不良地质隧道初期支护变形的处理措施

马银川

(贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001)

现代社会呈现快速发展的态势，人们的生活和生产均处在提速阶段，地铁、轻轨、高速公路均是人们出行时重要的交通方式，因此，与这几种交通方式相关的建设越来越多，尤其是高速公路的建设更多，并且需要进行很多隧道的施工。但是，隧道施工涉及非常多的方面，需要进行支护施工，如果支护不稳定，影响施工进度，也影响施工人员的安全。为此，必须认真研究隧道初期的支护，尤其是不良地质条件下，隧道初期支护变形的问题和应对措施，进而为现实的施工做好预防变形的工作，并采取相应的处理。

1 不良地质条件下，隧道初期支护变形的原因

1.1 地质性因素造成初期支护的变形

围岩变形导致支护变形，因为岩体破碎松散，各个岩层之间缺少紧密的结合，则容易在岩体的洞室开挖的时候，受到重力的作用，导致围岩变形，进而出现支护变形。隧道穿过断层、挤压破碎带、松散堆积体、节理裂隙发育地层、软弱夹层时，开挖后由于应力释放，围岩失稳而极易造成坍塌，以及软弱围岩在地下水的加速作用下极易加剧岩体的失稳和坍塌，导致出现支护变形。

另外，则会受到隧道区域内的地下水影响，如果施工区域周围的地下水非常丰富，并且隧道所在地段的页岩和泥岩比较丰富，有着很高的雨水崩解性，也就容易受到地下水的作用，出现崩解问题，从而破坏围岩，支护变形可能出现。

1.2 支护设计因素造成初期支护的变形

支护设计不满足施工区域地质条件的要求，引发初期支护变形。也就是从地质层面去分析，在隧道开挖之后，实际遇到的岩体，要不前期勘察时勘察部分更破碎，原有设计不能抵抗更严重的体质变形，这时的支护就可能出现变形的问题，影响到后期的施工。

1.3 施工问题因素造成初期支护的变形

其一，施工方法选择不当，或工序衔接安排不合理。各工序间距拉得较长，岩层暴露时间过长，引起围岩松动、风化而导致塌方的发生。其二，喷锚不及时，或喷混凝土质量、厚度不符合要求。其三，采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实，或联结不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求。其四，抽换支撑操作不当，或者当支撑已出现受力过大的现象而未及时加固。其五，施工的过程中，监测和收集的信息不能及时反馈，使得在前期对变形可控制的阶段，为能及时地采取加固措施进行加固，导致初期支护变形出现，这就容易引发较大的塌方问题。

2 不良地质隧道初期支护变形的处理措施

2.1 支护变形的预防处理措施

做好超前地质预报工作：尤其是施工开挖接近设计探明的富水、裂缝及破碎带时，要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化，遇有探孔突水、涌泥、渗水增大和整体性变差等现象，及时改变施工方案。加强围岩量测工作：通过对量测数据分析处理，按照时间-位移曲线规律，及时调整和加强初期支护，同时重视混凝土衬砌及时施作。短开挖，弱爆破：严格控制开挖进尺，需爆破时少装药或改用人工开挖，尽量减小对软弱破碎围岩的扰动。保证施工质量：超前预报注浆固结止水，钢架制作、初期支护和混凝土衬砌质量必须符合设计及验标要求。严格控制开挖工序，尤其是一次开挖进尺，杜绝各种违章施工。强支护，快衬砌：根据受力情况，确保支护结构有足够的刚度，衬砌紧跟开挖工作面，使衬砌尽快成环。做好排水工作：在施工前和施工中采取相应的防排水措施，尽可能将坑道外之水截于坑道之外。预防准备：施工期间，洞口应常备一定数量的坍方抢险材料，如方木、型钢钢架等，以备急用。有下述现象发生时，包括围岩量测所反映的围岩变形速度急剧加快、围岩面不断掉块剥落、初期支护喷混凝土表面龟裂、裂缝或脱皮掉块、拱架严重变形。应先撤出工作面上的施工人员和机械设备，指定专人观察和进行加固处理。

2.2 合理设定初期支护方案

针对隧道的地质情况和施工现场的情况，确定出初期加固措施的支护参数，制定合适的施工技术方案，然后开始加固洞室的施工。以某高速公路为例，初支采用I22b型钢拱架纵向间距50 cm、C25喷混凝土30 cm厚和双层Φ8钢筋网@20 cm×20 cm联合加强支护。中间岩柱部分布设5 m的中空注浆锚杆，其余拱部位置布设长度为4 m中空注浆锚杆，间距为@50 cm×120 cm；洞口段超前支护为超前管棚支护。导洞支护采用I18型钢间距50 cm、20 cm厚C25喷射混凝土，@20 cm×20 cm的Ф8钢筋网和2 m长的Φ25中空注浆锚杆锚杆，间距为@5 cm×120 cm。这种初期的支护从隧道地质条件和水文条件出发，确定了科学的支护参数，才能更好地避免支护变形，维护施工人员的生面安全。

2.3 临时性加固的措施

临时性的加固措施运用给予强大支撑力的方式，支撑着支护，避免存在变形的支护继续变形。通常会采用钢护拱的假设，这样就能构成双层的拱架受力，提高支护承受能力。还可以在设置钢护拱之前，架设门式的拱架，这样就能增加受力的点，从而减少已经损坏初期支护的承受的压力，进而预防和应对支护变形，保护施工人员安全，促使施工顺利进行。并且在进行临时加固的时候，一定要重视支护材质的质量和数量，材料质量达到标准，还要保证数量充足。例如，在高速公路的隧道施工中，开挖属于V级围岩时，对此进行了临时支护，使用的材料分别是：C25喷射混凝土4.12 m3；Φ8钢筋网20 cm×20 cm需要81.37 Kg；Φ25中空注浆锚杆需要52 m、26根；Φ42×4注浆钢花管20 m、8根；注水泥浆0.5 m3；I18型钢钢架995.2 kg；钢架连接钢材73.44 kg；C20连接钢筋59.2 kg。

2.4 永久性加固的措施

针对不良地质隧道的支护变形问题，可以运用永久性的加固措施。比如，超前预注浆的加固措施，超前预注浆施工，借助超前地质预报、超前物探及超前钻孔等方法探明地下水、岩溶裂隙水的发育情况，超前钻孔应在距离预测突水位置前5～10 m进行，每个断面2～3个超前探孔，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，将大量的地下水尽可能地封堵在围岩内，防止突水造成支护变形的出现。还要采用中空注浆锚杆施工结合隧道喷射混凝土的施工技术，其中喷射混凝土在洞外采用喷射混凝土拌合站集中拌制，由混凝土汽车运至喷射点，由湿喷射机施喷。施工按初喷和复喷进行，开挖后即进行初喷，安装好锚杆、钢筋网和钢拱架后，再进行复喷，直至满足达到设计厚度要求，湿喷混凝土施工工艺流程见图1，以不断提高支护的强度。

图1 湿喷混凝土施工工艺流程图

3 结束语

综上所述，针对隧道初期支护变形问题，必须详细进行隧道地质条件和水文条件的勘查，完善初期支护方案的设计，并采用一些永久性的加固措施，例如超前预注浆；还有临时支护措施，比如钢拱架的假设，从而预防和应对支护变形，保证施工进度，也能保护施工人员的安全。