王小鳳

摘 要：通過對隧道軟弱圍巖地段變形規(guī)律的歸納，概括當(dāng)前控制軟弱圍巖變形的對策，結(jié)合都貴德勒隧道施工實(shí)踐，就臺階法施工軟弱圍巖隧道時如何保證拱腳穩(wěn)定性提出幾點(diǎn)思考建議，以期能為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道；軟弱圍巖；拱腳變形

都貴德勒隧道位于西烏珠穆沁旗白音郭勒鎮(zhèn)境內(nèi)，總長4800m，屬淺埋隧道，穿越底層復(fù)雜，主要施工難點(diǎn)包括：大面積富水區(qū)、大量涌水段、大量滲水段、斷層破碎帶以及膨脹土圍巖地段。該隧道大部分區(qū)域地處軟弱圍巖地段，且在DK9+400～DK9+970；DK10+110～DK10+330；DK13+690～DK14+100等地段圍巖具有中強(qiáng)膨脹性，在施工過程中出現(xiàn)不同程度的開裂、內(nèi)擠、坍塌、沉降、底鼓等破壞，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度和質(zhì)量，本文闡述該隧道在特殊地質(zhì)地段采取的變形控制手段，結(jié)合監(jiān)控量測資料從提高拱腳穩(wěn)定性的角度，提出幾點(diǎn)自己的思考。

1 圍巖變形基本規(guī)律

1.1 掌子面前方先行位移 掌子面先行位移，是指在開挖掌子面前方大約1.5倍跨徑范圍開始發(fā)生的位移，先行位移隨掌子面推進(jìn)而發(fā)展，在掌子面處產(chǎn)生最大值。通常情況下，先行位移可占隧道總變形量的20%～30%左右，其值隨圍巖性質(zhì)變差而增加，當(dāng)其值大于全位移的30%～50%范圍時，若不加以控制，則會誘發(fā)更大變形，這也是軟弱圍巖要實(shí)施超前支護(hù)的原因。

1.2 掌子面擠出位移 施工過程中，掌子面擠出現(xiàn)象較為常見，擠出位移超過極限值，掌子面很有可能會面臨崩塌，這是施作掌子面錨桿、開挖過程留核心土的主要原因。

1.3 掌子面后方位移 掌子面后方位移，通常通過施作初期支護(hù)來遏制，從后方位移的動態(tài)發(fā)展曲線看，其特點(diǎn)在于初始階段變形量及發(fā)展速度很大，因此控制后方位移的關(guān)鍵在于控制其初期速度。對于掌子面后方位移，通常通過初始位移速率、拱頂下沉等來描述。

1.4 全位移 圍巖開挖后的變形指的是全位移，包括掌子面到達(dá)前的先行位移、掌子面開挖后到監(jiān)控量測開始前的初始位移，以及掌子面通過后實(shí)際的量測位移，因此全位移=先行位移+初始位移+量測位移，而開挖所允許的最大位移=全位移值/安全系數(shù)，即在初始位移和先行位移固定的前提下，可以由量測位移的變化間接反映圍巖全位移。

1.5 變形控制策略 針對先行位移的超前支護(hù)、針對掌子面擠出位移的掌子面補(bǔ)強(qiáng)策略以及針對掌子面后方位移的拱腳補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，各類位移控制策略匯總?cè)缦拢?/p>

2 都貴德勒隧道變形控制

2.1 膨脹巖地段變形控制策略 ①超前注漿及徑向注漿，提高洞身整體強(qiáng)度，抵抗先行位移發(fā)展，降低圍巖自身壓力。②設(shè)置柔性承力層，允許圍巖在一定范圍內(nèi)發(fā)生變形，加大預(yù)留變形量，在仰拱底部加大碎石粉煤灰墊層厚度，以提高其吸水及抗變形能力，防止圍巖水或施工用水在仰拱匯聚，造成仰拱開裂底鼓。③加強(qiáng)洞內(nèi)防排水管理，及時抽排洞內(nèi)積水，嚴(yán)控施工用水量，采用無水鉆孔技術(shù)，嚴(yán)禁高壓水沖孔，必要地點(diǎn)設(shè)置排水溝。④提高初期支護(hù)強(qiáng)度，盡早封閉成環(huán)。⑤加強(qiáng)監(jiān)控量測，及時對監(jiān)測信息加以分析，確定襯砌施作時機(jī)，修正初支參數(shù)。

