山岭高速公路隧道多处大变形处理施工技术

陈英俊

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510000）

1 工程概况

G7611都匀至香格里拉高速公路守望（滇黔界）～红山（滇川界）段A2合同段，起讫里程K17+835～K33+300，长度15.47 km。沿线桥隧比达到46.7%，隧道4.34 km/5座，主线桥梁2.88 km/15座，主线路基8.25 km，互通立交2处，服务区1处。主线为双向四车道建设标准，设计速度80 km/h，路基宽度25.5 m，分离式路基宽2×12.75 m。

2 山岭高速公路隧道围岩特点与大变形的成因分析

2.1 围岩特点

勘察结果显示，隧道区出露地层以侏罗系泥质粉砂岩、砂岩及残破积黏性土为主，本段内无深大活动断裂问题，有新构造活动现象但相对微弱，地质条件相对稳定，但存在剪切性节理和张性节理，以南北向的分布为主，数量方面普遍为2～6 条/m。尤为明显的是断裂带的周边，发育密度较大，导致岩体的完整性不足，被切割成若干个形状各异的碎块，加之开挖作业的扰动，随之出现崩塌、滑坡等事故，不利于施工进程的正常推进，甚至诱发质量问题。邻近隧道中部位置有北西向的断裂，由于断层的存在，该处的岩层呈破碎状，也会对隧道整体结构的稳定性产生不良影响。

2.2 隧道围岩大变形的成因

从隧道出口掌子面处开挖，待推进至某处时，发现左侧的初支结构有较大幅度变形，影响喷射混凝土结构，使其形成环向裂缝，局部有较明显的变形。隧道出口处的仰坡处也存在开裂、鼓包问题。经过施工队伍测量后发现，测点的水平偏移量、累积下沉量均较大，分别达到18、30 cm。在该大变形的条件下，严重影响隧道的正常施工，导致隧道大变形的原因错综复杂，主要从客观和主观两个角度考虑。

（1）客观因素。

客观条件缺乏可控性，隧道出口处的围岩以砂质板岩居多，其经过风化、卸荷过程，围岩等级为Ⅴ级，呈薄片形，缺乏足够的自稳能力，此条件下易出现大变形问题。

（2）施工因素。

二次衬砌施工过程中，未合理协调好作业关系，进洞时间偏长；下台阶开挖过程中，初期支护的设置不合理，即并未有效封闭成环，难以切实发挥支护的作用，影响山岭隧道的稳定性。

因此，在现场地质条件欠佳的条件下，加之施工层面的原因，诱发隧道大变形问题。

3 变形隧道施工对策设计法

3.1 变形隧道设计体系

变形隧道的对策一般难以根据地压造成的变形现象与衬砌结构确切掌握变形原因、掌握地压引起的变形原因对地压的作用位置、方向、大小等进行精准推断。设计变形对策，就是以过去类似的例子或借助专家的经验进行技术分析及判断，在此基础上结合现场状况，更利于合理设计，并制定出适应变形原因和状态的标准设计。

（1）相同条件下的设计适用性。

通常情况下，在进行变形隧道对策设计时应在对类似事例设计施工条件进行调查的基础上，评价其稳妥性，在确认稳妥性的情况下，结合现场实际进行对策设计。针对条件基本相当的隧道事例，此对策设计方案的返工量最少，该方法是最基本的设计方法。

（2）标准设计的适用性。

若变形程度、衬砌结构和发展性都欠佳，由于适用于标准设计，此时可抵消部分设计的个人差异与设计过剩问题。

（3）分析方法的适用性。

分析方法对以往隧道的变形对策较难适应，此次提出的方法，将可能是裂缝的模型作为骨架分析的方法，可简便分析比较屈服强度评价和对策效果。

3.2 标准设计的适用

（1）摘要条件。

标准设计适用于因塑性压、偏压、围岩的松弛造成的垂直压力等变形原因的一般场合。此外，对于不满足标准设计条件的场合，对有关适用类似设计和分析方法的断面设定等也适用。

（2）标准设计顺序。

在安装标准设计流程施工时，即便满足摘要条件，若遇到不能实时标准设计对象或必须实施大规模对策的场合，无法按照标准设计表划分塑性压变形场合的补强等级，应划分为适合变形程度4个阶段的补强等级。在此基础上，应结合变形现象与结构条件对等级进行调整修正，再设定最新的补强等级。此外，针对变形较严重的补强等级Ⅳ，结合结构与现象，慎重进行对策的选择设计。

