初支变形加固处理方案研究

【摘要】针对不良地质灾害造成的隧道初期支护出现的喷射混凝土面出现开裂、剥落、掉快；型钢拱架出现严重扭曲、挤压、急剧下沉等变形现象，讨论如何在隧道施工中对其进行加固并安全解决此类问题。

【关键词】隧道初期支护变形；处理措施

1 隧道发生初期支护变形出现纵向裂缝现象描述

隧道变形主要体现在初期支护的喷射混凝土面和型钢拱架上，由于不同隧道受其地形、地质的复杂、多样性影响，比如地下水活动频繁、地质构造复杂，围岩状况差等，使洞身在开挖施工中地层应力释放或集中在洞身的某一段落出现初期支护的混凝土面出现破裂、剥落、掉块，型钢拱架出现下沉、呈压屈状态，并伴有压弯、扭曲、甚至折断等不良现象。隧道初期支护主体受力结构受到严重损毁、无法满足设计要求，给洞身质量和施工安全带来极大的隐患。

2 初支加固处理方案

针对隧道初期支护严重变形的情况，为确保施工安全停止掌子面开挖，同时采取临时加固措施和永久加固措施，以保障洞室结构的整体稳定，是隧道内的应力重新分布达到新的平衡状态。

2.1 临时加固措施

临时加固措施主要采取强力支撑于变形的初期支护变形的断面，抵制已经变形的断面继续变形。主要方法有三种：

2.1.1 沿初期支护开裂处凿出每榀钢架中、下台阶接头处表面喷射混凝土，以利于斜向钢支撑与拱架焊接；

2.1.2 在每榀拱架上设置两根斜向I18工字钢支撑，分别支撑在中、下台阶拱架连接部位。钢支撑一端切割成斜面与原钢拱架焊接固定，斜向钢支撑角度不宜大于45度。

2.1.3 增加临时仰拱，尽早形成封闭环受力。

2.2 永久加固措施

永久加固措施主要是选取恰当、合理的支护参数，采用满足隧道受力条件的技术方案，永久性加固洞室。

2.2.1 斜支撑设置完成后，即安排增加该段锁脚锚管。锁脚锚管采用Φ42*3.5mm无缝钢管，长度4.5m，其端部10cm范围做成锥形，末端预留50cm止浆段并设Φ6mm加劲箍；管体每10cm钻一对Φ8mm注浆孔，注浆孔呈梅花形布置。锁脚锚管安装角度为向下倾斜15-30度，每榀钢拱架至少6根，即每榀钢拱架中、下台阶连接处每侧各2根共4根，其中下台阶2根，阶2根，另阶拱架中心位置两侧各1根。并根据现场实际情况，可适当增加锁脚锚管数量；锁脚锚管外露断头部位横向加设一根U型Φ22钢筋，与钢拱架焊接牢固；锁脚锚管进行注浆处理，以增加锚管与围岩的锚固力。

2.2.2 孔距及注浆量的确定

导管的孔距及注浆孔的扩散半径R是密切相关的，而影响浆液扩散半径的因素有浆液的浓度及凝胶时间、岩层裂隙大小、透水溪水、注浆压力及注浆时间等，对于相对较均匀的土质地层，浆液扩散半径可用马格公式计算：R=3√200KhrtVω+r3/nVg

式中：R为浆液扩散半径cm；n为围岩的空隙率取10%；r为注浆孔的半径取8.9cm；Vω为浆液的粘度取17×10-3Pa.s；h为以水头表示的注浆压力取2000cm；K为围岩的渗透系数取1×10-3cm/s；t为注浆时间取600s。据此，可得采用M25纯水泥浆液注浆时，在注浆压力不低于2MPa情况下，其理论扩散半径为R=102cm。

因此注浆孔间距按D=（1.4～1.7）R计算，取D=1.5R，可得出～逐渐孔间距为153cm。考虑到实际施工时，由于受岩层裂隙分布各向异性而且不规则、差距很大，延伸方向不同的影响，浆液的扩散半径比土质土层更难确定。经现场试验注浆，单孔注浆水泥用量在600～1500Kg范围，根据Q=Πr2ln

式中：Q为单根导管注浆量；R为注浆扩散半径m;l为导管长度m；n为围岩空隙率%。有R=52～77cm ,因此在D=78～115.5cm范围，最终确定注浆孔间距D取1m，呈梅花形布置1m×1m。

2.2.3 施工机具及施工工艺

（1）施工机具，见表一

表一

名称、规格、型号 主要用途

LYSEC液压潜孔钻机 导管钻孔

英格索兰VHP-700空气压缩机 供风

HBW-100型高压注浆机 注浆

ZBX-500液压油泵 回油设备、辅助钻孔

（2）施工工艺流程，见图2

图2

3 侵线段换拱技术方案

由于围岩自稳性较差，而且收敛变形较大，因此该段侵线换拱只采用人工凿除喷射混凝土的办法。换拱时，间隔换拱，并先凿除拱架两侧的喷射混凝土，再对该拱架进行割除处理，并及时对新拱架进行安装，安装拱架时要求按照设计尺寸放样支立，待安装完成后立即对该拱架进行喷射混凝土封闭处理，完成后施工下一循环。

4 加强监控量测

对于此段初支变形的围岩采取严密的监控量测措施，以充分掌握围岩变形收敛情况。根据监测的数据整理分析，用于指导实际施工方案及措施，掌握衬砌的最佳时期，以消除隧道施工的安全隐患。根据监控量测资料显示，已成型的初期支护不同程度地发生了变形。其中自2011年3月8日开始，初期支护发生变形，经过临时钢架支撑及永久性钢管注浆等加固处理，现变形已得到控制。

5 二次衬砌混凝土施工方案

在初期支护加固方案施做完成后，对开裂段立即施做二次衬砌混凝土，该段钢筋加强，采用2根并做1根同仰拱预留的钢筋进行焊接。

6 质量保证措施

为防止隧道出现大面积变形而危及安全，我们采取如下质量保证措施：

6.1 对开裂部位继续进行围岩变形监控量测，直至围岩收敛趋于稳定，以正确指导加固措施和二次衬砌的施工；

6.2 安排值班人员对该里程段变形开裂的观察；

6.3 建立预警措施，发现变形增大时，立即启动应急预防措施，将洞内其他作业面人员撤离；

6.4 将开裂段的处理施工作为工作重点，全力保证该段的处理方案有效尽快实施；

6.5 加固措施和二次衬砌施做时必须严格按照设计要求和方案内容实施；

6.6 加强该段排水工作，避免下导根部、仰拱处积水。

7 结语

7.1 由于隧道地质条件复杂，在施工过程中出现纵向裂缝在所难免，对此我们要提高初期支护质量，避免出现纵向裂缝。

7.2 当发现初支变形后，采取积极有效的措施防止其变形进一步扩大。

7.3 加强对监控量测的重视，通过监控量测数据我们能充分掌握围岩变形收敛情况，用于指导实际施工方案及措施，掌握支护、衬砌的最佳时机，以消除隧道施工的安全隐患。