小黄川隧道初期支护大变形换拱处理

小黄川隧道初期支护大变形换拱处理中铁二十局一公司李建军前言：2009年7月到2011年3月，我在**高速第18合同段任总工，该项目主要承担了秦岭小黄川隧道和堡子山隧道施工。其中小黄川隧道因地质断层、偏压浅埋等原因造成了已施工完成的初期支护严重变形侵限。本文就初支变形过程、形成原因分析、治理方案、换拱施工工法、安全保障方案进行论述，尤其是换拱中的安全保障措施希望能够给隧道施工同行起到抛砖引玉的作用。1工程概况小黄川隧道位于陕西省商洛市西北方向30km的大荆镇，是国家高速沪陕线西安至商州高速公路建设的控制性工程之一。隧道设计为双向6车道，设计时速80km/h。隧道单洞总长3951m。左线里程：LK82+010～LK84+008，右线里程：RK82+007～RK83+960。隧道限界(宽×高)14.25m×5.20m。隧道出口位于东峪河右岸，出口左右线进洞约400m长度均处于山体严重偏压段，右线进洞300m范围内埋深极浅（0.2～10m）。围岩构成主要是由云母、石英、泥炭质灰岩、长石组成的片岩和千枚岩。同时在出口进洞约160m处发育有F5断层，影响实际长度60～80m。受断层和岩性影响，隧道设计全长的80%以上为V级和IV级围岩（后经变更已全部为Ⅴ、Ⅳ级围岩），岩体风化严重，岩体破碎，围岩强度低(经最近申请变更，该隧道全部为V级和IV级围岩）。掘进开挖经初期支护后相当长时间内收敛值异常，围岩持续变形，自承能力和稳定性极差，成洞困难。V级围岩超前支护洞口段为30m的Φ108长管棚，进洞后采用Φ50×5双层注浆小导管。初期支护由由喷、锚、网及钢架组成，设计采用4m的Φ22早强砂浆锚杆间距1m环向布置，I20b型钢架作为初期支护的主要承重结构，钢架内外各设一层20×20㎝钢筋网，C25喷射混凝土厚28cm。小黄川隧道进口端围岩相对较为稳定，均采用单侧壁CD法施工。出口端因浅埋、偏压、F5断层和围岩破碎原因按照设计双侧壁导坑法施工。2初期支护变形西商18合同段在2009年7月进场后，积极组织了前期施工准备工作，并于同年8月份先后开工。进口段围岩相对较为稳定，施工正常。出口段左右线受诸多因素影响，滑塌、冒顶多次发生，进展困难。根据现场观测和断面监测资料显示，在隧道出口段左线LK83+745～LK83+775段和右线RK83+800～RK83+811、RK83+752～RK83+760段掘进初支完成后均出现了初支向内严重挤压变形的情况，同时初支环向出现严重开裂，钢拱架扭曲变形。不但将原预留的15㎝变形量吃掉，还侵入二衬限界20～50㎝。其中较为严重的右线RK83+807处拱顶下沉侵限353㎜，拱脚偏压一侧向内鼓起侵限459㎜。左线ZK83+751处拱顶下沉侵限514㎜,拱脚向内变形最大变形量在ZK83+771处，侵限488㎜。照片中看到的工钢钢架是初支变形后加强的内层钢架3变形原因分析为了科学准确的制定处理方案，项目根据地质资料、监控量测资料、地表实地勘察资料以及初支变形状况对变形原因做分析如下：3.1山体偏压小黄川隧道出口地貌图（右侧为左线）从照片可以看出山体偏压对左线影响较大，施工初期我部多次向业主报告变更施工方案，在右线冲沟一侧增加反压回填，高度到隧顶10m，迟至2010年6月业主才给予回复，同意了反压方案。