隧道初期支护失稳处治方法

摘要介绍某隧道遇到洞身偏压不良地质和强降雨作用下出现初期支护失稳，隧道初期支护开裂、坍塌需要进行处治施工，处治技术包括地表处理、超前支护、洞身围岩加固、隧道开挖、侵限换拱、施工难题题与解决措施等进行实例浅谈。

关键词隧道不良地质初期支护 失稳处治

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

石乳山隧道在距离洞口90米后出现地质不均匀的偏压现象，其中K40+569～K40+551段地质结构异常复杂，隧道埋深40～65米，围岩很差状况，且处于岩溶区，线路左侧地质为透水性砂层，地下水丰富且透水能力强，围岩无自稳能力，且承载能力极低，属Ⅴ级偏弱。右侧为强风化炭质泥岩、页岩，隧道穿过假整合接触、界面软弱层复杂不良地质地段较长（见隧道断面地质示意图），造成隧道左侧压力集中过大，在初次施工该区域期间发生多次特大暴雨、大雨，且持续时间长，线路左侧流砂层地质形成极具突发破坏力，造成该段初期支护失稳不能有效抵抗过大的侧压力，先在DK40+563～DK40+560左侧拱脚处发生突砂突泥现象，造成已完成20米的初期支护失稳被挤压跨，有的初期支护出现开裂、喷射混凝土剥落掉块，有的初期支护钢架扭曲变形严重，初期支护错台，有的局部变形侵限影响衬砌厚度，隧道二次衬砌距掌子面距离约为30米，地表K40+550～K40+510段宽约20范围内出现了开裂， K40+562左侧7米出现直径约6米的塌陷土坑。根据实际地质状况结合设计处理图进行了隧道的安全有效的处治，顺利通过不良地质段。

二、处治原则及分析

为了安全稳妥对该段进行处理施工，根据隧道围岩地质条件、初期支护开裂变形结构侵限情况、松散体及临时支撑稳定稳固状况、确保施工人员安全为前提，依据设计变更施工图处理方案，科学组织、合理安排，严格按照规范程序标准化推进。

隧道地表仰坡坡率为1：2.5，洞身路线前进方向右侧为强风化岩层，左侧为松软透水性强的砂砾质粘土，层理之间存在相对软弱结构面，期间强降雨使情况进一步恶化，诱发软弱土层局部坍塌，坍塌后，牵引邻近已施作的初期支护出现变形、开裂，隧道沉降过大，局部已侵限。应改善围岩地质条件，提高隧道围岩自稳能力，采用洞身管棚法和注浆固结稳定围岩松散体，拆换初期支护，确保安全成洞条件的辅助措施先行，是安全处理不良地质初期支护失稳坍方段的先决条件，在拆换变形、开裂、结构侵限的初期支护过程严格按照“先护后挖、挖后即护、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、早成环、严治水、勤量测”的施工原则，二次衬砌紧跟，严格执行各项相关操作规范制度，各施工工序紧密配合。

实施不良地质坍方段处理，进行全员动员，制定执行科学合理方案，科学合理分工组织，有计划、有步骤的实施，各工班紧密配合，对施工操作工人进行详细技术交底及安全技术培训，让每位工人明确明白操作程序步骤及规范标准，达到合格上岗，有经验、有技术、熟练的技术工人是安全顺利实施的内在力量，杜绝野蛮施工，要操作规范、认真努力、一丝不苟完成各项工序。

三、地表处治及临时措施

根据现场情况，为防止坍塌段进一步扩大，防止雨水和地表水对山体塌坑和开裂区的冲灌，为后续施工处理创造较好的条件，已采取了一系列临时措施。

1、在地表开裂区以外开挖排水沟，防止雨水汇集冲灌松散体，对塌陷坑采取了部分回填，表面采用砂浆封闭，四周人工开挖引排水沟。

2、对坍塌掌子面进行封堵，对坍方体坡面先采用了20㎝厚的C20喷射混泥土封闭，再在坍方掌子面采用砂袋堆码，封堵以稳定坍落散松体。

3、对坍落体前K40+577～K40+563段采用钢架支撑和方木支撑加固，防止进一步变形。

四、隧道初期支护失稳处治技术

根据初期支护变形、开裂、侵限的情况，对变形严重、开裂不能自稳、侵限二次衬砌结构厚度的初期支护必须进行拆除，该段按要求先施作洞身超前支护管棚；加固坍塌松散体堆积的掌子面，为了开挖方便一般用玻璃纤维锚杆；稳定后严格按CRD工法进行开挖支护，采用分部开挖，开挖后及时施作初期支护和下一环临时支护；及时进行径向注浆加固隧道周边土层施工。

