红石梁隧道初期支护沉降变形治理

摘要：通过对国道210线西乡至镇巴境内红石梁隧道一次成功的初期支护沉降变形治理，分析了初期支护沉降变形的原因，介绍了隧道初期支护沉降变形治理的方法，注意事项，对隧道后续施工提出了防塌措施。

关键词：隧道；初期支护；沉降变形；治理

中图分类号： U45文献标识码： A

210国道西乡至镇巴段,位于陕西省汉中市东南部,是汉中市一条纵贯南北、联系川陕两省的区域大通道，也是汉中“两一纵双曲线型”公路主骨架纵曲线中重要的一段。该项目位于川陕之间大巴山区，灌木丛生，坡积层遍布，地质构造复杂，施工条件十分艰巨。

1隧道基本情况及初期支护沉降变形情况介绍

红石梁隧道是210国道西乡至镇巴改建工程项目上众多隧道中地质条件最复杂的一个，是陕西省国道线上最长的隧道，是该项目的关键控制性工程。

1.1隧道的地理位置、气候条件及地质情况

红石梁隧道位于汉中市西乡县罗镇穿心店村至镇巴县杨家河镇口泉河村之间，设计为单洞双向交通式隧道。隧道起讫里程为：K1294+800～K1297+653,长2863米。项目地处凉亚热带湿润气候区，年均降雨量141天，7、8、9、10月多阴雨，夏、秋多暴雨。红石梁隧道基岩地层主要由第四系松散层、震旦系碎屑岩、寒武系碳酸盐岩及碎屑岩构成。基岩地层为复式背斜构造，多呈南北走向。由于隧道主要穿越碎石屑岩类裂隙水、岩溶水水文地质区，地下水丰富，隧道水文地质条件复杂。

1.2隧道存在的不良地质现象

隧道进口段地质较复杂，K1294+820～K1294+900为Ⅴ级浅埋,洞口地理位置于两大冲沟之间，围岩以震旦系炭质页岩、含炭粉砂质页岩为主且节理裂隙极为发育，因岩质软，风化强烈，坡体稳定性较差。进口段属Ⅴ级浅埋软弱围岩，存在偏压，地下水丰富，施工时洞室内会产生滴水及小股流水，遇裂隙密集段会产生涌水或突水。

1.3隧道初期支护沉降变形的产生

由上述该隧道进口所处的地质情况和不良地质现象可知，该隧道施工难度极大，随时可能发生事故。该隧道设计使用新奥法进行施工。当隧道进口仰拱施工到K1294+880时，初期支护急剧下沉和收敛，初期支护K1294+830～K1294+870段拱顶下沉、拱腰左凸右凹，喷射砼沿凸凹线均裂开，最大裂缝宽度达到8cm,工字钢已严重变形，拱顶下沉量最大达到28cm，围岩极不稳定。

2初期支护沉降变形原因分析

隧道施工中造成初期支护沉降变形的原因有地质因素和人为因素，经现场勘查和分析，本隧道初期支护沉降变形主要为地质因素，其次也存在一定程度上的人为因素，也就是施工中存在施工方法不当和工序间距不合理的现象。

2.1地质因素

此段地质情况复杂，围岩主要为黑色炭质页岩，岩质较软，开挖后，迅速风化变碎粉状，岩体破碎，节理、裂隙极发育，呈散体结构。进口左侧临近山沟，渗水严重，围岩稳定性极差，加之此段属Ⅴ级浅埋软弱围岩，洞口左侧偏压。极差的地质条件，引起了开挖后初期支护的沉降变形。

