摘要：本文以湖北省黄石市黄石至阳新一级公路筠山隧道初期支护开裂治理为背景，对在软弱围岩地质条件下，初支出现开裂、下沉进行原因分析和初步治理方案的逐步验证，最终总结出一套安全有效，切实可行的治理方案，确保了施工安全和施工进度，在积累总结初期支护开裂治理方案的同时，为后续相同地质条件下初期支护施工总结经验，通过采取预防措施避免再次发生初期支护下沉开裂事故，确保隧道施工在安全的条件下稳步推进施工。
关键词：软弱围岩；隧道初支；开裂下沉；治理与预防
1治理背景
湖北省黄石市黄石至阳新一级公路筠山隧道为一座分离式长隧道，左洞长2155m，右洞长2240m，位于黄石市开发区。筠山隧道左洞ZK24+260～ZK24+280段原设计地质情况为中风化砂岩夹砂质页岩，属Ⅳ级围岩。施工该段时开挖揭露围岩为全风化页岩、泥岩，自稳能力差。根据围岩较差的实际情况，对ZK24+260～ZK24+280段变更为V级加强型衬砌类型，支护参数为：系统锚杆D25中空注浆锚杆，长度350cm，100cm*60cm梅花状布置；ø8钢筋网20*20cm；I20b型钢拱架，间距60cm；C25喷射混凝土厚度26cm。
2016年7月29日上午施工至ZK24+280里程，因围岩继续变差，整个掌子面已全部变为褐红色黏性土，且渗水较为严重，将ZK24+280～ZK24+285段变更为V级加强型衬砌类型，已按变更方案施工完成一榀，当天下午由于掌子面土体软化，右侧土体失稳垮塌，靠近掌子面已支护好的5榀初期支护右侧拱腰严重变形，ZK24+260～ZK24+280段初期支护出现环向开裂，开裂位置位于拱架附近，裂逢长度3m～8m，存在严重的安全隐患。
2 原因分析
筠山隧道ZK24+260～ZK24+280段埋深130.8-141米，开挖过程揭露围岩全风化，呈土状且含水量大，拱脚位置软弱，在该段采用的开挖方法为三台阶环向开挖预留核心土法。根据开裂段落开挖所揭示的围岩情况以及现场实际情况分析，认为ZK24+260～ZK24+280段已开裂段初期支护类型已经属于较强支护类型，因为支护强度不能抵抗拱顶土体压力造成开裂的可能性较小，同时对上台阶钢拱架拱脚进行查看，发现拱脚支垫下沉，锁脚锚杆无法观察到变形情况。进一步分析认为已施做的锁脚锚杆为ø25中空注浆锚杆，因围岩太软弱，无法起到有效的支撑和锁定作用；裂隙水对该段岩体长期浸泡造成该段围岩自稳能力差，整个上台阶初期支护在围岩作用力下出现整体下沉，因下沉不均匀造成了初期支护开裂。
3 治理方案
在分析出引起初期支护开裂的主要原因后，首先是要保证施工人员的安全，立即用喷射混凝土封闭掌子面，停止掌子面施工，撤离作业人员，并加强对开裂段初期支护的监控量测。
根据拱顶下沉量测数据，发现当天12小时内拱顶下沉量达到了7mm。治理方案首先采取临时加固措施，减小继续下沉的趋势，避免继续下沉造成初支侵限后返工处理，从而造成更大的损失。加固方案为在初期支护下紧贴初期支护安装I20b型钢拱架（不能密贴的段落用楔形方木支撑），拱架间距60cm，纵向每间隔60cm采用ø22钢筋连接，拱脚支垫15cm厚40*40cm硬木板。临时加固完成后拱顶下沉测量12小时下沉量0.6mm，下沉趋势有所缓解，验证了因为拱脚软弱造成初支下沉开裂的初步原因分析。
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临时加固完成后对开裂部位拱架逐榀增加临时仰拱，仰拱厚度50cm，并封闭成环，加固过程中拱顶下沉12小时监测下沉量达到6.5mm，说明在施工临时仰拱时，逐榀拱脚悬空过程中初期支护存在明显下沉现象。加固完成后拱顶下沉监测发现拱顶12小时下沉量为0.15mm，趋于稳定状态。
