盐田隧道初期支护结构侵限的处理

胡尚

（中国华西工程设计建设有限公司，广东 深圳 518029）

1 概况

深圳市机荷高速公路盐田港支线盐田隧道位于梧桐山北东侧，盐田坳西侧。隧道按分离式双洞即单洞三车道单向行驶断面设计，属特大断面隧道。左洞出口端的地质主要是以第四系残坡积层砂质亚粘土及全风化凝灰岩为主。隧道按新奥法原理设计，采用复合式衬砌（初期支护和二次衬砌），该段衬砌厚度为50cm。左洞出口端ZK5+542~548段初期支护后，根据监控量测资料，ZK5+545断面的拱顶最大下沉量达31.2cm，比设计暂定的预留沉降量20cm多下沉了11.2cm。根据实际净空断面测量，ZK5+542~548段（每米一个断面，共6个断面）的初期支护已侵入二次衬砌，最大侵入量为19cm，主要集中在拱顶范围。

2 产生侵限的原因

2.1 地质原因

左洞出口段是浅埋段，埋深厚度约4~15m，左高右低，属于偏压较大的洞口，且围岩情况较差，是以第四系残坡积层砂质亚粘土及全风化凝灰岩为主，属Ⅱ类围岩，围岩自稳能力差。

2.2 水对围岩强度的影响

因施工时值雨季，雨水多，至使洞内水量比较大，而且因前期施工山顶出现的裂缝没有及时封堵，泥砂岩遇水容易软化膨胀，降低了围岩强度，增大围岩压力。

2.3 施工方法的影响

由于施工方法不当，上、下导坑距离过长，仰拱施工比较慢，没有及时封闭永久性仰拱，至使钢拱架没及时形成初支期护设计的环状受力结构。

2.4 预留沉降量不足

监控量测是采用复合式衬砌隧道必须实施的项目。根据量测资料修正设计参数，指导施工。由于进洞方案是大管棚施工。而且大管棚数量和长度比设计增加了近一倍，原设计长度20m，数量33根，实际长度40m，数量57根。因此，没有更多考虑增加预留沉降量，只按照设计及规范上暂定的Ⅱ类围岩浅埋段的预留量20cm预留。至使预留沉降量不能满足实际沉降要求。

由于上面的几个原因，至使左线出口端K5+542~548段拱顶范围的初期支护侵入二次衬砌。根据《公路工程质量检验评定标准》（JTJ-98）的衬砌厚度检验项目要求“不能小于设计”。因此，此段的初期支护必须处理。

3 初期支护情况分析

3.1 在原施工时为增加该段的安全系数，将φ108大管棚由原设计的33根增加至57根（环向向两侧延伸到大跨以下），长度由原设计的20m增加至40m，I22b工字钢钢拱架间距由原设计的75cm变更为50cm。初期支护结构在刚度、强度和稳定性方面都得到增强。

3.2 隧道在深进尺后，非雨水季节，地下水位降低，围岩失水干燥，围岩自身承载力得到增强。

3.3 仰拱施工后，形成整体闭合受力结构。

3.4 通过四个月的监控量测和观察，地表下沉和周边收敛已稳定，洞身变形已终止。

4 处理方案的比较

上述事实证明，此段隧道初期支护完全能承受山体压力，二次衬砌作为隧道装饰和应力储备。针对此情况，采取以下比选处理方案：

4.1 方案一：将拱架更换

该方案是将初期支护结构拆除重做，由于该方案要对围岩进行二次扰动，存在较大的安全隐患，施工时应注意以下事项：

（1）将侵限范围以外的前后断面先衬砌起来，形成安全屏障；（2）钢拱架必须逐榀更换；（3）更换拱架时，必须先将喷射混凝土凿除，将连接钢筋、锚杆烧断，不能使用机械把拱架强行拉下来；（4）更换拱架对围岩进行二次扰动，要在原设计支护参数的基础上增加初期支护强度。

4.2 方案二：等强代换

（1）当衬砌厚度在40~50cm时，取a=40cm，砼标号提高到C35。

按等量代换，取L＝1.0延长米做如下分析：

设计厚度A＝50cm，实际厚度a=40cm，C25=25Mpa=250N/cm2，C35=35Mpa=350N/cm2，设计承受力 N0＝A×L×C25＝1250KN,实际承受力 N＝a×L×C35=1400KN。N＞N0，即当 a=40cm 时，仅将砼标号由原来的C25提高至C35即可达到设计承载力要求。

