高 尚 泰
中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066
摘要：在隧道工程施工过程中，因地质、地形、环境、施工方法等原因，容易发生初期支护变形过大，开裂、侵限或承载力下降问题，随着对变形机理认识的不断深入和处理技术的发展，变形处治也逐步形成了一套比较完整的方案和方法。本文通过对某铁路隧道变形处理施工总结，供同类问题时处理时借鉴。
关键词：隧道；变形侵限；方案
1 工程概况
某高速铁路双线隧道，进口桩号DK182+556，出口桩号DK184+312.2，全长1756.32m，最大开挖宽度14.5m、高度12.36m、最大开挖面积146.05m2。该隧道洞身处山体坡度较缓，埋深6m～140m，洞身岩性为全-强风化云母石英片岩，节理裂隙发育，裂隙水分布广泛。在桩号DK183+952～DK183+998段46米的长度范围内，由于埋深较浅，成洞困难，采用明挖法施工，因此，从桩号DK183+998处需二次进洞进行洞身施工，洞口顶部有一乡村道路通过。DK183+998洞口周边环境情况见图1。
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图1 DK183+998洞口周边环境
2 变形侵限段的初支设计及施工情况
2.1初期支护设计
隧道原设计采用Vc型衬砌类型支护，支护参数为：拱部设置Φ25普通中空锚杆，边墙设置Φ22砂浆锚杆，间距1.2x1.0m（环向x纵向）；拱墙设置Φ8钢筋网片（网格间距20x20cm）；喷C30喷射混凝土，厚度29cm；全环设置I22a型钢钢架，间距0.5m。为确保隧道进洞安全，DK183+998洞口进洞前拱部设一环Φ108大管棚进洞，管棚环向间距40cm，长度为30m。管棚与Φ42小导管配合使用，小导管长3.5m，环向间距40cm，小导管注水泥浆。
2.2施工情况
2015年4月8日，施工单位在做好进二次进洞前的各项准备工作后，从DK183+998开始进洞开始洞身施工，此处顶部覆土厚约8.0m，属浅埋地段，围岩岩性主要为洪积膨胀土和全风化云母石英片岩，较破碎，节理、裂隙发育，稳定性较差，设计确定的围岩等级为V级，要求按三台阶法进行开挖。2015年6月19日，当上台阶掌子面掘进到DK184+041、掌子面距已施做完成的仰拱离43米时， 洞内监控量测数据反映在DK184+000～DK184+010段中、下台阶开挖支护过程中，拱顶沉降和周边收敛数值变化异常，最大沉降量累计达到138.2mm，周边收敛累计值70.2mm，肉眼观察到洞内边墙已施做的初期支护混凝土出现开裂起鼓，掉块、个别钢拱架发生扭曲变形现象，初支侵限已达19.6cm。且时值雨季，降雨频繁、雨量大。2015年6月20日，依据监控量测数据和现场观察到的情况，相关人员做出了掌子面停止掘进，人员设备撤离，加强监测的决定。洞内边墙初支混凝土开裂情况见图2。
图2 洞内边墙初支混凝土开裂
3 变形原因分析
通过对现场观察和施工过程追溯，发生变形侵限的主要原因为以下几个方面：
（1）洞身围岩以洪积膨胀土和全风化云母石英片岩为主，岩体破碎，节理裂隙发育，自身稳定性较差。
（2）周边环境情况复杂，洞顶覆盖薄、埋深浅，施工期间的连续降雨，对洞顶边坡稳定性产生不利影响，加之洞身范围内存在地下裂隙水，围岩抗风化能力弱，遇水松散、软化，强度明显降低，导致围岩持续变形。
（3）施工过程中，初期支护未严格按照设计图纸施做到位，系统锚杆数量不足以及钢拱架锁脚锚管注浆不饱满、仰拱施做滞后。
（4）预留变形量不足。
4 初支变形侵限施工
4.1 处理原则
制定切实可行的技术 、安全措施，确保人员和工程的安全，防止次生灾害发生，充分利用岩体的自稳能力，发挥监控量测的指导作用，有序施工，稳步推进，对变形段落彻底处理，不留隐患。
4.2 处理方案
根据上述变形原因分析，确定加强初期支护、做好排水、仰拱及时跟进、选择适当的预留变形量是变形处治和后续施工保障的主要举措，对此,采取以下方案进行处理：
