諶桂舟

（四川久馬高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610000）

0 引言

我國西部地區(qū)“河西走廊-祁連山-西秦嶺-隴南-汶川”地帶分布有大范圍以板巖、泥巖、炭質(zhì)板巖、千枚巖等為代表的軟弱破碎巖土地層，在這樣的地層中修建隧道常會出現(xiàn)軟巖大變形問題，給隧道施工和運(yùn)營帶來巨大威脅。

已有研究分析表明[1-4]：軟巖大變形隧道開挖后圍巖累計(jì)變形量大、變形速率快和變形持續(xù)時(shí)間長。施工過程中，如果支護(hù)體系施作滯后、支護(hù)強(qiáng)度及剛度不足，會加劇圍巖性狀惡化，圍巖塑性區(qū)與松動圈持續(xù)不斷擴(kuò)大，可能導(dǎo)致圍巖-支護(hù)體系變形過大及結(jié)構(gòu)破壞等問題。針對軟巖大變形這一難題，目前主要以“短進(jìn)尺，少擾動，快支快錨，早封閉，早成環(huán)”的理念，采取加大預(yù)留變形量、調(diào)整隧道輪廓、長短錨索結(jié)合、增設(shè)臨時(shí)仰拱等措施，來達(dá)到控制變形的目的[5-8]。但是臨時(shí)仰拱施工鋼架的施工精度、鋼架與小導(dǎo)管施工的配合緊密程度等因素對施工質(zhì)量影響較大[9]，且對施工工效存在一定的影響；當(dāng)預(yù)留變形量超出一定的量值，則相當(dāng)于圍巖出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，會造成施工成本的上升[10-12]，并且預(yù)留變形量過大，可能誘發(fā)初期支護(hù)突然失穩(wěn)；采用長短錨索結(jié)合的方式來加固圍巖，對成本和工期有較大的影響。

鑒于此，本文借鑒傳統(tǒng)臨時(shí)仰拱的方式，在盡可能降低成本，不影響原有工效的前提下，將臨時(shí)仰拱優(yōu)化為拱腳臨時(shí)支護(hù)，并根據(jù)實(shí)際的監(jiān)控量測變形數(shù)據(jù)，與原設(shè)計(jì)、施作臨時(shí)仰拱兩種方案進(jìn)行比較，分析其應(yīng)用效果。

1 工程概況

該隧道設(shè)計(jì)為雙向四車道分離式隧道，屬特長隧道，平均海拔3600m，隧址區(qū)屬于高原低高山-丘原地貌的過渡帶，進(jìn)口段地形切割較大，地形較陡，中部到出口段地形平緩，山頂多呈“饅頭狀”，隧道最大埋深約386m。隧道圍巖穿越中生界三疊系中統(tǒng)扎尕山群及中生界三疊系上統(tǒng)雜谷腦組，（碎裂狀）變質(zhì)石英砂巖、砂質(zhì)板巖與板巖互層為主，夾薄層灰?guī)r、千枚狀板巖構(gòu)成韻律層，并含擠壓破碎帶，巖石整體上屬軟巖—較硬巖，局部受擠壓破碎帶影響段為極軟巖，巖質(zhì)極不均勻，巖性變化頻繁，節(jié)理裂隙發(fā)育且軟弱夾層較多，Rc=2~30.09MPa。也就是說，該隧道屬于軟巖大變形隧道。

此外，隧道穿越兩個(gè)斷層及一個(gè)富水向斜段，向斜核部及擠壓破碎帶為地下水儲水構(gòu)造帶，地下水較豐富，呈線狀—股狀，有涌突水或大變形的可能。頂拱無支護(hù)時(shí)易掉塊、坍塌,側(cè)壁穩(wěn)定性較差；隧址區(qū)中板巖、砂質(zhì)板巖屬于軟巖，而變質(zhì)石英砂巖屬于較硬巖，巖體以軟巖—較硬巖為主，由于巖體破碎，圍巖等級以IV、V 級為主，隧道開挖后易出現(xiàn)垮塌、掉塊。在擠壓破碎帶、斷層破碎帶及板劈理密集帶部位，由于巖質(zhì)強(qiáng)度遇水軟化明顯，強(qiáng)度極低，受地應(yīng)力影響極易發(fā)生擠壓性圍巖大變形。

2 軟弱圍巖支護(hù)方案

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)方案

原設(shè)計(jì)初期支護(hù)采用I20b 工字鋼，間距60cm/榀，Φ8 鋼筋網(wǎng)片及C25 噴射混凝土。二次襯砌采用60cm厚C30鋼筋混凝土。原設(shè)計(jì)支護(hù)示意圖如圖1所示。

圖1 原設(shè)計(jì)支護(hù)示意圖

在采用原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)的施工過程中，隧道最大累計(jì)變形量達(dá)1mm，且初期支護(hù)鋼拱架出現(xiàn)不同程度的扭曲變形，變形部位主要集中在中臺階拱腳連接板位置，如圖2 所示，給現(xiàn)場施工帶來了極大的困難，月進(jìn)尺僅有18m。

