隧道工程山体开裂及初期支护变形的施工处理

摘要：在我国由于地理地势复杂，我国的铁路线都会有穿越山体的隧道工程。在铁路工程建设中，隧道施工质量是最重要一部分。本文介绍了合福铁路站前六标东山隧道工程山体开裂及洞内初期支护变形异常，阐述了该工程异常的施工处理措施。

关键词：隧道工程；山体开裂；初期支护；变形；施工处理

中图分类号： U415 文献标识码： A

1.隧道简介

合福铁路站前六标东山隧道全长300m，隧道进出口里程分别为DK217+660、DK217+960，其中明洞及洞门长度73m，暗洞长度227m。地貌特征为剥蚀低山区，地势起伏，坡度较陡，自然坡度30°~40°，植被发育，为灌木和松树。地层岩性为表层粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚约0.5~3.5m；下伏全风化花岗闪长岩，棕红色，褐黄色，呈沙土状；强风化，灰褐色，节理裂隙发育，岩体破碎；下为弱风化，浅灰色，深灰色，岩体完整，岩质坚硬。地质构造：隧道出口附近DK217+904右侧93m有一废弃军事防空洞，防空洞出口处位于DK217+981右41m，实测洞底标高约166m~168m。地下水主要为孔隙潜水，不发育。隧道埋深较浅，洞身最小埋深约12m；DK217+710~+760、DK217+830~+860存在山体偏压。DK217+825~+855围岩级别为Ⅴ级，衬砌类型为Ⅴb，超前预支护为双层小导管，开挖工法为六部CD法。合福铁路东山隧道2011年11月底发现洞内DK217+825~+855段初期支护变形侵限， DK217+835~+850段初期支护开裂现象，经洞顶查看此段里程发现裂缝

2.山体开裂及洞内初期支护变形情况描述

2.1洞内初期支护变形情况

DK217+820~+865段初期支护因沉降变形造成断面净空侵入二衬，二衬厚度无法满足设计要求，通过监控量测资料显示最大累计沉降值为29cm。侵限部位主要位于拱部中线偏左6m~中线偏右4m范围及DK217+835~+850右侧边墙范围，侵入厚度5~21cm。在DK217+840~+855段初期支护两侧墙纵向开裂，拱部局部拱架连接处有不规则开裂现象，裂缝宽度约1~2mm。

2.2地表开裂情况

隧道洞顶地表共发现了3道裂缝：第1道裂缝长度约6.5m，宽度约3cm，裂缝起点里程DK217+836.9，位于隧道中线偏左19.37m，埋深24m；终点里程DK217+843.4，位于隧道中线偏左18.62m，埋深24.5m。第2道裂缝长度约2.9m，宽度约2cm，裂缝起点里程DK217+844.636，位于隧道中线偏左17.4m，埋深24.1m；终点里程DK217+846.9，位于隧道中线偏左17.5m，埋深23m。第3道裂缝长度约8.4m，宽度约2cm，裂缝起点里程DK217+843.5，位于隧道中线偏左14.04m，埋深23.5m；终点里程DK217+851.9，位于隧道中线偏左12.4m，埋深21m。

通过地表勘察及洞内量测资料分析，判断为此段山体存在一定地形偏压，长期雨水侵蚀诱导支护沉降变形引起地表开裂，山体基本稳定，洞内支护暂时稳定。

3.施工技术处理措施

针对地表沉降开裂，洞内初期支护变形大，初期支护局部开裂的情况，为确保安全停止各部工序的掘进，同时采取临时加固措施和永久加固措施，以保证隧道结构的整体稳定。

3.1临时加固方案

各部掘进开挖面采用C25喷射混凝土封闭，厚度不小于20cm, ①部掌子面围岩较差，采用锚网喷加强。DK217+820~+865段采用I22工字钢加设护拱，DK217+820~+860护拱拱架间距为1.2m/榀，纵向采用Φ25mm钢筋连接，护拱底脚上0.5m设置纵向工字钢梁，拱架底脚与仰拱预留钢筋焊接牢固形成整体受力环。护拱布置的位置要与初支内拱架错开，背后与初支表面紧贴，空隙地方用木楔楔紧。在护拱两侧喷射15cm厚C25混凝土，使护拱与初期支护形成一个整体。对①、④、②、⑤部采用I22工字钢铺设临时仰拱，每榀闭合成环，纵向采用Φ25mm钢筋连接，临时仰拱钢架上部加设三根纵向工字钢梁连接形成整体受力，各连接部位焊接牢固，喷射C25混凝土封闭，在每环钢架中采用I22工字钢焊接斜向支撑，斜撑高度2.5m(①、②、④、⑤连接板位置)。