但是错过了反压的最好时机，初支变形业已形成。3.2F5断层及围岩状况刊崇蒜小黄川隧打道出口左匪线散在尽LK83吹+850雄,浅出口右线素在掌LK83宫+80址0纳处穿厘越躁F宴5践断层，设舍计预计断陶层宽逐度荒2升0配～抓30器 消m识，施工验混证影响宽盈度姑为锡3北0纷～红60粱m虚，岩体岩案性为强风亚化石英片滔岩、千枚钓岩、强风终化砂岩。亩受断层影锻响，岩体剃结构破碎咱（局部呈狠粉末状并窃具油性，遥和云母共培同作用注容浆效果不找明显），胖围岩强度拴极低。浑左腥线烈LK83赛+75它0棕处拱顶双爱层钢架变垂形匆左新线垮LK83眯+74工5抬～疫+77萍5割偏压一侧猾初支拱脚简部位钢架察向内凸起佛变形状上图为右桑线视RK83雾+74户6怒穿越断层广段围岩状宿况（照片妨中的块状炸物是滑塌粒的注浆凝充结块），阁不用爆破烛直接机械阴挖除，每相循环进今尺暴0.5-刚0.6献m四。派怠3.3蔬莫山体裂隙堵渗水引起摸塑变奏窄述商洛工地藏今年春季顶多雨雪，本降水量偏晌大，山体丘围岩破碎拒、松散，显受隧道掘骆进施工扰蜘动和雨水绿浸仿泡只,惕山腰靠近棒顶部沿隧钥道开挖方丈向纵向开盐裂，长度充约杨110每m诞。昨201赶0烦年拼4表月塔1肿4纵日天气异央常，商洛睁工地下了诚暴雪，雪透水融化沿述裂隙渗入驻山体，破诱碎的千枚藏岩、片岩瞒遇水加快蜘了塑性变觉形，对隧湖道初支结颜构形成压牌力，加剧衬了初支变鸣形，山体班裂隙也有按进一步发通展。圈式西缠肌山腰沿隧效道施工走段向纵向开默裂妨3.4捡诱刺浅埋和大隙断面矛盾瑞晒存小黄川隧删道右线出塞口端隧道果埋深近乎估为零，由腾于偏压严杯重如采取冈暗洞明挖决施工后期协隐患极大惕，设计茎的住30仗m抓长欧Φ辟10煤8尸大管棚打框入后部分榴露出地面带。艘3倘车道隧睬道规V败级围岩设灭计开挖宽纪度跑达较17.3甲6看m困，因围岩挨破碎、埋强深过浅、芹受力面较姥宽，自承摘能力渗极差。即件使按照设寨计的双侧告壁导坑法洪施工也难速以保证初涝支结构稳孔定，施工糕以来多次受发生滑塌清现象。葡兽笋驱小黄川隧浑道右线出盆口端施工辩初期现场殃地貌云4赌素初支变形潮处理方案哄盖伞针对初支倾变形已严砍重侵入二苦衬界限必传须换拱的鞠问题，我钩们颂在锡5兼月向业主弓提出了两麻套治理方挨案：馅4.抹1抹方菜案移A度-巴调整纵坡教质胸由于小黄族川隧道初梳支变形主搅要鹅在寸F筒5童断层和偏络压地段，带左右线的碌初支严重痛变形均发核生麦在烤K83+债75速0斥～吗K83+胳81箩5横这一区间柿。建议在虫隧道中融部撇K83+陈25腥0勒设变坡点首，纵坡由证原设计溉的若0.55事%赵变狮为郑0.65波%见，匙到剧K83+今75萄0剩处可形筝成青500m激m伐的高度空坚间源(诵在晕K83+面75弓0悠处又调整左为困0.45册%州，疏到晚K83+骨25歇0钉处结束，伶恢复到原推设计路面尖高捞程。）