（3）标准设计的补强形式。

衬背灌浆适用于所有的补强形式，通常情况下，有问题的隧道基本上都存在背面空洞问题，填充背面空洞是防止变形发展的最有效方式[1]。

①补强等级Ⅰ。

通常使用衬背灌浆，针对无法使用衬背灌浆的场合，可使用内侧补强、内衬砌、岩石锚杆等进行取代。

②补强等级Ⅱ。

一般使用衬背灌浆和岩石锚杆补强，针对无法使用衬背灌浆的场合，可使用岩石锚杆补强+内衬砌或内侧补强。另外，岩石锚杆补强+内衬砌或内侧补强方法比较适用于无背面空洞场合，若某一场合不能适用上述组合，便不能适用标准设计。

③补强等级Ⅲ。

原则上组合三种工种，对于无背面空洞场合仍采用岩石锚杆补强+内衬砌方式，最好使用拱架或内侧补强。

4 山岭高速公路隧道大变形的处理施工技术

4.1 超前小导管施工工艺

山岭高速公路隧道大变形处理工作中，针对围岩部分采用超前小导管施工工艺，按照10°～15°的外插角控制标准将提前制作成形的钢管稳定打设至围岩内，钢管环向距离按照35 cm控制，搭接长度达到1 m以上，以保证其具有足够的稳定性。

人工手持风钻将小导管打设至隧道地层内，在完成各管的安装作业后，进入注浆施工环节，注入适量质量达标的混凝土，借助混凝土的凝结作用，有效填充裂缝，使其恢复完整。注浆采用自下而上的顺序，但实际局部有地下水大范围涌出的情况，经技术分析与论证后，决定采用双液体注浆的方法。配制两种浆液，将其分别置于特定的容器中，根据施工要求，按比例混合两类浆液，利用双液注浆泵注入缝隙内，由此发挥出两类浆液的应用优势，有效封闭裂缝，阻止地下水的渗入[2]。

4.2 超前锚杆施工工艺

针对山岭高速公路隧道的大变形问题，在处理工作中采用超前锚杆施工工艺时，除了完成前述的注浆工作外，还需要准备长4.5 m的Ф22 mm无带肋钢筋，安装到位并组织注浆作业，要求其布设间距为45 cm，各封闭环中的数量分别为31根，布设的具体位置需根据衬砌的作业情况而定，在设置时外插角统一控制在10°～15°。

按照“钻孔→清孔→注浆→插入杆体”的顺序依次施工。超前锚杆灌浆施工过程中，先向浆泵内注水和砂浆，此后插入灌浆管，要求管底距孔底5～10 cm，若无误则再次配制砂浆，利用注浆泵组织注浆作业。注浆过程中，加强对注浆压力的监测与控制，确保该值在0.4 MPa以内。

4.3 喷射混凝土施工工艺

（1）遵循分段喷射混凝土的基本原则，加强对各段施工质量的控制，按照先墙后拱、自下而上的顺序施工。为保证施工质量，各小段的宽度以1.5～2.0 m较为合适，具体需根据实际施工条件进行灵活调整。

（2）大面积喷射混凝土时，应当重点处理围岩表面出露的空洞，利用混凝土将该部分填补密实，施工顺序为先上后下、先内后外。

（3）混凝土喷射施工中，精准控制喷射速度，相同性质施工段的喷射速度需具有一致性，以便后续可以进一步采取压实措施，待风压达到0.5 MPa后开始作业。

（4）严格控制各部分的喷射厚度，应在许可范围内，过厚时，在混凝土自重的作用下，易出现下坠的情况，出现沉降问题；过薄则难以切实发挥出混凝土的性能优势，例如难以稳定黏结，出现鼓包等问题[3]。

4.4 山岭地区高速公路中、短隧道单向出洞施工工艺

超前小导管预注浆加固支护，再进入正式开挖环节，根据现场地质条件以及质量要求合理选择施工方法，例如两台阶预留核心土法或三台阶留核心土法，此后上台阶超前小导管打穿地面。通过此举达到零开挖出洞的效果，于洞口处搭建2～3榀工字钢，确保该结构具有稳定性后，初喷混凝土封闭，再组织（中）下台阶交错开挖作业，随开挖进程的持续推进，及时采取支护措施，以免在开挖的扰动性作用下而失稳。进入仰拱开挖环节，及时设置初期支护结构并尽可能较快地实现封闭成环，制备适量混凝土，用于仰拱浇筑。经前述施工后，加强对拱顶下沉、水平收敛的观测，全面采集数据并记录，待其趋于稳定后进行二衬施工。

5 结语

综上所述，随着社会经济的发展，我国公路建设规模日益扩大，公路网络延伸常遇到山区作业环境，此时隧道成为打破山体阻碍的关键形式。隧道的施工环境错综复杂，在地质条件和施工工艺等多重因素的共同作用下，易出现隧道大变形问题，轻则影响施工进度，重则影响施工质量，甚至诱发安全问题。在山岭隧道施工中，需要根据实际情况采取合适的加固支护技术，有效阻止地表大变形，在安全的环境下高效施工，以保证公路隧道的施工质量。