考虑到后续下台阶开挖会对临时仰拱和临时支护造成破坏，必须采取永久、可靠的固定措施，保证上台阶初期支护的自稳。采取的方案是对该段初期支护钻孔，按照1m*1m梅花状布置打入φ42*3.5mm小导管，小导管长3.5米，管身每隔15cm钻一直径为6mm的小孔，并沿管身呈梅花型均匀布置，尾端1m不钻注浆扩散孔，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成封闭的尖锥状避免泥土堵塞，尾部焊上箍筋补强。小导管注浆采用水泥浆液，水灰比为1：1，注浆压力0.5～1.0Mpa。为加快注浆速度和提高设备利用率，可采用群管注浆，每次3～5根同时注浆。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况。做好注浆记录，以便分析注浆效果，为了保证注浆效果，注浆采用一次升压法施工，即从注浆一开始就在短时间内将压力升高到设计规定值，并一直保持到注浆结束。在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直至裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减小，在恒定的注浆压力下持压3min注不进浆即结束注浆。注浆顺序根据降水漏斗原理，从下而上压注，先压注无水孔，后压注有水孔。通过小导管悬吊作用增加初期支护的自稳能力。
针对初期支护因拱脚围岩软弱，ø25中空注浆锁脚锚杆不能有效锁定的情况，治理方案采用φ89钢管锁脚，钢管长度4米，每榀拱架的拱脚打设1根，管身每隔15cm钻一直径为6mm的小孔，并沿管身呈梅花型均匀布置，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成封闭的尖锥状避免泥土堵塞。采用台式钻机打孔，挖机辅助安装完成后与工字钢连接并注水泥浆，搭设角度为向下与水平夹角15-30°。系统小导管及锁脚管棚施工完成承力后24小时拱顶下沉监测下沉量0.1mm，处于稳定状态。
靠近掌子面已支护好的5榀工字钢右侧拱腰严重变形，已经侵入二衬界限，需进行返工，对初支变形段回填洞渣后打设双排φ42*3.5mm超前小导管，同排小导管间距20cm，完成后压注水泥浆液，初支采用I25型工字钢，间距60cm，拱脚采用长4米φ89钢管向下水平夹角15-30°注浆锁定，φ89钢管锁脚施工与第4条一致。
4 预防措施
初支开裂及下沉治理属于应急处置措施，在有效制止了初期支护下沉开裂的同时，提出了后续施工同类围岩如何避免初期支护下沉开裂事故再次发生的问题。根据初期支护原因分析和治理效果，软弱围岩地质在初期支护施工时，拱脚采取适当措施能够给予一个强有力的锁定和支撑十分重要。
在软弱围岩拱架无法采取有效的支垫，常规的锁脚锚杆不能稳固的锁定的情况下，采用4米长φ89钢管作为锁脚锚杆注浆更加能够固定拱架，起到良好的锁定悬挑作用，再配合在拱架拱脚位置支垫15cm厚40*40cm硬木板，扩大受力面积给予上台阶拱架有效支撑。通过以上加固预防措施对初期支护下沉开裂具有良好的效果。
结束语：
黄石至阳新一级公路筠山隧道ZK24+260～ZK24+280段初期支护下沉开裂段按照以上治理措施施工完成后，根据监控量测数据显示处于稳定状态，治理效果良好，有效的保证了施工安全。同时根据治理方案对软弱围岩地段采取预防措施，后续软弱围岩初期支护施工没有再次发生下沉开裂，为后续大量软弱围岩提供了可靠的施工经验，确保了施工安全和进度，避免了事故的再次发生。
参考文献：
[1]《四川建筑》 2019 浅谈岔群区管棚加固线路工程 刘达
[2]《现代隧道技术》 2011.48某隧道初期支护混凝土开裂处理及效果分析 程浩 周建春
论文作者:何小平
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：围岩论文; 初期论文; 注浆论文; 拱顶论文; 导管论文; 隧道论文; 软弱论文; 《基层建设》2017年第14期论文;