（2）同理，当衬砌厚度在30~50cm时，取a=30cm，此时 N=a×L×C35=1050KN，N＜N0，此时需增加结构钢筋补强。取Φ25螺纹钢筋抗拉（压）强度K=450MPa=4500N/cm2，则每延米需增加的钢筋根数 n=(N0-N)/KA=(1250-1050)×1000/(4500×1.252×π)＝9.05 根，取 n=10，此时加上原设计每延米4根钢筋，钢筋总数达到14根，钢筋间距过密，不利于施工,需再增加砼强度，即将砼标号提高到C40。

此时，N＝a×L×C40=1200KN，N＜N0，仍需增加钢筋补强，n=(N0-N)/KA=(1250-1200)×1000/(4500×1.252×π)＝2.26 根，为便于施工，取 n=4根，内侧和外侧各增加2根。

结论：综合（1）、（2），在不扰动现有的初期支护情况下，将砼标号由C25提高至C40，并在混凝土中掺加杜拉纤维，提高砼的抗裂性能（参量根据搅拌站经验数据确定），同时增加Φ25钢筋4根即可满足设计承载力要求。

4.3 方案三：强度储备

在ZK5+542~+548段增加中空注浆锚杆（间距100×100cm），提高围岩的整体强度，并在二衬中断面较小部分增加I18b钢拱架，并在混凝土中掺加杜拉纤维，提高砼的抗裂性能（参量根据搅拌站经验数据确定），根据实际情况，用Φ28钢筋代替Φ25钢筋。

5 侵限处理原则和处理方案的确定

5.1 侵限处理原则

根据初期支护已基本稳定的情况，在处理侵限部分时尽量不对该段围岩再次大的扰动，宜采用局部补强的方法，不宜采用挑顶替换的方法。因此，决定在初期支护和二次衬砌中同时进行补强。并为确保施工质量和安全，在加固过程中及加固后对该段围岩加强监控观测。

5.2 洞顶平衡压力措施

因为洞口山体左高右低，为了平衡洞顶山体压力，左侧高处降低4~5m，减低左侧山体的侧压力，右侧低处填高4~5m，以平衡左右两边的压力。保证洞顶山体压力的均衡。

5.3 初期支护加强措施

为增强该段围岩自承能力，减小围岩对衬砌的压力，决定在该侵限段采用φ50小导管注浆对围岩进行加固。纵向和环向间距均为1.5m，按梅花状布置。小导管长度：4m/根。

5.4 二次衬砌加强措施

5.4.1 提高二次衬砌混凝土强度，从原设计的C25提高到C40。

5.4.2 在二次混凝土中掺加杜拉纤维，提高砼的抗裂性能，掺量根据搅拌站经验数据确定为0.7~0.9kg/m3。

5.4.3 二次衬砌1#和2#主筋从原设计每米4根加密到每米6根。

6 处理方案的评述

方案一处理侵限属于返工范畴，适用于范围比较广，但返工难度大，耽误工期，处理不当有可能造成安全事故；方案二属于等强代换，处理起来比较方便，安全系数较高，当侵限不算严重（一般以衬砌厚度的50%为限），通过补强措施能达到要求时，采用方案二；方案三属于增加强度储备范畴，可根据实际情况采用。

本例通过洞顶平衡压力、初期支护和二次衬砌加强等组合措施，在侵限段加固过程中、加固后以及二次衬砌后，一直都对该段围岩进行监控观测，山体没有出现新的裂缝。而且也没有新的拱顶下沉增加。

7 结语

隧道洞口段的围岩和施工条件一般都比较差，为了减少类似事件的发生概率，必须根据施工现场实际情况，在没有确切的量测信息支持的情况下，宜根据经验采用较为保守的预留变形量，并且应勤量测，及时反馈信息，及时调整预留参数，用以指导施工作业。当类似事件发生时，可参照本例，结合实际情况分析采用处理措施。

[1]黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.8.

[2]《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）隧道部分，人民交通出版社.