隧道仰拱隆起处理方法

罗雪松

（福建路桥建设有限公司，福州 350000）

1 引言

随着高速公路的发展以及施工技术水平的提高，长、大隧道越来越多地出现在高速公路施工中。于此同时，各种复杂地质情况下的隧道施工问题也困扰着参建各方，尤其在大变形隧道中，面临着洞室初支变形、塌方、二衬开裂、仰拱隆起变形等诸多安全和质量问题，作为施工方，也面临着更加严峻的施工地质环境和更高的施工管理要求。

2 工程概况

本项目为兰州至海口国家高速公路（G75）渭源至武都建设项目，木寨岭隧道穿越漳河与洮河分水岭——木寨岭，横跨漳县、岷县两县。隧道采用分离式设计，左线里程ZK210+635～ZK225+856，全长15 231m；右线里程K210+635～K225+798，全长15 163m，洞身最大埋深590m。

木寨岭隧道进口施工段，主线起讫桩号为K210+620～K216+380（双洞），路线全长5.76km，位于甘肃省定西市漳县大草滩乡小林沟村境内。主要工作内容为木寨岭特长隧道进口段5 745m，斜井1623m/1 座，隧道全部为V 级围岩，主洞衬砌类型分为sVa（30m）、sVb（45m）、sVc（1467m）、sVd（304m）、sVe（475m）、sVf（2652m）、JGSV（100m）、TSVa（100m）、TSVc（280m）、交叉口277m、明洞15m 等11 种衬砌类型。木寨岭隧道按高速公路标准建设，设计车速80km/h，为双向四车道分离式隧道。

木寨岭隧道进口于2016 年5 月4 日开工，截至2019 年10 月25 日，上导开挖施工到YK214+590 时，发现YK214+547～YK214+574 段仰拱填充隆起变形，填充表面纵向开裂，洞室初支拱架扭曲变形，严重影响了后序工序的施工，为确保后续施工安全及工程质量，需对YK214+547～YK214+574 段进行处理。

3 设计和施工情况

3.1 原设计情况

原设计情况具体为：

1）设计支护参数：木寨岭隧道左洞ZK214+535.2～ZK214+615.2 段原设计为Ⅴ级围岩，衬砌结构形式为TSVC（紧急停车带），设计支护主要参数为：φ42mm 超前注浆小导管长450cm，环向间距40cm，外插角α为10°；φ25mm 自进式中空注浆锚杆长500cm，间距100cm×100cm（环向100cm，纵向100cm），φ42mm 径向注浆小导管长400cm，间距100cm×100cm（环向100cm，纵向100cm）；HW200 型钢钢架，纵向间距50cm（含仰拱），喷射早强C25 混凝土厚30cm；二次衬砌C30 钢筋混凝土厚65cm；预留变形量30cm。

2）地质情况：该段围岩主要为中风化碳质板岩，灰黑色，薄层状构造，受褶皱影响，节理裂隙发育，该段围岩中存在高地应力，主应力方向为北北东向，与线路夹角小于26°，围岩稳定性差，易产生大变形及大坍塌，地下水主要为基岩裂隙水；施工时可能出现点滴状或淋雨状出水。

3.2 现场施工情况

ZK214+535.2～ZK214+615.2 段为紧急停车带，地表高程为3 055.97～3 075.28m；设计路面高程为2 582.68～2 581.17m；洞室埋深为473～493m，存在较大的应力。从施工过程揭示的围岩情况看，该段以炭质板岩为主，部分围岩呈千枚岩化，围岩揉皱明显，岩体破碎，层理间黏结力小，施工过程中极易出现掉块和坍塌，且掌子面有渗水情况，进一步软化了岩体，在高应力地质作用下导致变形不可避免。

该段于2019 年8 月20 日开始开挖施工，11 月13 日，开挖支护结束；ZK214+535.2～ZK214+574 段仰拱施工时间从2019 年9 月6 日开始施工，至2019 年10 月9 日结束。施工过程中严格按施工设计图施工，从钻芯取样显示，该段仰拱及填充厚度符合设计要求，拱架数量满足设计要求。施工中采取的措施有：（1）加强隧道超前支护，每循环施作一次，具体参数：φ42mm 小导管，长4.5m，每循环35 根，间距40cm，1∶1 水泥浆进行注浆加固。（2）加强锁脚的连接。锁脚连接方式具体加强措施为：在拱架外侧翼缘板处焊接U 型定位筋，先加工厂焊接好，运至现场后安装拱架，再从U 型筋中间穿过钻孔，安装锁脚小导管并与U 型筋焊接牢固，然后采用L 筋加强锁脚与拱架的连接，这样加强了在变形段锁脚导管的作用。

