软弱围岩施工支护与变形处理

施工技术
160页2015年3月
软弱围岩施工支护与变形处理
白涛
中铁七局集团路桥公司，陕西商洛 726309
摘要：随着科技进步，长大隧道越来越多，而长大隧道不良地质灾害多，造成喷射混凝土开裂、掉块、脱落，钢架扭曲、弯折、下沉等初期支护变形，导致二次衬砌厚度不够或直接侵入隧道净空，须对初期支护变形进行处理。

关键词：软弱围岩；施工支护；变形
中图分类号：U455.7 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)07-0160-01
1 软弱围岩施工的支护与变形
1.1 变形原因
1.1.1 地形、地质方面的影响
形成这样隧道的原因有三个方面，即施工原因、地质原因、地形原因。

施工原因：在隧道施工时因使用的施工方法不当，在开挖施工中引起截面局部塌陷，从而使得围岩各部分压力不对称，使应力过于集中引起的隧道偏压。

地质原因：围岩的自稳能力非常差，其滑动面和结构面也很软弱，产状倾斜，在隧道施工中一旦受到外界因素的影响，围岩就会出现滑动。

地形原因：为缩短隧道长度，隧道大多通过山的一侧，导致隧道洞身特别是进出口形成偏压，洞身截面受力不均，一侧受力较大，同时造成隧道的埋深较浅。

1.1.2 气候因素的影响
某隧道施工期间恰逢雨水集中，7月份最大降水量为226mm，降水量较往年增大了将近一倍，为近50年罕见。

隧道初期支护变形段地表有冲沟及多个黄土陷穴，为雨水的储存、收集、运移提供了有利条件，隧道变形地段洞顶埋深28m，地层以砂岩为主，节理缝隙发育，透水性好，地层受施工爆破及开挖扰动影响，下渗量和下渗速率会增加，隧道周边围岩含水率增大导致岩体的强度降低。

另外隧道洞身地层以泥岩为主，砂岩主要分布于拱部，泥岩具有弱膨胀性，在地下水干、湿交替影响下，导致岩体发生反复的膨胀、崩解、强度降低，促使局部围岩变形增大，导致隧道初期支护变形侵限。

2 工程概况
2.1 隧道支护情况
笔者参与施工的新磨沟岭隧道位于秦岭中低山区，隧道穿越磨沟岭，为全长6900m单线铁路隧道。

洞身最小埋深约26m，最大埋深约274m。

山坡除局部被薄层坡积层覆盖外，其余大部基岩裸露。

隧道区不良地质不发育。

特别是隧道出口段位于F2断层影响带中，地表被坡积粉质粘土覆盖，厚约12m，下部为影响带内裂隙岩，岩体较破碎，围岩差。

隧道出口段通过F2（商南—丹凤）深大断裂的影响带。

2.2 支护与变形的处理
2.2.1 超前预支护
一般围岩条件下，围岩先行位移（掌子面前方的先行位移）可以任其发生，不加控制。

但在软弱围岩条件下，其最大值，如超过全位移（围岩最终趋于稳定时的变形量）的30％以上，甚至达到50％或更大时，如不加控制，则会成为掌子面拱顶部分坍塌以及发生大变形的主因。

这也就是我们采用各种超前预支护的主要原因。

现阶段施工现场常用的超前预支护手段主要为：管棚、超前小导管。

管棚法是在隧道开挖前沿隧道外周用钻机设置水平的钢管而后在钢管内外充填砂浆的工法。

是抑制洞口、拱顶稳定和先行位移、地表面下沉及保护周边环境的一种方法。

2.2.2 增加锁脚锚管
在横向变形较大的区域增加锁脚锚管，锁脚锚管为Φ42mm无缝钢管，长4m，每榀拱架按施工单元增加8根锁脚锚管，并注浆；施工中出现纵向裂缝的位置在距裂缝上下50cm处加打Φ42mm、3.5m长小导管，并注浆；拱顶下沉及收敛变形较大处径向施工Φ22中空组合锚杆，注浆时，砂浆经中空锚杆体的中空内孔从连接套上的出浆口进入锚孔壁与钢筋杆体的空隙，锚孔内的砂浆由下向上充盈，锚孔内的空气从排气管排出直至回浆，注浆完成后立即安装堵头，以防浆液倒流流出管外。

2.2.3 预留变形量
预留变形量必须留够(宁多勿少)，防止初期支护变形侵入二次衬砌。

软弱围岩采用工字钢支护，当初期支护结束后，如发生初支侵线，换拱处理是非常困难的，特别是在围岩变形还未稳定的情况下，其安全风险更大。

所以为确保初支不侵线，必须对开挖边线、拱架进行放大，放大量考虑施工误差5cm，围岩沉降(Ⅴ级12cm、Ⅳ级10cm)，及二衬台车放大的5cm，并在每榀拱架安装时加强测量放样。

具体预留变形量应参考现场监控量测值。

3 支护与变形处理工艺
3.1 横向钢支撑
其作用体现在两个方面，一是控制初期支护变形的进一步发展;二是用作搭设处理变形的操作平台。

横向钢支撑一般采用钢管或工字钢搭设，其型号视跨度、地质情况、变形情况、现场材料情况等综合选定，须保证在拱脚位置施加一根横向钢支撑外，还须在拱顶位置施加竖向支撑。

横向钢支撑施作速度要快，避免变形过大，发生坍塌等安全事故，其施作时一定要与初期支护钢架焊接牢固，在跨度中央可采用竖向支撑，减小跨度，避免跨度过大，发生挠曲变形，导致初期支护变形的进一步发展。

3.2 径向注浆加固
初期支护变形后，其背后土体已松散，为了抑制变形的发展，加固松散土体，避免变形处理过程中发生坍塌及变形处理后发生二次变形，须对变形初期支护背后松散土体进行径向注浆加固。

为了防止注浆时浆液的流出，注浆加固前，需将脱落、掉块、开裂的喷射混凝土进行补喷。

3.3 环向注浆加固措施
由于围岩出现变形，岩体节理、裂隙扩大，本身物理力学特性下降。

为了提高岩体自身稳定性，最大限度提高岩体自承能力，在临时支撑的保护下，采用环向注浆小导管对整个变形地段围岩进行预加固。

小导管采用外径42mm，壁厚
4mm，长350cm的热扎无缝钢管，环向间距约100cm，纵向间距100cm，径向打入，尾端支撑于钢架上。

环向小导管注浆采用水泥浆液，添加水泥重量5％的水玻璃，浆液扩散半径按75～100cm控制。

形成隧道开挖轮廓线外3～4m围岩加固圈，注浆压力控制在1．5MPa内。

4 结束语
隧道初期支护变形影响因素众多。

故在施工时需结合具体隧道施工过程的自身特点，针对隧道初期支护变形发生的现象加以分析，根据不同的变形情况制定出相应的处理措施，以有效克服隧道变形影响，使洞身施工满足设计要求。

参考文献
[1] 李日东. 浅埋暗挖地铁车站施工检测技术[J]. 铁道标
准设计， 2006(7)：64-66.。