调制整后可利躲用此空间奖对拱部进灰行加强处梦理，保证秩上拱部二瓶衬厚度，瓶避免换拱无中拱顶部距位破碎塑助变围岩受伍二次开挖弹扰动滑塌及冒顶。降迫坡后对两艳侧边墙部棒位初支受姻挤压侵限姿的处理采哄用边墙局碧部换拱，智按照交叉放马口施工歌来确保施说工安全。革奸饥对洞口段尾已施工完卡成的二衬献在降坡后膛形成的超裤高可不做潮处理，并侵在谎5更0楚—棉100腊m凳范围内和姨初支变形化段二衬平动滑顺坡衔断接。洞口肯段已浇筑谈的仰拱填枣充进行降丙低高度处携理，从而非保证后期违隧道内结王构布局协鸡调满足设爱计要求。沾顽棚其优点是亲：施工相撕对全副换退拱难度小拖，危险性偏低。照嘉蔬其缺点是碑：由于调甚坡后有部裁分仰拱厚蛇度不足，御局部降低务了隧道环阶向抗力。贱二衬在洞蚀口处局部虎超高，影译响美观。转4.忆2耐方悔案闭B射-享全幅换拱卖窃喊隧道初支扎全幅换拱孔是一项相狱当危险的拐施工作业楚，施工区绸域又处于箩浅埋偏压算、粥F恒5员断层和严杨重风化破魂碎的千枚阿岩、片岩网塑变段，吓必须采取添周密的预插防措施，卫否则处于步塑变的破锯碎围岩一耗旦失稳引质起滑坍、秀塌方后果伍极其严重瓦。我们向句总监办及赶业主提出该的实施方脂案共坟分尖6燕个步骤姻：条难4.2.轨1育省衡监控量测担渐惰在隧道换伞拱的全过茄程中到二旁衬施工前科，要求连森续进行地排表下沉量痰测、拱顶竟下沉量测常、水平净慰空收敛量导测三项量璃测，以判假断围岩动傻态和指导向安全施工斧。并建议狱业主单位纷增加围岩洗应力和初菠支钢架结跃构受力检定测。敞陷桶隧道内测叫点布置见恨下图：倚施工前，尼在该段初顿期支护钢然架上布置崇监控量测捷点，拱顶玻下沉及净吗空收敛观蜂测点按写每幕3穗米一个断斑面进行布殖设，以观贿测围岩及浪初期支护宅结构的变判化；疮在慨K83+桥745-贷K83+把77腥5鞭相对应的罚洞顶地表药，尘每来5孙米一个断庸面布设冬地表下沉叶观测点邮，以观测绣地表沉降杰。坛从隧道换谷拱施工开卖始进行地充表沉降观血测，采用革测微水准甩仪进行观牲测，频率教为每天一陕次。揪拱顶下沉抄观测在隧聪道需换拱输的初期支围护上矿每复3群米设置一据个点，换初拱施工完甚的初期支锁护上丛每斗5榆米设置一蚊个点，并紧且在换拱嘴施工监完语6怜小时内进染行第一次大观测，水怒准仪观测送频率为每奏天爹1义次，直至混二衬完成犹后为止。经净空收敛弟观测点，婶在拱顶下锁沉观测点脏同一断面氏设置，收钻敛仪观测庙频率同拱猴顶下沉观挎测。斧根据现场恨量测数据纸绘制位售移袋-肉时间曲线促图，在位含移狠-霞时间曲线主趋于平缓举时进行回馆归分析，雕以推算最传终位移和痒掌握位移踪变化规律猜，回归分往析为建立片下沉量婆（浩U叉）随时间出（判T序）发展的寒时态函数打，根据测娃点位移变蚁化速率判匹断围岩稳蛙定状况，木当隧道周毕边变形趋预势有明显执减缓趋势义，则说明早隧道变形置基本处于皮稳定状态补，当变化后速率过快搂、过大，搁或悬当位仙移拢-脆时间曲线来出现反弯仔点时，说哈明位移出像现反常的馆急剧增加姻现象，表归明围岩及巴支护已呈容失稳状态拉，应及时赖加强支护监并停止换返拱作业晴。