(一) 隧道洞身管棚施工要点

1、洞身管棚为超前预支护，在隧道洞身开挖之前完成，隧道洞身管棚长度一般为10米，钢管为φ89mm，壁厚5mm，两环之间搭接长度不小于3m，通常用钻机成孔，根据地质选用潜孔钻钻孔、夯管或顶管方式布设安装。

2、管棚环向间距中至中40cm，超浅埋地段也可采用密排方式，一般沿隧道周边布设，外倾角25°管棚开孔径向误差不应大于5cm，保证长管棚支护效果，尽量减小管棚的外插角。

3、钻孔应控制立轴方向，钻进中采用测倾仪测量钢管钻进和偏倾度，发现超偏及时纠正，严格控制管棚打设方向，并做好每个钻孔地质记录。

4、管棚施工时应对钢管主要材料进行材质检验，管棚采用热轧无缝钢管，壁厚不小于5mm，一般选用定长钢管，若接头采用内丝扣连接，丝扣长30cm，隧道纵向同一截面内接头数量不大于50%，相邻钢管的接头至少应错开1m。

5、注浆浆液应充满钢管及周围的空隙，注浆初压力控制在0.5～1.0Mpa以内，终压控制在1.5Mpa以内。施工期间应遵守隧道施工技术安全规则和钻眼注浆作业操作规则，以保证施工安全。

（二）CRD工法

隧道CRD工法是处治不良地质、初期支护失稳、坍方的优先有效施工方法，具体步骤见（CRD示意图）。

1、（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道及中隔壁超前支护。（2）人工机械或弱爆破开挖 1 部。（3）施作 1 部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设I18钢架及I18临时钢架，并设锁脚钢管。（4）导坑底部喷20cm厚混凝土,施作 1 部临时仰拱和设I18临时钢架。（5）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2、（1）人工机械或弱爆破开挖 2 部。（2）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土。（3）接I18钢架及I18临时钢架，并设锁脚钢管。（4）导坑底部喷20cm厚混凝土,施作 2 部临时仰拱设I18临时钢架。（5）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

3、（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道超前支护。（2）开挖 3 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同 1 部。

4、开挖 4 部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同 2 部。

5、（1）在滞后于 4 部一段距离后，人工机械或弱爆破开挖 5 部。（2）周边部分初喷4cm厚混凝土,仰拱初喷3cm厚砼。（3）接I18钢架及I18临时钢架。（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

6、（1）在滞后于 5 部一段距离后，弱爆破开挖 6 部。（2）周边部分初喷4cm厚混凝土,仰拱初喷3cm厚砼（3）安设I18钢架使钢架封闭成环。（4）钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

7、逐段拆除靠近已完成仰拱衬砌6~8m范围内中隔壁底部钢架单元。

8、浇筑 Ⅶ 部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充应分次施作）。接中隔壁底部I18临时钢架托换单元，使得钢架底支撑于隧底填充顶面。

9、（1）根据监控量测结果分析，拆除I18临时钢架。（2）利用衬砌模板台车一次性浇筑 Ⅷ 部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

（三）小导管及钻孔注浆加固

采用小导管施工及钻孔注浆是加固砂土类地质有效手段，改善围岩结构，提高稳定性和承载力。小导管施工钻孔注浆要点见（钻孔注浆加固示意图）：

1、小导管支护参数根据地质条件、隧道断面部位及支护结构形式选用钻孔和安装形式。

2、风化围岩采用风钻成孔，外插角控制在10～15。。钻孔完成后，适当要用高压风清洗，所有钻孔完成均要进行检验；砂层地质采用直接夯击打进法。

3、顶入加工好的注浆钢花管，小导管周圈缝隙用塑胶泥封堵，并用棉线将孔口堵塞，喷射混凝土封闭工作面，孔口露出喷射混凝土面15cm。

4、根据地质情况选用单浆液水泥浆、超细水泥浆、水泥-水玻璃浆、改性水玻璃浆或和化学注浆。注浆压力控制在1.0Mpa以内，注浆浆液应充满钢管及周围的空隙，为避免串浆，应采取分序注浆或对串孔同时注浆。

5、检查注浆加固效果，达不到设计要求，需要分析原因，再补打孔注浆加固。

五结语

应用该技术成功处治了隧道初期支护失稳，施工的工序很多，主要描述了隧道洞身大管棚超前支护、CRD工法、小导管钻孔注浆加固工序，在此没有详尽探讨和叙述，尽情谅解，隧道的地质是复杂多样的，在施工中要仔细分析地质和各种工法因素，比较各种条件和工法，优选适合现场的施工方案和处治技术。

参考文献：

1、JTJ042-94 公路隧道施工技术规范

2、铁道第四勘察设计院 石乳山隧道设计变更图