4 仰拱裂缝及初支变形情况

4.1 初支变形情况

2019 年10 月25 日起开始初支收敛沉降观测，截至2019年11 月12 日，最大收敛出现在ZK214+570 处，累计收敛值995mm（施工预留沉降量700mm），收敛平均速率21.17mm/d，最大沉降值467mm，沉降平均速率为9.94mm/d。经数理统计，该段最大侵限295mm，平均侵限136mm。在初支拱架变形后，对初支进行临时加固，方式为：采用I18 工字钢对初支进行环向支撑，间距1m。由于该段隧道沉降收敛变形较大，在安装临时护拱1 周后，临时护拱也出现较大扭曲变形，初支部分开裂，裂缝宽度为3～15mm。

4.2 仰拱裂缝及隆起情况

自2019 年10 月25 日发现ZK214+547～ZK214+574 仰拱出现隆起和纵向裂缝后，对该段进行持续观测，截至11 月13日，裂缝最宽为17mm，最小为3mm，仰拱隆起最大为95mm（发现开裂前已隆起40mm），最小为7mm。

2019 年10 月26 日，按5m 的间距在仰拱裂缝两端布设观测点，监控点间距50～70cm。从监测结果看，虽然变形速率有所下降，但仰拱隆起依然呈上升势态，未完全稳定。

5 洞室变形及仰拱隆起开裂原因分析

5.1 地质原因

ZK214+535.2～ZK214+615.2 处于断层影响带，围岩主要为中风化碳质板岩，薄层构造，碎裂状松散结构，并且以炭质板岩为主，其间夹杂炭质千枚岩，少量渗水；围岩破碎，褶皱发育，围岩具有遇水软化特点，层理间填充物为全风化石英岩，胶结能力差，易掉块。围岩软散是导致洞室变形量大的主要原因之一，同时地应力大，拱墙压力全部施加至仰拱上，导致拱脚处应力集中，仰拱受拉，致使仰拱出现纵向开裂。

5.2 施工过程中水的影响

由于炭质板岩夹炭质千枚岩等对岩层认识不到位，而且在施工时围岩渗水点较多，导致岩体遇水软化，基底承载力降低，进而出现长段落的仰拱及填充面隆起变形和开裂。

6 处理方案

6.1 初支拱脚处处理

为减小仰拱结构的继续变形，并综合考虑隧道整治时对后期二衬两侧边墙的稳定，减少其横向、竖向变形和位移，对ZK214+547～ZK214+597 段边墙两侧及拱腰两侧各设置梁排φ89mm 钢花管（壁厚6mm）锁脚，纵向间距100cm，每根长4.5m，下排钢花管斜插45°角斜向向下打入，上排钢花管15°角斜向向下打入；钢管内灌注细粒式混凝土，以增加钢花管整体刚度。为减小洞室变形，在两侧拱腰处各设置1 排φ89mm 钢花管，钢花管与拱架采用钢板连接并焊接牢固。

6.2 仰拱基底注浆加固

在施作φ89mm 钢花管大锁脚以及φ76mm 稳定杆对洞室进行加固后，根据洞室变形情况，若有必要，对仰拱隆起段进行基底加固，改善基底承载力和加固地基围岩，具体为：采用φ42mm，长5.5m 的小导管注浆，对仰拱基底进行固结，小导管采用钢花管，纵、环向间距1.5m，梅形布置，确保仰拱与岩体接触的密实；浆液采用1∶1∶0.5 双液水玻璃浆，注浆压力为0.5～10MPa。

6.3 注浆加固注意事项

注浆加固注意事项包括：（1）注意注浆的速度与压力，根据注浆速度及时调整配合比；（2）注浆时观察是否有窜浆现象，如果窜浆，可降低注浆压力、采用间歇注浆等措施保证注浆质量。

6.4 加强监控量测

对该地段仰拱及初支布设观测点，每5m 布设一组断面，2 次/d 进行监控量测并与措施前进行对比。