老黄土隧道拱腰初支大变形破坏与处理技术

老黄土隧道拱腰初支大变形破坏与处理技术

洪坤

（中铁二十局集团有，陕西西安710016）

#摘要】文章依托宝兰客专南山堡隧道和蒙华铁路阳山隧道选择刚性和柔性支护的黄土隧道大变形施工实例，详细介绍了黄土隧道初支大变形的特•，发展过程，变形破坏规律及力学机理规律展开系统论述,针对黄土隧道初期支护变形、破坏、侵限问题，采钢筋网、锚管补强、钢架截换局部增大格栅钢架主筋补强、加大格栅钢架主筋加厚喷射混凝土厚度、加密钢拱架，让压支护等结构多种处理方案，通过工程实践和理论分析，对初期支护结构加固和加强进行探索，依靠稳定的封闭结构，有效减少拱腰的应力集中现象，成功解决了黄土隧道初支变形侵限的危害，对以后类似隧道工程设计、施工均可起到一定的借鉴、指导作用。

【关键词】初支大变形；初护补强；二层支护结构；让压支护结构

#中图分类号】U457>.3

由于黄身的特殊性质，黄循环变化间产生力学差异巨大⑴，导致黄土隧期支护拱腰处喷射混凝土开裂、剥落，钢架变形、甚至剪断，形成安全隐患，引起工，造成巨大失，给设来严重困扰。因此黄土隧期变形破坏规律与合理的，参数及开挖，对提高隧道设计的合理性的安全性具有一定的指导意义。

1工程实例

工程案例均为初期支护完成，喷射混凝土强度达到设计值，监控量测信息反馈拱顶身收完成，回归分析围岩、，停止监控量测的情况下，由黄土含水率增大而发生大变形（11）&变形由围岩应力调整，引起钢架间喷射混凝力作用下隆起鼓，阶分薄弱面纵向开裂，裂缝不断向钢架延伸，最终以应力集中形式作用在钢架上，钢架受力生变形将荷载传递至锁脚锚管端部，锁脚管再将端部荷载扩散到围岩中。力在传递过程中任何一个环节抵抗能力，则该点变形破坏突出&变形一生持续时间，没有突变性，变形量大,但也能，变形随着时间的推移而增长，但速率逐渐变小直至&

1.1型钢构支撑实例

兰客隧道全长3497m，位于甘肃省通渭县南山村，为单线隧道，设斜井一座，全571m&隧道穿越老黄土地层先后三生初期支护大变形,其中一于正洞，斜井辅助内，均为'级围岩,埋深约90~ 120m&

XK0+571~XK0+541段，断面60.57m2，台阶法施工，开挖时土体天然含水率约20%，洞身局部偶有滴水。初期完成约14d，现拱腰台阶分缝期支凝土纵向开裂，裂纹宽2~5mm，30cm&发现裂缝,当即补设测点，针对变形较大监控量测。持续现裂纹钢架的中间位置,走向与线路平#文献标志码】A

行，随着时间推移向钢架方向延伸和加宽，局部伴有少量斜向、横向裂缝及&监控量测数据信息显示，测点累最大值31mm、收最大值43mm围岩渐趋，补测点监测收敛最大值4mm/d。

数为:拱墙设（22砂浆锚杆，长3.0叫梅花形布置,拱墙设（8钢筋网，间20cm?20c叫拱墙设116型钢钢架，间1棉/叫（42脚锚管长3叫钢架之间用（22纵向一起其环相间距1.0m,C25喷射混凝：22cm,C30衬凝30cm。

分析围岩含水率偏高偶有水渍、滴水，隧开挖造成周赋水，致身周围黏质黄，甚至为流塑体，力学强度低，隧，上阶初期缝薄弱部隆起开裂

拱腰部位刚度需补强，斜井对该工点施全极大，及补强，采用钢架支以全。设杆其他参数不变，补强钢架设与初期支护钢架布设。处理呈：状态，后期优化取消了C30衬砌混凝土&

DK867+930-DK867+942段断面138.1m2，三台阶法施工，位于斜井进入正洞的交叉口处,开挖时天然含水率约14%,衬先预留，待斜井口封整做，该端二衬格衬全的要求跟进掌子面。

期完成约6个月后，发现交叉口对面正面拱部及边墙上部纵向裂纹，约2~5mm宽，最的约40cm，持续现裂纹钢架的中间，大部分向与线路，局部有少量斜向、横向裂缝，随着时间推移裂缝有所,钢架轮廓现环向裂纹，钢架有剥&恢复监控量测并补点监测，发现拱顶，洞身收率

［定稿'期#2019-04-16

［作者简介］王洪坤（1987~）,男，本科，高级工程师，主要从事隧道施工与管理工作。

为333/d o

该数为:拱墙设（25中空锚杆,边墙设（22砂浆锚杆，长3.5叫梅花形布置1.23?1.2叫拱墙设（6.5钢筋网，间距20cm X20cm,拱墙设118型钢钢架,间1棉/