淋小黄川隧铅道地质情缎况较为复卵杂，监控掌量测不仅时仅对原初冒期支护钢饥架变形进钱行观测，财对置换后午的拱架同筝样要加强杏观测，并斤对测量结炼果及时进掀行分析。捐开挖过程牙中注意观洗察初期支匪护状态包房括喷层是里否产生裂骗缝、剥离狗和剪切破杏坏、支撑盆是否有新痕的变形，梦对以上情安况进行详懒细描述、尽记录，同震时做出施督工安全评挖估，并作狡为采取支毯护参数选龟择的参考蚂（根据监蛛控量测结耕果必要时绝拟采用衬掘砌台车每顽隔灿5颜m仅分段浇注爽长罚度泡5副m熟、厚冷度江30c回m庸的告C2衫0寺混凝土作窑临时支撑殊两段锁共见10确m负，换拱时恒逐段拆除下，以防止蓝初期支护敲失稳，确炸保施工安漂全。）。胆4.2.壁2叼极应冲沟反压沟回填加强这根殿对右线冲堤沟一侧利匹用隧道弃蹲渣进行反肠压回填，拥回填高度经至相应段逝隧鹅顶论10惨m梨。货4.2.谱3模斗址浅埋段地皆表预注浆壁帽壁右线初支玉变形段同计时处于浅把埋段，为境加强浅埋这围岩稳定夏需对地表职进行注浆床处理。注粗浆横向范但围为开挖仔轮廓以圾外故6勿m旨，竖向范色围为开挖耍轮廓拱顶泳以责上禽5猪m啦至拱底以此下番2m设,互开挖轮廓瑞内不注浆虾。注浆管作采种用衬Φ钳50×尖5抹钢管，前把端钻直石径饮1择㎝花孔，低间牧距艺4拒0蚂㎝，梅花普形布置。判导管尾傍部研5万0仆㎝不设花牢孔。注浆答浆液采用冲水泥浆液唇，水灰比趣为尾1没：权0.俘8盯，掺突加嘱3银%牲水玻璃作坟为速凝剂仗。参4.2.丢4绝屯拍山体裂隙隐堵水处理色滥务对山体裂想隙采用砂魂浆填实裂勾口，在裂羽隙上方挖哈掘截水沟搂将雨水引职向隧道一歪侧排水沟舱内。澡4.2.寄5伍弯叉初支换拱槐段预加强广桂伴在初支严序重变形的钳左碍线众lk83苹+74芦5储～陈lk83孔+77溉5遵以及右堪线先k83+垄72干5惰～令k83+捡76乌5楼段，原设豆计有径拿向谜Φ膀2是2克早强砂浆拆锚杆（间停距陆6污0棕㎝梅花形索布筹置姿)愉,冷为加强初怀支外围岩瞎稳定增悠加如Φ偷38×闭6章自钻式注臣浆锚杆（哭间概距奇6绣0廉㎝与砂浆裁锚杆交叉欠布置）栽和鸭Φ皆50×棵5动径向注浆催小导管迁（扬L=5风m驾，环向间恰距骨10量0毅㎝，纵向盐间胳距促5扎0意㎝）。注牺浆采用水当灰当比涝0.5:英1马～淡1:部1叫，注浆压桌力这0.5M惨P作a雄。味4.2.旬6点榆制作换拱椅专用台车乖在换拱前杆按照隧道辉实际断面毛制作专用序换拱台车颠，其主要态作用是依吸靠专用台示车临时支张撑与变形漠初支建立瓜临时连接滚，限制初蠢支剧烈变亚形，避免增压浆或置俱换过刑程中原初制期支护钢适架失稳，疗对换拱部茧位两侧的蒙初支形成劣保护，维吸持其稳定搬。另外专趟用台车也永同时对现凭场施工人陵员的安全备提供了保边障。易换拱台车聪大样示意研图（立柱评采版用长30臂a童工型钢）肠竖盗以上准备渴工作完成饲后，即可砌利用换拱煎台车从大确里程逐环拨开始，按怜照先墙后纯拱的顺序忙对每环的甲拱架进行僵置换；淘采用双层招超前小导泉管预支护带（按纵向由间胳距肯2.4永m哲一环布置嘴）。开挖琴主要以人劫工利用风缺镐开挖为仙主，换拱抄段禁止爆你破作业。东盈御方烛案翻B崖的优点是么：换拱后漫隧道结构凉整体性好亦，结构尺骨寸与设计抱一致。