数如下：I18工字钢，钢架为75 cm间距；42 mm×4 mm超前小导管，纵向间距为3.0 m；25 mm中空锚杆，S=120（环）×75（纵向），L=350 cm；钢筋网为20 cm×20 cm；喷射混凝土厚度为24 cm；二衬、仰拱厚度为45 cm在开挖施工过程监控量测数据正常，无显著变化ZK373+083～ZK373+069段掌子面揭露围岩为中风化灰岩+黑色土层掘进过程中，黑色土层从掌子面右侧往左侧进一步扩大，开挖到ZK373+069掌子面时，整个掌子面全部为黑色土层夹局部黄土层黑色土层干燥，未扰动时土质坚硬密实，扰动后土层松散，无黏力，局部夹有大块石头，直径50～150 cm不等ZK373+069～ZK373+058段掌子面揭露围岩全为黑色土层+黄色土层。

黑色土层干燥，未扰动时土质坚硬密实，扰动后土层松散，无黏力，施工过程拱顶易出现小塌方；局部夹有石头，直径10～60 cm不等施工至ZK373+058掌子面，發现ZK373+090～ZK373+070段初期支护拱顶局部出现喷射混凝土剥落，初支局部开裂情况，现场及时停止掌子面施工，撤离作业人员，做好安全警戒停工期间加强监控量测观测，期间ZK373+090～ZK373+058段初期支护快速下沉和收敛，出现环向开裂、喷射混凝土剥落、扭曲变形等现象根据监控量测结果，初支沉降变形量平均为5～10 mm/d，初支处于急剧变形阶段，导致初期支护侵入二衬范围3隧道病害现场调查结合现场实际情况，进一步加强对隧道洞内及周边的水文地质进行调查，对隧道仰拱、侧墙、掌子面等采用多功能地质钻机进行钻探后确定了地质调查资料，绘制了该隧道破碎带的范围（见图1），明确了周边水力联系及组成等基本情况［3］1）该隧道软弱破碎带的范围约为ZK372+090～ZK373+058（YK373+065～YK373+038），纵向长度左线约为32 m，右线为27 m2）通过洞内外观察，该隧道穿越独峰，施工期间洞内较干燥，洞内外无水力联系及补给关系。

3）多功能钻机的钻探结果显示，以上路段隧底均处于软弱破碎地层，软弱层深度及宽度无法探明右线掌子面往掘进方向10 m处显示为完整基岩，左线未能探明（见图2）4）隧道右线山顶YK373+062～YK373+028段发现一个塌陷性溶洞，同时溶洞原地面有整体下沉的痕迹4制定处治方案4.1软弱破碎带初期支护病害处治方案由于地质复杂，组织多方讨论确定了下排二号隧道左洞出口初期支护病害处治方案，具体如下：（1）加快仰拱及二衬施工进度，保证仰拱封闭成环，缩短仰拱及二衬与掌子面之间的步距［4］2）立即对ZK373+090～ZK373+058段上台阶进行反压回填；对变形侵限段增设I 18工钢复拱及临时仰拱，组成闭合环，钢架间距1.0 m；上台阶中间施工80 cm宽、50 cm高，C25混凝土条形基础，上台阶每一榀护拱施工2根 I 18斜向钢支撑3）临时稳定措施施工完成且监控量测显示变形稳定后，对初期支护背后存在空洞位置泵送C20混凝土回填密实［5］4）采用42 mm×4 mm双层小导管对侵限段进行预加固处理，纵向间距为1.0 m，小导管内注砂浆填塞满5）预支护完成后，对ZK373+090～ZK373+058段进行逐榀换拱。

该段采用S5-P衬砌类型进行支护，预留变形量根据监控量测情况动态调整，防止二次侵限6）上、中、下台阶拱脚各采用2根108 mm锁脚钢管加强支护，斜向下45°打设，单根锁脚钢管长度暂定为18 m，长度可根据现场进行调整，要求深入基岩3.0 m7）下台阶开挖后应对基底进行探孔，如揭露为基底充填溶洞，应根据洞内揭露的溶洞形态及工程地质等情况及时采用钢管桩等方案进行基底处理8）病害处治期间加强监控量测［6］，如有异常情况立即撤离相关人员，并及时反馈给相关责任人，具体工程量以现场实际收方量为准其中S5-P衬砌支护参数如下： I 20工字钢，钢架为50 cm间距；42 mm×4 mm超前小导管，纵向间距2.50 m；25 mm中空锚杆，S=120（环）×50（纵向），L=400 cm；钢筋网为20 cm×20 cm；喷射混凝土厚度为26 cm；二衬、仰拱厚度为50 cm4.2软弱破碎带地基处置方案隧道洞内采用复合型地基进行加固处理：仰拱底部采用树根桩（干钻）+碎石墊台，双层超前小导管（6 m）注砂浆预加固、初支采用22b+16b工字钢加强支护，预留变形量为30 cm上台阶每循环设置2根5 m长、50 mm锁脚钢管，中台阶每循环设置2根10 m长、50 mm锁脚钢管，拱脚每循环设置2根15 m长、108 mm×6 mm锁脚钢管［7］。