2.2人为因素

(1)施工方法不当

发生初期支护沉降变形的K1294+830～K1294+870段地质情况差，属Ⅴ级浅埋软弱围岩地区，设计上采用环形开挖预留核心土法，下半断面开挖采用跳槽、挖错开马口的方式开挖，尽量减小对周边围岩的扰动，初期支护双侧交错落底，避免上半断面两侧拱脚同时悬空，单侧每次落底长度不大于3米。而施工队伍在施工时没有完全按照设计施工，虽然采用上下台阶法施工，但下半段面开挖只分左右侧施工，没有进行跳槽、挖错开马口的方式开挖，因此引起围岩失稳，加快了初期支护急剧下沉和收敛。

(2)工序间距安排不合理

从2011年6月19日进洞后，由于二衬台车进场迟及长时间故障原因，导致该段不能及时跟近二衬，加之6月为雨季，降水较多，洞内渗水量增大，加剧了围岩的破碎，自稳能力变弱。初支和二衬两工序间时间拉得太长，初支暴露时间过久，引起围岩松动、变形，也更进一步促进了初期支护沉降变形。

3处理方案的选择

处理初期支护沉降变形主要分两个部分：

（1）在确保安全的前提下，应采取应急加固措施，尽量避免坍塌事故的发生。

（2）对初期支护急剧下沉和收敛严重、初支侵入二衬，导致二衬厚度不足的地方，采用换拱处理。

4初期支护沉降变形处理施工要点及注意事项

为确保初期支护沉降变形能够得到很好处理，处理时分为加固处理和换拱处理。

4.1加固处理

(1) K1294+830～K1294+870段在原初期支护背后，增加护拱。护拱采用I20b型钢拱架，I20b型钢拱架间距60cm（纵向），拱架位置与原初期支护拱架位置一致，形成双层拱架。型钢拱架间采用纵向钢筋连接成整体，间距1m，喷C20混凝土，厚度从工字钢中心向两工字钢中间由26cm～10cm渐变肋形。并铺设钢筋网。

(2)型钢拱架按设计要求封闭成环。

(3)派专人负责观察围岩的变化及初支上半断面的收敛情况，发现异常及时撤离洞内作业人员。

(4)围岩收敛稳定后打设Φ42注浆导管，小导管长5m,间距60×70cm（纵×环），注浆加固围岩，使松散围岩形成整体，提高围岩稳定性。

4.2换拱处理

换拱时工字钢钢拱架由原设计的由I20b变为I22b，间距为60/榀。及时挂网喷锚，锚杆采用φ25中空注浆锚杆，初喷混凝土由26cm厚的C20喷射砼变为28cm厚的C20喷射砼。对K1294+830～K1294+870段的边墙和拱部二衬进行加强，主筋由原设计的φ22钢筋改为φ25钢筋，混凝土标号由C25改为C30。

4.3换拱处理过程中的注意事项

为保证初期支护沉降变形段能够顺利通过，换拱处理过程应做好如下工作：

⑴因换拱过程中风险较大，稍有不慎就会引起围岩丧失承载力而发生坍塌，为确保安全，换拱时不得将每环置换范围内初期支护一次性全部拆除，应分边墙、拱腰、拱顶三步进行换拱处理，每步置换钢拱架、喷射混凝土施工完成后方可进行下一步换拱施工。

⑵环向临时支撑拆除后至施工二衬前的时间段为本次换拱方案的最薄弱环节，此时应力释放，初期支护承载能力偏弱而二衬又无法及时提供支撑，故此环节纵向长度不宜过长，施工时间尽可能缩短，每循环纵向长度不应大于3m，然后尽快完成该段落二衬施工，确保安全。

⑶在换拱的过程中，要做好洞内、洞外监控工作，必须进行24小时观测，出现问题时及时向有关单位进行汇报。

5结束语

此次初支沉降变形处置措施得当，处理及时，没有引起隧道塌方事故，在处理中严格各工序的施工，使得处理结果相当好；处理完成后，经过第三方检测部门使用地质雷达全面、详细的检测，表明此次处理很成功。同时通过监控单位长时间的对拱顶沉降和周边位移收敛的观测，数据显示处理后的拱周达到了相当稳定的状态。