闲腔够其缺点是勇：换拱施满工相对危重险性较高蝶，安全防阅范工作量堡大。米5豆掠方案确定转世根据我项做目上报的载两种处理沃方案，经路业主、监茂理和施工继方共同论愤证，确定燕以第二方服案为最终受方案。英6阔柔换拱施工镇6.1匆律施工工艺听流程满换拱施工麦工艺流程法图施工准备施工准备超前小导管补充注浆超前小导管补充注浆台车就位台车就位临时支撑连接临时支撑连接拆除侵限初期支护拆除侵限初期支护钢筋网施工钢筋网施工更换钢架更换钢架喷射砼施工喷射砼施工下一循环下一循环饰6.2耐弹施工准备汗抽蚁按照方案把中古4.2.熄1特～捡4.2.鸟6叙的具体要岔求，项目熊在担7武月底前对暖偏压治理化的反压回屋填、浅埋兵段地表预翻注浆、山吹体裂隙处疾理、换拱厘段预先加侵强以及专裁用换拱台痰车制作一米一进行落夸实。峡6.1邀普小导管补领充注浆般根据左线碑初支严重娃变形段活在拳7此月限1趋6磁日慧和描8镜月六1馋5鄙日拱顶发秒生两次局无部坍塌，芽坍落体中笋前期注浆装体均呈松岔散块状，渔分析原筑因主要是瞒原来对围闭岩的注浆侵因塑性变背形挤压影及响，受力她结构已遭弱到破坏，楼丧失了稳景定。为保垦证开挖及难换拱过程疮中人员及膨机械设备愁安抗全环,屯防止岩体奇受力太大宾而坍笋塌醒,他因此需要仁对拱部及垂局部边墙叫采炕用勒Φ肠50m赵m促，供L=4.怨5早米长小导谦管再次补挂充注浆。祸小导管采靠用钢花管危，环、纵搜向间参距济1.酷0搁米已,详梅花形布截置冻,问在每榀初良期支护钢冤架与小导孕管连接处防将小导管植与钢架锁愈死悟,饰漆以保证在砖开挖拆除唐拱架时的植安全。浆脏液采进用植1:起1艳水泥浆册液练,我注浆压力扒：饺0.壁8团～窃1.2M拾P叙a狸。耻6.2辅禽滋临时支撑突在换拱前式，重要的忙一环是对远初期支护品钢拱架施下做临时支承撑，避免烘压浆或置慕换过寸程中原初终期支护钢扛架失稳，撑利用换拱闹台车每间烤隔一榀对搞初期支护坡钢架连接桥处采终用宿Ⅰ酸2纠0捉工字钢架躬设临时竖菊撑、横撑宁，横竖撑狗间采阶用失Φ学2度2备钢筋连接龄。另外，延由于换拱成台车长度蒜有限，对酬拱部变形借较严重部饰位采取直卸接支立型监钢支撑。续价析怠彩缠佩上为现场氏掏槽开挖棉照片悔6.3桐吹找开挖及钢膏架拆除歼开挖及钢纹架拆除顺灵序：充分晕利用换拱通台车长度心，采用先睁墙后拱顺而序开挖，哲且每次只故能开挖一奏榀，开挖咳主要以人舰工风镐开肥挖为主，搁尽量减少垮对围岩的俗扰动。开蚀挖预留变墨形量由设惊计找的竟1违5川㎝增加怀到锐2户0属㎝。苹6.4宿抛池施工辅助州措施续采盖用耕L=4.太5顺米煤、患6掘米双层超在前小导管蠢预支至护养,亿喇小导管按葛纵向间甚距达2.4m搁,统环向间幼距却0.3京m定布设。并词将置换后捏钢架与注链浆环向小静导管焊接齐以增加稳酸定剧性撞,莲确保施工赢安全。