隧道病害成因及防治措施

【摘要】随着高速公路隧道工程的大量增多，特长隧道、大断面隧道、连拱隧道、深埋隧道、软弱围岩隧道等典型隧道不断出现，促使隧道施工技术不断提高和完善。本文将做一些这方面的尝试性研究。

【关键词】隧道 结构 设计 建议

在地下工程洞室施工中，对围岩的认识是非常重要的工作之一。只有对围岩性质进行清楚和正确的判定，才能在施工中采取行之有效的手段，顺利地实现施工的目标。软弱围岩是指饱和抗压极限强度在30MPa 以下，完整性系数在0.4 以下的围岩，其工程性质主要表现在围岩自稳性差、节理发育、岩石风化严重。岩性大部分为泥岩、泥质粉砂岩和松散的碎石土，遇水极易软化。施工前应对软弱围岩现场做认真调查，认真阅读设计文件，施工方案的编制应严格遵循“重地质、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的原则，并严格执行隧道施工的有关规范和标准。本文结合安徽省某高速公路的隧道工程，详细分析了软弱围岩隧道的施工方法，并研究了软弱围岩隧道病害及防治措施。

1.软弱围岩条件下的隧道施工方法

1.1 环形导坑法

该法一般用于埋深较浅的洞口浅埋段，是在超前长大管棚的保护下沿隧道拱部开挖外轮廓线环状开挖一个2m-2.5m高的导坑，然后及时施作初期支护，开挖时尽量采用风镐或微振松动爆破，每个循环进尺控制在0.75m 以内，具体施工步骤。

1.2 七步开挖作业法

该法是目前国内众多软弱围岩隧道中总结出的较为成功的一种工法，它灵活的开挖方式与支护手段和相应的技术措施很适应软弱围岩复杂的地质变化，能真正做到“岩变我变”。其具体施工步骤是:a.拱部上半断面开挖并施作初期支护；b.拱部下半断面左侧开挖并施作初期支护；c.拱部下半断面右侧开挖并施作初期支护；d.边墙左侧开挖并施作初期支护；e.边墙右侧开挖并施作初期支护；f.仰拱开挖并施作混凝土仰拱形成封闭环；g.全断面整体式二次衬砌。

2.实例分析

2.1 隧道工程概况

2.1.1 工程特性

该隧道为高速公路一座上、下分离,单向行驶的双车道长大公路隧道，隧道最大埋深242.77m，隧道下行线洞长1480m，上行线洞长1518m，隧道断面为三圆心，圆弧顶拱带曲边墙结构，隧道拟定有效净宽9.75m，有效净高5m的建筑界限，最大净跨10.90m，最大净高7.2m，上、下行之间设置两条行车横道(横道长约50m)，各设置两处紧急停车带。

2.1.2 工程地质、水文条件隧道穿过地层为侏罗系，白垩系地层，岩性板岩、泥岩，石英砂岩为主，局部为白云质灰岩，覆盖第四系残坡积碎石土；受深山断裂带影响，进口端发育北西向断裂带。隧道岩石结构松散破碎，风化强烈、节理裂隙水极发育，岩体呈薄层状或互层状碎裂(夹) 软弱层结构。

2.2 病害情况及影响

该隧道由于上述极端恶劣的工程地质和水文地质条件，破土开工后病害不断。主要表现

在以下几方面:

2.2.1 初期支护变形、破坏结构下沉，喷射混凝土开裂掉块剥落。变形多数出现在起拱线以上的拱圈范围；变形严重地段变形量达几十公分以上，侵占二次衬砌的结构范围，致使二次衬砌结构断面尺寸不够，只好拆除初期支护重做。

2.2.2 二次衬砌破坏

主要表现为:拱顶混凝土纵向劈裂，明显的挤压剪切破坏，表面混凝土剥落，钢筋外露；

拱脚墙接合处变形呈错台等。

2.2.3 坍方频繁

有初期支护完成之前的裸洞坍方，还有最为严重，损失最大的初期支护完成后发生的坍方。

2.3 隧道病害成因及防治措施

2.3.1 病害成因

该隧道病害除受工程地质和水文地质条件影响外，还有形成病害的其他原因，例如，施工处治不当、不及时；支护结构弱等原因。由于施工方法上存在着缺陷，施工程序不合理，使病害在最后的混凝土面上表现出沉落、变形、侵限。四角田隧道地质构造破碎软弱，开挖后要尽快形成一个高强度的封闭结构环，来抑制围岩的过量变形、松弛，这就是初支应达到的功效及最终目的。

2.3.2 开挖方法

在开挖方法上不宜过多地划分开挖区域，这样会不利于初支的尽快形成，难以保证结构的整体性。上部开挖完成后，利用下部高度，实施顶拱初支，如遇围岩极为破碎软弱时，可采取保留上部核心土，顺开挖轮廓线用风镐凿槽，形成上部初支，保留中部核心土，既避免了过多暴露开挖掌子面，又可起到抵抗体及施工平台的双重功效。下部开挖采取的措施: a防止上部初期支护沉落、变形，如上部钢支脚加设深孔锁脚锚杆长(L≥5m) ；b.设置临时纵向托梁与临时支撑等序是极为不可取的，弊端表现为:（1）上部悬空会造成构造物变形、下沉；（2）在一个完整的断面未全部进行完初支的情况下，插入混凝土施工，工序相互干扰大，不符合新奥法施工原理的高效、及时性；（3）造成结构配筋，施工缝难以处理。就四角田隧道恶劣的地质状况而言，实施底部仰拱超前浇筑，可建立底部约束件，形成一封闭环，底部混凝土的超前，还可达到几个功效:a.封闭地基，防止地基被水浸泡软化。b.使已完成的墙、拱初支建立起底部约束条件，以墙、拱初支结构共同形成一封闭环。c.底部仰拱超前，使作用在二衬混凝土上的荷载，在基底面上按刚度比进行传递分布，从而改善提高地基承载力。

3.结语

文中结合四川省某高速公路的隧道工程，详细分析了软弱围岩隧道的施工方法及病害防

治措施，得到以下结论:

3.1 由于软弱围岩地质较为复杂，变化频繁，要成功地渡过软弱围岩的前提就是地质工作，只有做好地质工作，掌握准确的围岩情况，才能正确选择好施工方案

3.2 软弱围岩隧道的设计应充分考虑仰拱的作用，仰拱的设计宜采用与边墙曲线圆顺连接的马蹄形，并与边墙和拱部同厚

3.3 施工过程中被扰动破坏的岩体作用于支护上的压力实际是部分软弱松弛的地层重力作用，其稳定性不取决于岩体本身的强度，而由岩体结构和完整状态控制，发生松弛、滑动，坍落可能局限在顶部，也可能是侧面，因此施工或指导施工的设计应该是动态的，即“岩变我变”的施工、设计原则。

3.4 围岩压力是发展的

其压力变化表现为时间函数，设计应充分考虑围岩的稳定状态，并适当考虑支护参数和

在支护形式设置上的灵活简便，施工则应着重于施工的时间效率。

3.5 施工时严格按照“重地质、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的二十四字方针组织施工，它是软弱围岩施工成败的关键。

3.6 无论采用哪种施工方法，软弱围岩应严格控制好施工步距，一般掌子面离二次衬砌的距离不宜超过1.5倍洞径。

3.7 软弱围岩的仰拱施工必须先行，并紧跟掌子面，二次衬砌应采用整体式一次模筑。

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