主要的監(jiān)測項(xiàng)目：日常觀測、地表下沉、拱頂下沉、凈空收斂、仰拱隆起等，在膨脹性圍巖地段，增加拱腳下沉和拱腰收斂。

2.2 監(jiān)控量測分析 在施工工程中，發(fā)現(xiàn)在VI級圍巖膨脹土地段，拱腳和拱腰位置變形嚴(yán)重，為保證該部位支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在該段圍巖處增加拱腳沉降及收斂項(xiàng)目，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)嗝婀澳_下沉及收斂明顯，同時該部位開挖后掌子面擠出現(xiàn)象突出，分析其變形原因在于：①拱腳位置變形明顯，與下臺階掌子面的縱向擠出變形有關(guān)；②臺階法施工中，上半斷面開挖后及時施作支護(hù)，此時壓力通過上半斷面拱腳傳遞至下臺階，隨著開挖的持續(xù)進(jìn)行，圍巖壓力逐漸增大，當(dāng)上臺階地基承載力或支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不足時，則出現(xiàn)拱腳下沉現(xiàn)象。③隨著下臺階的開挖，造成上臺階支護(hù)結(jié)構(gòu)暫時懸空，此時初支結(jié)構(gòu)隨圍巖變形整體下沉，另外即使在初支封閉之后，受軟弱圍巖流變影響，該下沉趨勢依然會持續(xù)一段時間。

3 軟弱圍巖隧道拱腳穩(wěn)定性處理

3.1 拱腳穩(wěn)定性處理技術(shù) 目前通常采用的拱腳穩(wěn)定性控制措施有鎖腳錨桿或錨管、拱腳圍巖補(bǔ)強(qiáng)注漿、增設(shè)臨時仰拱以及設(shè)置擴(kuò)大拱腳支護(hù)、噴射砼加固拱腳等，日本也有利用鉆機(jī)設(shè)置拱腳彎曲鋼管樁或采用高承載力拱腳支撐鋼管，控制拱腳下沉的形式。

3.2 臨時仰拱支護(hù) 通過對有未設(shè)置臨時仰拱的拱腳下沉和收斂量測試，發(fā)現(xiàn)隨著開挖步距的增大，設(shè)置臨時仰拱地段，拱腳下沉量與未設(shè)置臨時仰拱地段相比差異不大，而拱腳的水平收斂量較未設(shè)置地段顯著減小。

3.3 擴(kuò)大拱腳支護(hù) 通過對V、VI級圍巖地段擴(kuò)大拱腳地段和標(biāo)準(zhǔn)臺階地段拱腳、拱腰收斂、拱頂及拱腳下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)在設(shè)置擴(kuò)大拱腳地段，拱頂下沉現(xiàn)象明顯改善，而洞身水平收斂值也有所減少，V級圍巖測試段，拱頂沉降減少了54%，而水平收斂減少了約20%，VI級圍巖測試段，減少的幅度較V級圍巖略少，沉降量減少47%，而水平收斂減少11%。

4 總結(jié)

①從軟弱圍巖特性出發(fā)，分析臺階法施工隧道開挖后圍巖的基本變形規(guī)律，針對不同位移的產(chǎn)生機(jī)理，整理變形控制策略。②通過都貴德勒隧道施工監(jiān)控量測資料分析，發(fā)現(xiàn)拱腳失穩(wěn)對隧道結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性影響重大，結(jié)合施工概況，分析拱腳失穩(wěn)的機(jī)理。③分析現(xiàn)有拱腳穩(wěn)定性控制技術(shù)，結(jié)合試驗(yàn)段監(jiān)測資料，認(rèn)為采用臨時仰拱技術(shù)，對改善洞身收斂效果明顯，而采用擴(kuò)大拱腳支護(hù)形式對抑制拱頂及拱腳沉降作用顯著。