圖2 原設(shè)計(jì)方案施工現(xiàn)場情況

2.2 增設(shè)臨時(shí)仰拱方案

為保證施工安全和質(zhì)量，控制變形，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增設(shè)臨時(shí)仰拱。臨時(shí)仰拱施作在中臺階位置，采用I20b 工字鋼，在施作下臺階時(shí)將臨時(shí)仰拱拆除。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，施作臨時(shí)仰拱后，累計(jì)變形量縮小至20cm。由于臨時(shí)仰拱安裝及拆除時(shí)，施工機(jī)械無法跨越中臺階，須將掌子面暫時(shí)封閉，因而對施工工效有較大的影響，月進(jìn)尺為25m。

2.3 拱腳臨時(shí)支護(hù)方案

為解決隧道變形及施工工效問題，借鑒臨時(shí)仰拱的作用機(jī)理，提出拱腳臨時(shí)支護(hù)方案，同樣施工在中臺階位置，如圖3所示。

圖3 拱腳臨時(shí)支護(hù)

由于拱腳臨時(shí)支護(hù)不是沿隧道橫斷面通長設(shè)置，因而在施工拱腳臨時(shí)支護(hù)時(shí)，基本不影響掌子面施工，對比臨時(shí)仰拱支護(hù)方案，施工工效有了極大提升，變形也僅為30cm。此外拱腳臨時(shí)支護(hù)可以重復(fù)拆換使用，成本也得以控制。

3 不同支護(hù)方案對比分析

3.1 監(jiān)控量測點(diǎn)布設(shè)

該隧道采用三臺階預(yù)留核心土施工工法，監(jiān)控量測點(diǎn)位布設(shè)如圖4 所示，一共埋設(shè)5 個(gè)測點(diǎn)，主要測量隧道拱頂、拱腰、拱腳的沉降與收斂變形量，監(jiān)測頻率一天一次。

圖4 監(jiān)控量測點(diǎn)位布設(shè)

3.2 不同軟巖支護(hù)方案對比

為了對比拱腳臨時(shí)支護(hù)方案與原設(shè)計(jì)方案、臨時(shí)仰拱支護(hù)方案的累計(jì)變形，并探索臨時(shí)拱腳支護(hù)長度與變形量之間的關(guān)系，現(xiàn)場實(shí)際施作了拱腳支護(hù)長度為1m、1.5m、2m的三種形式。選取幾組典型斷面，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，各工況累計(jì)變形量如表1所示。

表1 不同方案下的累計(jì)變形量（單位：cm）

從表1 可以看出，臨時(shí)仰拱對控制變形有很大的作用，累計(jì)變形量僅為原來的20%；臨時(shí)拱腳支護(hù)對變形控制也有一定的作用，累計(jì)變形量僅為原設(shè)計(jì)支護(hù)方案下的27%~37%。且臨時(shí)拱腳支護(hù)的支撐長度越長，累計(jì)變形量越小，但兩者非線性關(guān)系，主要原因?yàn)?，臨時(shí)拱腳支撐主要靠三角撐傳遞圍巖反力用以支撐拱腳，達(dá)到減小變形的目的，所以一味加長臨時(shí)拱腳支撐長度，而不考慮豎向深度及圍巖自身的強(qiáng)度，當(dāng)圍巖收斂的應(yīng)力足以讓支撐部分的圍巖出現(xiàn)變形甚至破壞時(shí)，對收斂變形的控制反而不利。

通過一個(gè)施工循環(huán)時(shí)間及月進(jìn)尺，對比分析臨時(shí)拱腳支護(hù)方案、原設(shè)計(jì)支護(hù)方案及臨時(shí)仰拱支護(hù)方案對施工工效的影響，如表2所示。

表2 不同方案下的工效對比

從表2 可以看出，原設(shè)計(jì)支護(hù)方案下的施工循環(huán)時(shí)間最少，但是由于其變形量過大，施工過程中時(shí)常需要采取加固措施控制圍巖變形，甚至需要拆換拱，因而其月進(jìn)尺最小。臨時(shí)仰拱由于其施工工序問題，循環(huán)時(shí)間最長，但是其控制收斂變形作用較好，因而其月進(jìn)尺較原設(shè)計(jì)有較大提高。臨時(shí)拱腳支護(hù)方案的施工循環(huán)時(shí)間較臨時(shí)仰拱有較大縮短，月進(jìn)尺較原設(shè)計(jì)及臨時(shí)仰拱方案有較大提升。此外還可以看出，臨時(shí)拱腳支撐長度不影響施工循環(huán)時(shí)間及月進(jìn)尺。

綜上所述，采用臨時(shí)拱腳支護(hù)措施，對軟巖大變形隧道變形控制有一定的作用，且對施工工效的影響較小。

4 結(jié)束語

本文借鑒了臨時(shí)仰拱的施工工藝，提出了一種用于軟弱圍巖變形控制的臨時(shí)拱腳支護(hù)方案。通過對比不同支護(hù)方案的累計(jì)變形量、循環(huán)時(shí)間及月進(jìn)尺，分析出采用臨時(shí)拱腳支護(hù)方案對軟巖大變形隧道變形控制有一定的作用，且對施工工效的影響較小；對比分析了臨時(shí)拱腳支撐長度與累計(jì)變形量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)臨時(shí)拱腳支撐長度不影響施工循環(huán)時(shí)間及月進(jìn)尺，可為類似的軟巖大變形隧道施工提供一定的參考。在后續(xù)的研究中，應(yīng)該進(jìn)一步分析臨時(shí)拱腳支撐豎向深度與累計(jì)變形量之間的關(guān)系。