3.2永久加固方案

针对洞顶山体沉降，洞顶围岩松散无自稳能力，为确保换拱安全及储备二次衬砌受力强度，采用永久加固措施:

3.2.1 5m范围径向注浆加固

对DK217+820~+860段拱墙范围进行5m围岩径向注浆，通过压力注浆固结围岩，减小加固圈岩体空隙率及渗透系数，增加围岩之间的摩阻力，加强围岩的自稳性。注浆孔按照浆液扩散半径1.2m布设，梅花型布置，每环24孔，孔口环向间距拱墙120cm，墙脚80cm，纵向间距200cm。注浆孔采用风钻开孔，孔径为52mm，采用Φ50×3.5mm热轧无缝钢花管，钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距10cm，呈梅花形布置，尾部预留50cm不钻孔的止浆段，钢管长5m，导管应安装牢固，并有良好的封闭止浆措施。预留注浆孔，注浆材料采用普通水泥浆，水灰比1:1，注浆压,1~1.5mpa。注浆完成后应检查注浆效果，若效果不好应再次进行补注浆。

3.2.2二次衬砌加强

DK217+820~+865段二次衬砌拱墙钢筋原设计为Φ22mm，由于此处山体发生沉降，围岩自稳能力差，此段环向主筋加强修改为Φ25mm。

3.3初期支护侵限部位换拱处理方案

加固措施完成后对初期支护侵限部位，从洞外向洞内方向采用人工破碎拆除的方法进行逐榀换拱处理，换拱时断面净空应预留放大不少于10cm，防止后续变形再次造成侵限。换拱具体施工方法：

3.3.1施工准备

施工前做好各项施工准备，包括机械设备、人员、材料及洞内施工域回填等。机械设备：自行配备手提式切割机3台；气腿式风钻6台；风镐4台；操作平台1座；电焊机2台；氧气乙炔设备1套；运输车1辆；装载机1部；挖掘机1部。人员：混凝土切割人员3人；风镐操作人员4人；钻工6人；电焊工2人；出碴司机1人；装载机司机1人，挖机司机1人；支护班16人；技术人员2人；现场带班班长2人；副队长和队长2人。配备监控量测小组，小组组员6人。利用工作台架将准备处理段的护拱两侧采用喷射15cm厚C25混凝土加固。

3.3.2换拱方法

从DK217+820开始处理第一榀拱架，由于绝大部分的侵限位置位于拱部范围，因此按照自上而下，自右向左的顺序，采取分节更换拱架的方式进行。分节处理时首先利用风镐凿出此节拱架周边混凝土，凿出一节，拆除一节，扩挖一节，安装一节；保证在换拱过程中尽量减少围岩暴露的面积，防止溜坍。安装拱架后重新打锚杆和焊接纵向连接筋，在每个钢架接头板位置加设纵向连接角钢进行加强。完成后喷混凝土至设计厚度。按照此方法从洞外向洞内方向逐榀、分节依次对此段所有欠挖部位进行换拱。第一次换拱处理长度达到8m，施做一组5m长二衬，以后每换拱处理长度达到5m，立即施做5m二衬。

3.3.3监控量测及地表观测方案

成立由分部专人负责的监控量测小组，配备6名专业测量人员。洞内监控量测：洞内按照铁道部120号文要求布设监控量测点，对前期缺失或破坏的点重新埋设，在DK217+835~+855段加设两排弯钩量测桩，采用收敛仪及拱顶挂尺量测，其余点位采用反射片及全站仪量测。通过近两天连续加密频次检测（每2小时1次）的结果分析洞内初期支护暂时处于稳定状态，目前洞内量测频率按照每天3次，间隔8小时进行。每天的数据及时整理并上报项目部和监理组。地表观测：在地表裂缝位置范围布设地表观测桩，DK217+840、+845、+850处沿隧道中线横向布置共3排，每排4个点（分别位于中线、中线偏左5m、中线偏左10m、中线偏左15m）。在离裂缝位置40m位置设置1个观测基准点。地表观测采用全站仪进行位移检测，沉降采用水准仪检测。裂缝采用水泥浆液灌注填充固结后在表面用水泥砂浆封闭。

4.施工过程重点要求事项

掌子面停止施工进行封闭，做好各部位临时支护。加强洞内及地表量测，及时整理分析，结果异常时立即采取措施。侵限段初期支护拆除逐榀分节进行，采用机械配合人工凿除，减小暴露面，减少扰动，禁止爆破，确保拆除安全。安排专职安全员负责施工过程中的洞内及洞顶地表的巡视工作

5.结语

在处理隧道工程山体开裂及洞内初期支护变形时，一定要用科学严谨的工作态度多方位考量病害原因。严格施工管理控制，彻底解决病害问题。

参考文献：

杨渡军．公路施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2007.