二衬钢筋由双层调整为四层，间距由20 cm调整为10 cm，混凝土强度调整由C30调整为C40，衬砌厚度调整为70 cm（见图3）5处治效果隧道软弱破碎带围岩应力复杂，结构十分不稳定，极大影响作业人员的安全及施工进度施工过程中通过采用临时仰拱，让破碎岩层形成临时的闭环，形成径向自稳受力体系，破碎围岩与临时仰拱形成抱箍效应，稳定性良好，在施工过程中保障了作业人员的安全［8］考虑隧道长久的运营期，软弱破碎带基础的处治至关重要，通过采用复合型地基进行加固处理，大量的树根桩穿越了软弱破碎地层，将隧道基底应力分散至地层更深更稳固的位置［9］，为隧道支护体系打下坚实的基础本文处治隧道软弱破碎带仰拱基础及施工过程中采用临时仰拱保证支护体系稳定两种方法［10］，虽然成本增加，但有效保证了施工过程中的安全及后期隧道运营期间的安全，通过本方法处治提高了隧道的耐久性，避免了后期大修花费更大的成本，值得推广应用6结语隧道施工具有作业循环性、连续性强，综合性较强，隐蔽性大、作业空间有限，施工环境恶劣，风险性大等特点，施工始终与工程地质和水文地质有关，施工大部分不受气候影响，全过程施工均是动态的为保证隧道施工顺利推进，应做到如下几点：（1）充分地熟悉设计图纸，尤其是地质勘查资料、水文地质报告，对设计图纸及设计交底过程中指出的重点及注意事项做详细的分析及交底，并明确要求及目标，这是施工的基础保障。

施工前期，进一步熟悉隧道周边的地质环境、水力联系及水系补给（进、出），范围尽可能地扩大，把影响隧道施工的各个因素都调查清楚，补充完善设计的缺陷及不足2）合理安排各工序之间的节奏，保证开挖到二衬施工的各个工序之间形成良性循环严格把控各循环之间设备、人员、材料的合理调配及安排，以掌子面开挖及支护为主控因素动态控制各施工环节，过程中对掌子面围岩的变化情况保持高度的敏感性，动态调整开挖方法、优化超前形式、调整支护方案，确保从开挖到支护的一次成型效果满足实际情况3）严格控制支护闭合时间，台阶法以短台阶开挖为最佳，围岩越差，闭合时间要求越短，则台阶必须缩短，在保证开挖跨度安全的前提下，仰拱封闭成环越快越好支护闭合时间加快，围岩稳定性增加，整体施工安全及质量得到保证加快处治方案的制定及实施，在遇上复杂地质情况时，要尽可能地缩短方案的制定时间，确保围岩的暴露时间降到最短，方能充分地利用围岩自身的稳定性，为施工处治的提供安全的环境，避免次生灾害的发生根据现场施工情况，绘制隧道处治过程中各工序剖面图，实时对整体情况进行把控，确保各个环节的处治按照方案落实Reference［1］刘宗辉，关启钰，饶坤荣，等.基于能量理论的岩溶隧道超前钻探精细预报方法［J］.公路，2021，66（11）：342-349.［2］张少雄，孙龙，王璐.岩溶隧道富水段超前地质预报与处治技术［J］.公路，2020，65（12）：163-165.［3］王建，王丽君，马建新，等.岩溶地区公路隧道穿越大型溶洞处治措施分析［J］.地下空间与工程学报，2020，16（S2）：964-970，998.［4］韦建昌，邵羽，梁铭，等.超前水平钻探在岩溶隧道地质预报中的应用研究［J］.中外公路，2020，40（3）：220-226.［5］程巧建.隧道岩溶超前探测及溶洞处理技术研究［J］.公路，2020，65（5）：357-362.［6］王波.莲花山隧道岩溶发育规律分析［J］.公路，2019，64（8）：226-230.［7］潘东东，李术才，许振浩，等.岩溶隧道承压隐伏溶洞突水模型试验与数值分析［J］.岩土工程学报，2018，40（5）：828-836.［8］赵军，周跃峰.隧道穿越软弱破碎带信息化施工方法［J］.城市轨道交通研究，2018，21（6）：101-104.［9］祁文睿，高永涛.公路隧道穿越软弱破碎围岩综合施工及监测技术研究［J］.公路交通科技，2021，38（11）：88-96，105.［10］崔岚，郑俊杰，章荣军，等.软弱破碎带隧道围岩变形及初期支护受力分析［J］.华中科技大学学报（自然科学版），2012，40（11）：53-57.  -全文完-。