在变形段两端增设加强套拱，变形段采用石渣回填至中台阶后设置临时支撑，在已经完成的初支面上补打排水口；加密加长系统锚杆，增设径向注浆锚管；增大预留变形量，对变形部位的拱架逐榀更换，仰拱及时封闭，同时增加监控量测的点位和观测频次。
4.3 主要工序施工
（1）掌子面封闭
洞身停止掘进，在掌子面布设Φ22的钢筋锚杆，长度为3m，梅花形布置，间距1.2x1.2m，并挂设Φ8钢筋网片（网格间距20x20cm），然后喷射15cm厚的C30混凝土予以封闭。
（2）增设套拱
为进一步加强变形段两侧初期支护结构的稳定性，分别在DK183+998～DK184+002、DK184+010～DK184+016段增设加强套拱，套拱为I22a型钢拱架，纵向间距1.0m，钢架之间采用Φ22纵向钢筋焊接在一起，钢筋环向间距1.0m。每榀钢架上、中台阶增设Φ42锁脚锚管至16根，L=4.0m。
（3）临时支撑
先将DK184+000～DK184+010变形段用石渣回填到中台阶，然后再回填后的中台阶上设置临时支撑（I20a型钢钢架，纵向间距1.0m），临时支撑布置情况见图3。
图3 临时支撑布置示意图
（4）径向锚管注浆加固
DK183+998～DK184+016段增设Φ42径向注浆锚管，对围岩进行加固。锚管长度4.0m，梅花形布置，环、纵向间距1.2x1.2m，倾角10～15°；水泥浆水灰比为1:1，注浆压力1.5～2MPa。
（5）预留变形量
为了防止拱架更换后发生二次变形侵限，将原设计的预留变形量从15cm调整为25cm。
（6）监控量测
新奥法施工的核心就是利用围岩自稳能力,通过施工变形监测信息反馈,不断调整支护参数和施工方法，指导施工。为了及时掌握换拱期间围岩的变形情况，将洞内量测点断面间距从5m调整为2m，观测频次也从1次/天调整为2次/天，并及时反馈观测数据。
（7）老混凝土凿除及洞身扩挖
洞内临时支撑安装及径向注浆加固完成后，从小里程端开始，自上而下，先用人工配合液压破碎锤，逐榀凿除老混凝土，然后人工用风镐对洞周进行扩挖，直至达到要求。混凝土拆除及扩挖时尽量不要放炮，以免扰动围岩，一次凿除1榀拱架，老混凝土凿除见图4。
图4 老混凝土凿除
（8）换拱
老混凝土拆除后及时进行换拱。换拱在改装、加固后的钢筋作业台架上进行。换拱前先对验收合格的基岩面素喷4cm厚砼进行封闭，然后施做注浆锚管、锚杆、铺挂钢筋网片，最后安装新拱架，拱架安装要位置准确，拱脚处垫实，锁脚锚管按照设计要求安装，焊接牢固，注浆饱满。
4.4 安全保障措施要点
（1）所有进入隧道的人员进洞前佩戴齐全防护用品、做好登记并进行安全交底。
（2）施工人员到达工作面后，先检查工作面是否处于安全状态，如有松动的土层或新增裂纹时，立即报告。
（3）换拱作业空间内尽量不要放置杂物，确保逃生通道畅通。
（4）施工期间安排专职安全人员进行监视，发现危险征兆时及时通知作业人员撤离。
（5）换拱施工期间，需密切关注当地降水情况，当出现大暴雨时应及时撤出人员，待雨后围岩监控测量数据显示正常后才能进洞施工。
（6）提前编制应急预案，并进行预案演练。
5 结语
本次变形侵限段处理耗时46d，费用不菲。经处理后各项指标、性能均满足设计和规范要求，但在处理的过程中也深切的体会到：必须准确把握新奥法的原理并贯彻执行，特别是遇到不良地质时，更要小心谨慎，切勿盲目冒进，要高度重视超前地质预报和监控量测工作，使其真正发挥指导施工的作用，同时仰拱的开挖、浇筑要同步进行，及早封闭成环，软弱围岩容易发生大变形，虽然目前业界对其变形机理的看法不太统一，但在施工过程中，选择合适的预留变形量、及时调整支护参数也是防止支护变形侵限的重要技术措施。
参考文献：
[1] 《高速铁路隧道工程施工技术指南》，铁建设[2010]241号.
[2] 《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》，TB10753-2010.
作者简介：
高尚泰（1964-），男，甘肃武威人，高级工程师，从事水电及铁路工程施工技术与管理工作.