泥灰岩隧道初期支护变形及处理措施
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摘要：泥灰岩隧道在洞身开挖过程中遇水易松软、膨胀，造成施工过程中存在重大的安全隐患。选择合理的施工方法及支护形式，是确保隧道施工安全和质量重要因素。
关键词：泥灰岩；隧道；处理；
1引言
贵阳至都匀高速公路工程半坡隧道ZK234+264~ ZK234+330段洞身初期支护2009年5月12日出现环向开裂，裂缝宽度20mm~50mm，涌水量较大，ZK234+288断面拱顶下沉速率为21mm/d，原支护结构出现变形。2009年5月13日，对变形开裂段采取临时加固措施，通过加固后此段变形有所减缓，但随着洞身开挖掘进，初支环向开裂现象继续加大，截止到2009年5月17日，监控量测资料显示15天内拱顶累计变形达到220mm,水平收敛累计110mm。随着掌子面的开挖，2009年7月21日，ZK234+126～ZK234+160段初期支护面有较大的破损，局部出现了开裂和掉块，格栅钢架有较大的变形，主筋（φ22钢筋）出现了扭屈，两边拱脚向内收缩，ZK234+126～ZK234+160段累计拱顶下沉量达到12 cm，并有下沉速率加大的趋势。经现场踏勘发现该处实际地质条件与祥勘报告出入较大。现结合工程地质地质、水文地质条件，对变形前后的监控测量数据及变形支护方案进行研究，分析造成变形的原因、变形后处理方案和防治措施，确定在此种地质条件下隧道开挖支护的参数。
2工程地质情况
该段工程洞口段出口为凸形坡，坡向325°,坡度角约为23°,地形相对较缓。山体植被不甚发育，多为种植地和灌木。微地貌形态有冲沟、农田和小路等。岩层产状353°∠32°，倾向山外，主要出露第四系残坡积物破碎土和泥盆系上望城坡组合尧梭组泥质粉砂岩组成，目前斜坡稳定。
隧址表水不发育，地表水主要补给来源为大气降水，大气降水少量沿着裂隙形成基岩裂隙水，大部分地表径流排泄于勾股内。地下水较发育，一般在相对隔水层页岩等与相对含水层灰岩等附近，地下水较发育，本隧道互层较多，开挖向外涌水段落较多，但水量一般不会很大。
3隧道变形综合分析
根据国内外隧道施工的实践总结，在下述条件下，施工过程中发生大变形现象，是必然的。
挤压性围岩的挤压变形；
膨胀性围岩的膨胀变形；
断层破碎带的松弛变形；
高地应力条件下软弱围岩的大变形等。
它们共同特征是：断面缩小、基脚下沉、拱顶上抬、拱腰开裂、基底鼓起等。变形初期不仅变形的绝对值较大，而且位移速度也很大，如不加控制或控制不及时，就会造成不可预计的后果。
发生大变形的地质条件可以归纳为：显著变质的岩类，如片岩、炭质页岩、泥岩等；膨胀性凝灰岩；软质粘土层和强风化的凝灰岩；凝灰岩和灰岩分互层；泥岩破碎带和矿化变质粘土；软弱围岩在高或极高地应力的场合等。它们共同的力学特征是：岩层的单轴抗压强度低；围压比大（地应力/单轴抗压强度）大；自然含水量大；具有一定的膨胀性等。
隧道ZK234+264～ZK234+340段埋深较浅，地表为水稻田，雨水季节稻田积水和大气补给水经裂隙渗透至隧道内，洞内地下水丰富。ZK234+126～ZK234+340段围岩为强风化破碎岩、节理、裂隙非常发育，自稳性差，地下水丰富、涌水量大，围岩遇水后软化、膨胀，顶板厚度较薄，开挖易产生掉块及小型塌方。正逢雨季施工，洞内积水严重，导致围岩膨胀变形，造成初支严重变形。
目前掌子面为泥灰岩及灰岩，岩体极破碎，自稳性性差，地下水发育，开挖后产生淋浴状出水。初期支护形式为Ⅳa(格栅钢架间距为1.0米，超前支护改为小导管注浆)，但效果不明显。
4监控量测对初期支护参数的指导
ZK234+264~ ZK234+330段洞身初期支护从2009年5月12日开始变形，采取加固措施后，到2009年7月9日变形趋于稳定。其中ZK234+300断面拱顶沉降500mm；ZK234+280断面拱顶沉降440mm； ZK234+265断面拱顶沉降690mm；ZK234+255断面拱顶沉降575mm，以上里程均严重侵限（设计预留沉降为120mm）。