秃6.5耗醋城置设带兆换逼开挖前要范将制作好性的选Ⅰ谋20霞a疏钢架及钢铺筋网运至译现场，喷然浆机等设膨备调试好屯，屿按设计开炸挖轮廓线纹人工采用肆风镐修出昂欠挖部份廊围岩土，箱割除侵限步部份工字别钢拱架、音钢筋网片筹、连接筋关，范切除原注和浆导管、被锚杆侵限认和影响施皱工的端头预部分，痕按设计要语求挂设钢鸡筋网，换夕上新加工点的钢架并杠进行可靠恰连接，聪同时利用持注浆导管面和锚杆端顶头将钢架踢与钢筋网赴焊接固定旋，完成后氏立即进残行渗C2决5货喷砼作业序，待喷砼资强度达到河设计强度绝后方可进堤行下一循语环开挖。屑6.6飞咸洞二衬施工探唇睁对已换拱侵段，在监电控量测数睁据显示围愿岩已经稳填定后，采概用二衬台存车半位施征工饶5押米一段及烤时浇筑二僻衬。言7楚慢安全保证磁措施童7.1征缝换拱台车素加固领在台车就溪位后，将欠车轮前后咳卡死，防替止移动，饥同时对台欣车安装轮融胎的横梁皮进行加固煤处理，防揪止台车受弓压力过大蹦发生危险红。具体措变施为用工双字钢加工凳四个顶撑敬台座，台偿车就位固康定后，每除侧两个台插座支撑在富台架下部笔横梁的下描方承受荷运载。米7.2谊隔怖安全措施丛7.2.灾1绵湖所有进入记隧道工地街的人员，校佩戴好安琴全防护用茶品。旗7.2.荒2征白施工人员锹到达工作管面时，先咳检查工作阵面是否处竞于安全状垒态，如有忌松动的岩鞠石，立即州加以支护尾或清除。选7.2,轿3氏催操作空间邪尽量不要反放置杂物漏，做到有班情况施工阳人员指能够无障脸碍迅速撤于离现场。锻7.2.研4圣讽在换拱台屑车的前后乡各堆放沙罢堆，在极千度危险的问情况下，锯人员可以乳跳到沙堆锐上迅速撤译离。朗7.2.他5桃童现场施工露时间设专锁职安全人耻员在场监嗽视围岩变贱化，用哨时声通知作晨业人员撤泪离壁7.2.秤6锋伴施工期间织，现场施搂工安全员只和技术人兽员对各部爪支护定期务检查，当服发现量测奔数据有突扑变或异变跃时，立即歉通知现场词负责人，伤采取应急勿措施或通贤知施工人阳员撤离危高险地段。竖8膛月浩1喘5束日拱部滑伍塌现场照狂片泰7.2.盏7切重加强围岩次开挖后变赴形量测，尖根据量测青数据分析玉结果，反鹊馈指导施密工，保证交开挖及换韵拱的安全独和质量。劈施工中，吧指定专人稍对洞内围祝岩及地面孝位移变形宏情况进行志观测，出临现异常情适况立即停确工处理。施7.2.角8导猾换拱施工锐期间，隧似道施工半歇径都300磁m牵范围内严苗禁爆胜破作业，邮如需爆破母必须征得气领导小组岭同意，并描提前撤离虽换拱作业散人员。茧7.2.乏9楼筐因换拱段穴前方尚没狮有到达车抖行横洞、戴人行横洞债里程，因茅之采用了帆施工段预兴先安置直闷径温1银m统混凝土管才作为逃生盘通道，长百度不小煮于闯20恒m程，随施工挤进度前移谨。高压风锻管作为救谜生管道注赠意保护。惠小里程一技侧放置应悦急箱，储愿存饮水、甩压缩食品怕、紧急医芦用药物、终应急通信境器材和相寇关应急物歪品。识哥收换拱工作凳面及逃生蕉管道烛8.3自矩祖安全教育窑8.3.喂1轿垃施工前对喜所有现场障人员进行过全员安全店教育，并偶进行施工到操作安全惭技术交底望。建立换服拱专项安信全领导小广组，落实沃岗位责任躁制，从思偿想上高度额重视。枪8.3.练2抢桨在正式施谈工前，我壳们组织了也施工人员啦进行安全夸规避的操精作演练，童让每个施杏工人员熟叨悉自己的琴撤离方向框和路径，仔达到能够奥快速反应旷为止。托8.4停薯取安全物资