叫（42脚管长3.5叫钢架之间用（22纵向连接

一起其环相间距1.0叫C25喷射混凝土厚25cm,C30衬凝45cm&

分析近期地表水，另隧水度过大，洞内外温差原因斜井交叉生水期面,水分期凝入，致黄土含水率加大，自身力降低，围应力调整隧道，致边墙上部和拱腰部初期凝开裂，锁脚管随钢架变形顶裂钢架混凝⑶。边及拱腰部位刚度需补强，破除表面8cm凝土，在裂缝上30cm增设4组8根3.5m管固定钢架,增设一层钢片和纵向，喷射混凝复面。处理完到一年衬现异常&

XK0+541~XK0+491段，断面36.98m2，台阶法施工，开挖时土体天然含水率约147&完成3年现拱腰阶分喷射混凝土裂纹6-12mm,极为缓慢,考虑隧道正洞贯斜井不作为，洞内的变形

及输安全，结合前理经验，没及理,而是做了2年的，裂纹集中在边阶缝，以纵向裂缝为主，伴有环向、斜向裂缝，裂纹慢慢发展由鼓裂到纵向贯通，再到劈裂形成4~12cm的错台，钢与钢架分,凝破裂剥落，但一（图1#&

图1斜井初支拱部大变形

该数为：数:拱设（22砂浆锚杆，长

2.5m,梅花形布置,拱墙设（8钢筋网,间25cm?25cm,拱墙设114型钢钢架，间1棉/m,（42脚管长2.5叫钢架之间用（22纵向一起其环相间距1.0叫C25喷射凝20cm&

分析黄循环的水，围岩多次应力调整期，凝复力作用劳受损开裂⑷，个力不大但反复作用，其传到钢架脚锚杆的组合受力体上以造成钢架锚管形变,只是缓慢促进支凝裂&期偏弱，增设〕衬砌以分担围力的方案，清除破损碎裂混凝土,喷射混凝表面复，做衬&理，到了新的&1.2格栅钢架结构支撑实例

蒙路阳山隧道全长11668叫位于延安市宝塔区麻洞川乡，为单线隧道，穿越老黄土地层&

DK390+520~DK390+786发生初期支护大变形段长235叫为'级围岩，埋深126~139叫开挖面积普通段101.4m2,107.3m2&三台阶（三阶三步开挖法），仰拱封掌子面1.5倍径,开挖含水率约157&初期完成1个半月后，在仰拱衬砌作面发现中台阶上部钢架间局部初期开裂,裂纹约2~5mm宽,纵向为主多集中在中台阶上部拱墙环向长0.8m 围内&发现裂纹后,即恢复该段监控量测，裂纹集中部位加设测线，严格监控量测规程实施监测&约一周时间,钢架间喷射混凝土缓缓鼓包,上阶缝形成主裂纹，裂纹向钢架伸，接着钢架主起裂凝，纵向裂缝隧向纵向贯&期大变形现象由仰拱衬作面向大小里程蔓延&约三周时间，隧235m衬,拱腰上台阶纵向缝处裂纹贯通,上、中阶处形成，中阶顶部隆起突岀,裂缝周围多现，局部现间断性水滴，个别格栅钢架主断，断塌&监控量测信息显示，拱顶和边墙测线收敛数据超标,补设测线收敛速率5mm/d直到形成渐&监控量测数据信息显示，拱顶拱腰收异常渐趋，边测线数据分布图岀现拐点，补测点监测收敛最大值速率12mm/d&

该数为:拱墙设纵向（6环向（8钢筋网，网格间距20cm?20cm,全环设四肢（22（G二150mm）型格栅钢架，间1棉/叫（42脚管长4m,钢架之间用（22纵向连接筋焊接在一起，连接筋内外交叉布置环相间距1.0叫C25喷射凝22cm，C30衬45cm&

变形生，仰拱期封成环掌面13m，二次衬砌仰拱、拱掌子面分别为167m、263m&由变形大，范围广，业主建各方做了抢险处置&（1）停止掘进，封闭掌子面，设（6钢筋网，网格为25cm?25cm,采用喷射10cm厚C25碇封闭，并预留一个30cm?30cm观察口&在上阶设置临时仰拱,对变形较大（800mm 临时钢管&（2）为变形避生大面积的垮塌事,开裂段间隔10m做全环封钢架加固&加固圈由5棉I20k钢架组成，钢架间距1m/棉,加固间5m，钢架应面&钢架纵向用（22接筋，环向间距1m；加固圈拱墙范围设纵（6?环（8钢筋网，网格为20cm?20cm；全环喷射C25碇圭寸闭，厚24cm&（3）三加固圈内做应力监测，隧变形开裂段，隧顶地表增设两个钻孔补勘地质,隧内采集围力、含水率以及做原位测试等&（4）对变形段落的钢架，锁脚锚管,喷射混凝土等随机做破坏性（图2）&

地质补堪、应力采集、原测试、质量破坏检验均未得到大变形破坏的强有力理论，排除人为原因&分析"1）隧顶耕地土质疏松易积水，性

碍了雪等地表水，在地表形成冰水膜,整个