ZK234+093~ZK234+126新开挖段的采用新的支护参数施工后，洞身的水平收敛及拱顶沉降均相对稳定，其中ZK234+120断面水平收敛累计值为57.5mm、拱顶沉降累计值为30.1mm；ZK234+105断面水平收敛累计值为40.0mm、拱顶沉降累计值为54.0mm；ZK234+097断面水平收敛累计值为46.5mm、拱顶沉降累计值为48.0mm ；ZK234+093断面水平收敛累计值为44.9mm、拱顶沉降累计值为85.0mm。从数据分析可知，新的支护参数能够确保洞室周边岩体的稳定及支护结构的安全。对新支护参数的确定，同样对换拱段的支护参数给予了肯定，而后监控量测数据反映，换拱段所采用的支护参数同样能够保证洞身结构的稳定、安全。
5变形段应急措施
停止掌子面施工作业，及时进行下导坑施工和仰拱填充；对已变形段ZK234+264～ZK234+340采用20b工字钢临时钢拱架支持加固处理，临时钢拱架支撑与原初支拱架紧贴，缝隙处用喷射混凝土填充密实，腿部采用20b工字钢横向支撑连接形成临时仰拱；采用φ42×3.5mm小导管（长度为L=4.0m，纵环向间距100×120cm梅花型布置）双液注浆封闭、固结周围土体，浆液浓度通过试验确定，压力控制在0.5~1MPa，由两侧向拱顶进行注浆；尽快与村民协商，将洞顶范围内稻田水排除并停止水稻种植，同时在洞顶低洼处沿山脚修筑M7.5浆砌片石截水沟（断面尺寸为30×30cm）排除雨水，防止雨水流入水田。
ZK234+126～ZK234+160变形段应急加固措施：采用20b工字钢拱架（间距同初期支护1.2米）+φ42注浆小导管（长4米，间距纵向同拱架间距，环向1米） +8cm厚喷射砼。
6变形侵限段开挖及支护方案
1）ZK234+245～ZK234+300变形段换拱方案
拆除原初期支护：凿除两榀钢拱架之间原初期支护砼，切断纵向连接筋和钢筋网。待一榀原拱架前后开槽立架支护后再行拆除中间原支护拱架进行换拱。
超前支护：用长4m的φ60mm超前注浆小导管、环向间距为25cm。
开挖：待原初期支护纵向连接筋及钢筋网拆除、施工系统锚杆并注浆后利用开槽法进行开挖至设计开挖断面（预留变形量按5cm控制）。
初期支护：待原初期支护纵向连接筋及钢筋网拆除后施工系统锚杆（长6米D25中空注浆锚杆，纵环间距60cm×100cm梅花型布置），立20b工字钢拱架，钢拱架之间用纵向连接筋连接（纵向连接筋环向间距100cm),布φ8双层钢筋网（钢筋网间距20×20cm），26cm厚C20喷射砼。每4榀设20b工字钢双拱架，两榀拱架必须焊接成整体。钢拱架立好后在拱脚底部采用20b工字钢托梁支撑。
⑤ 每换拱3m后进行仰拱施作，仰拱增设纵向连接筋，间距1m。
⑥ 加强现场监控量测，及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，提供有关隧道施工的全面、系统信息资料，以便及时调整支护参数。
⑦二衬施做至ZK234+300附近，并达到设计强度后，进行换拱施工。
2）掌子面开挖支护方案
①调整施工方法，采用短台阶弧形导坑开挖，上台阶预留核心土。每循环进尺控制在0.5~1m，仰拱3～5米封闭成环一次，与掌子面之间的距离《10m。缩短拱脚被水浸泡和暴露在空气中的时间。
②新开挖段隧道支护形式调整为：26cm厚C20喷射混凝土，双层φ8钢筋网（间距20cm）采用20b普通工字钢，钢架间距为60cm/榀，开挖预留变形量由设计12cm增加到35cm。
③加强超前支护的形式，采用φ60的超前导管，长度4m（环向间距25cm），搭接长度大于1.5m，有效的防止了掌子面上方坍塌。
④系统锚杆加长至6m，使隧道系统锚杆穿过开挖线周围的软弱层，提高了锚杆的悬吊作用和均匀压缩拱作用。
⑤新开挖支护的里程段，加强监控量测，通过量测数据的分析和判断围岩及支护体系的稳定状态。
7结论
鉴于泥灰岩遇水松软、膨胀的特性，保持隧道内干燥，缩短岩体暴露在潮湿空气中时间是施工中的关键。避免洞内积水，并及时进行岩面喷浆封闭，采用合理的开挖方法，缩短上下台阶的距离，及时施作仰拱封闭成环。充分发挥监控量测的指导作用，以便确定合理的支护形式。加强施工过程中的质量控制，避免人为因素造成质量事故。
参考文献：《公路隧道施工技术规范》
《公路隧道设计规范》
关宝树.《隧道工程施工要点集》
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