软岩顺层偏压地段隧道初支变形侵限安全有效处理技术

杨先全

(中交四航局一公司云桂铁路项目部)

1 工程概况

隧道位于广南－ 珠琳区间，为单洞双线隧道，线间距4.6 m，全长820 m。隧道围岩岩性为三叠系板纳组粉砂岩、泥质粉砂岩，岩层褶皱，构造裂隙发育。洞身段岩性主要以砂岩、粉砂岩为主，中～厚层产状，岩石节理发育破碎。岩层产状N70°W/50NE°，线路走向与岩层走向夹角24°倾向右侧;同时隧道洞身段左侧存在顺层偏压。隧道换拱范围多集中在洞口段范围且洞外山势走向对隧道形成偏压状态，为确保隧道换拱施工质量、及隧道施工安全的前提下，尽量减少围岩扰动和减少换拱范围，针对初支侵限的范围进行拆换拱处理。

2 施工现状及设计简述

施工现状:隧道上台阶掌子面里程为DK446 +087.5，累计开挖支护123.5 m;仰拱里程为DK446 +060.2，累计完成96.2 m;二衬里程为DK446 +033，累计完成54 m。

设计简述:DK445 +964～DK446 +005 段41 m 设计为V级B 型复合衬砌;DK446 +005－ DK446 +109 段104 m 设计为V 级A 型复合衬砌。支护措施均为全环I20b 钢架，间距0.8m，拱部Φ42 超前小导管，环向间距0.4 m，每3.2 m 一环，每环38 根，4.5 m/根。设计参数为:28cm 厚C25喷射混凝土、20 cm×20 cm 的φ8 钢筋网片、1.2 m ×1.0 m 间距的φ22 砂浆锚杆4 m/根、50 cm 厚C35衬砌钢筋混凝土。

3 侵限分析

根据监控量测及初支断面检测发现，DK446 +000～DK446 + 024 段 全环、DK446 + 033～DK446 + 043 及DK446 +048～DK446 + 052 段左侧半环、DK446 + 052～DK446 +064 段左侧半环变形量超标，最严重部分已侵限31.6 cm，目前该段监控量测数据显示变形已趋于稳定。

隧道侵限段围岩主要为砂岩夹粉砂岩，属软质岩，岩层褶皱，构造裂隙发育，围岩较为破碎。从已施工里程看，围岩掉块现象颇为严重，围岩自稳性较差。

隧道进口洞身段左侧存在顺层偏压也直接加快隧道变形沉降侵限，同时隧道进口端山势较陡与洞门斜切且植被发育地质多为强风化岩石，导致进洞口端初支变形大。

隧道开挖后围岩应力释放，对钢架作用的应力较大。开挖爆破、仰拱未及时施工、初期支护施工质量等也是影响隧道沉降变形大的原因之一。

二衬施工未及时跟上，支护措施过弱(大管棚段以后范围均发生沉降变形)，上台阶施工放置时间长，对收敛及沉降量预计不足等。

4 侵限换拱施工方法及工艺

4.1 侵限处理思路

(1)临时加固(支撑)

在拆除初期支护前，必须对两侧原有的支护系统设立临时支撑，使隧道两侧拱架单元与临时支撑形成稳定的支撑体系。临时支撑采用5 根I20a 型钢加工制作成支撑排架，其顶端与初支钢架B 单元顶端周边焊接牢固，底角埋入仰拱填充面上宽60 cm，厚30 cm 的底座混凝土中。同时采取几个方面的措施:一、二衬紧跟;二、初支左侧偏压段加固;三、在填充面上及作业台车上施做临时支撑;四、加强监控量测。

(2)径向注浆加固

换拱段采用4 m 长Φ42 mm 径向小导管对初支背后围岩注浆固结，环向间距1.0 m，纵向间距0.8 m，梅花形布置，在每榀钢架与小导管“L 型”钢筋锁死，浆液采用1∶1 水泥浆，注浆压力:0.3～0.5 MPa。

(3)逐榀置换拱架

①从外向内逐榀进行，遵循先拱后墙的原则，对于全环侵限的部位必须采取分单元置换。

②换拱前先进行临时斜撑支护及拱顶竖上支撑方可开始进行换拱施工。

③挖除侵限部分:每次只能拱部开挖一榀，边墙开挖两榀。开挖主要以冲击锤破碎为主，人工利用风镐开挖为辅。

(4)换拱步骤

拆换拱时应自上而下凿出原初期支护进行换拱施工，具体换拱步骤如下。

①如在A 单元范围内采取破碎机及人工利用风镐的方式进行破除处理。A 单元范围内断面凿除至设计开挖轮廓线后，拆除钢架、连接钢筋及钢筋网。先初喷一层混凝土封闭开挖面防止拱部掉块。现场加工与A 单元等弧度的钢拱架并进行安装后按照设计支护参数及预留变形量进行施工。当隧道初期支护侵限部位为拱架A 单元及B 单元时，需先处理完A 单元部分后再处理B 单元。

②如在B 单元时须拱部A 单元侵限段处理完毕后，才能进行B 单元段侵限处理。处理B 单元时左右两侧错开3～5 m 进行，当选择从右侧开始时，拆除右侧临时支撑及采用风镐或破碎机对B 单元初期支护并凿至设计轮廓后初喷封闭。左侧B 单元施工与右侧步骤相同。当隧道初期支护侵限部位为拱架B 单元及C 单元时，需先处理完B 单元后再处理C 单元。

③当隧道初期支护侵限部位为拱架C 单元时采取利用风镐或破碎机拆除拱架并开挖至设计轮廓线后按照设计参数进行支护施工。

④当隧道初期支护侵限部位为全断面时，采取自上而下先拱后墙的方式按照A、B、C 单元施工步骤进行换拱施工。

⑤换拱施工中根据现场需要及时增加横向、竖向及水平临时支撑及锁脚锚杆，置换的拱架预留变形量为15 cm，加强监控量测，进行动态优化，防止沉降变形，造成二次侵限。

5 结 论

通过对隧道初期支护侵限处理，结合隧道围岩情况及时采取注浆加固并做好临时支护措施，过程中加强监控量测，逐榀逐段逐节进行置换拱处理，仰拱及二衬紧跟，安全有效的进行处理侵限，该方法对同类工程处理有指导和借鉴作用。通过现场施工积累，也对后期隧道初期支护施工更加重视，加强"超前支护、初支加强、合理调整预留变形量、仰拱及时封闭、二衬紧跟"的施工措施。

［1］铁路隧道工程施工技术指南(TZ204－2008)［S］.

［2］铁路隧道施工规范(TB10204－2002)［S］.

［3］隧道参考图《双线隧道辅助施工措施及施工工法》成都:中国中铁二院集团有限责任公司，2010.