高速公路隧道施工處理技術探索

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摘要：針對某高速公路隧道工程實際情況，分析了其軟巖大變形現象和產生原因，提出了相應的施工處理技術，包括二次襯砌的崩裂處理技術與仰拱開裂處理技術，詳細闡述了基底與拱腳注漿加固、仰拱填充層鋼筋網加固的操作方法及需要注意的要點，可為類似高速公路隧道工程施工提供參考。

關鍵詞：高速公路隧道；軟巖；變形處理

由于漫長的地質作用，巖石風化強烈且節理裂隙發育，巖石承載力相對較低，在受到荷載作用后，將產生一定程度的變形現象。隧道施工過程中，除了要做好支護，還要加強監測。若變形速率很快，已經超出標準允許的范圍，必須引起重視，在明確變形成因的基礎上，采取有效的工程措施加以處理，以防止由于大變形而產生的各類事故。

1工程概況

某高速公路隧道工程施工中，將左線開挖到ZK150+527處，將仰拱開挖到ZK150+513處，將二襯施作到ZK150+480處后，初支沉降收斂明顯增大，并伴有開裂與掉塊且仰拱底鼓開裂現象（見圖1、圖2），同時通過深入檢查，還發現工字鋼產生了較大的彎曲變形，侵限可以達到18.7cm。同樣，右線也存在同樣的問題，只是侵限相對較小，為17.5cm左右。針對這一實際情況，有必要對支護方案予以加強，并要求全體現場人員嚴格執行加強后的支護方案。現針對該高速公路隧道工程實際情況，對其軟巖大變形的施工處理技術作如下深入分析。

2軟巖大變形成因分析

為切實保證軟弱圍巖變形處理的有效性，必須確定引起大變形現象的主要原因。基于此，在進行加強支護的基礎上，組織專業技術人員進行深入調查，找出變形主要原因。經調查，變形段落與所處巖層地質條件有直接關系。根據隧道的詳勘資料，產生變形的區域，隧道頂部有一條河流從隧道上部通過，另外，圍巖節理裂隙較為發育，巖石破碎，巖石的成分主要為凝灰巖，呈泥土狀。因區域地下水相對豐富，且凝灰巖密實性較差，整個地層含水量大，地層飽水；隧道開挖施工中，開挖產生臨空面，受到巖土體自身荷載與擾動作用后，拱頂容易產生擠壓變形、掉塊等現象。原本處于相對平衡狀態的泥土狀凝灰巖，隨著地下水的流動，強風化泥土狀凝灰巖將與水混合產生大量泥漿，不僅流動性強，而且承載力低，導致已完成的初期支護產生明顯變形，導致之前完工的初期支護產生大變形[2]，進而引發以上問題。

3施工處理

3.1二次襯砌崩裂處理

通過技術人員深入勘察與確認，二次襯砌產生開裂的具體段落為：左線ZK150+440—ZK150+476、右線K150+445—K150+478，實際開裂情況嚴重，如圖3所示。針對二次襯砌崩裂具體情況，通過深入的研討，確定采取下列施工處理措施。（1）為了使施工處理能夠安全進行，應做好臨時支撐的設置，將臨時支撐設置好后，應對其穩定性進行檢查確定，未經檢查和檢查不合格的情況下不可開展現場處治。（2）通過小導管注漿實施加固處理，導管尺寸為：直徑×壁厚×整體長度=42mm×4mm×4500mm，提前配置注漿材料，注漿材料為水泥和水按照1∶1的比例混合而成的水泥漿，將其攪拌均勻后準備使用。（3）在二襯兩側拱腳處設置雙排注漿鋼管樁，其中鋼管的尺寸為：直徑×壁厚×整體長度=108mm×6mm×4500mm（見圖4），按照100cm的縱向間隔距離進行設置，將鋼管設置好后，向注漿設備中注入水泥漿，并對注漿設備各項運行參數進行適當調整，將初始和終止的注漿壓力分別調整為1.0MPa和2.0MPa，然后對鋼管和注漿設備進行連接，將水泥漿液通過持續的注漿壓力壓入裂隙直至裂隙被水泥漿完全填滿，以此實現對拱腳處的有效加固。（4）在注漿結束之后，應通過對隧道圍巖監控量測確定圍巖變形是否收斂并保持穩定，確認保持穩定后對二次襯砌開裂較為嚴重的部分予以拆除，并對侵限處實施換拱，最后重新進行初支施工與二襯施工。對于局部輕微裂縫，經分析確認不會對結構自身承載力造成太大影響后，應對裂縫實施連續監測，若確認裂縫不再發育，則可通過灌漿予以修補。

3.2仰拱開裂處理

針對該高速公路隧道[3]仰拱產生的裂縫，根據其產生位置與原因，分別采用以下三種處置方式。（1）針對隧道仰拱底部出現的干裂縫，采用基底注漿加固方式進行處置，見圖5。經調查可知隧道仰拱底部由于地下水相對豐富，承載力無法達到設計標準，產生一定程度的不均勻沉降，使仰拱產生若干裂縫。此外，根據監測結果還發現，受外部荷載持續作用，伴隨時間不斷推移沉降加重，導致裂縫發展。對此，可采用基底注漿加固的方法來處治。在仰拱基底插入若干鋼花管，其尺寸為：直徑×壁厚×整體長度=108mm×6mm×4500mm，以120cm×120cm的間距按梅花形布置。在鋼花管的連接處，應通過焊接來固定。與此同時，按照1∶1的比例對水泥和水進行混合攪拌，然后采用1.0MPa的初始壓力和2.0MPa的終止壓力進行注漿。在注漿結束以后，還應做好動態監測[4]。（2）針對隧道拱腳出現的不均勻沉降，采用拱腳注漿加固的方式進行處置（見圖6）。經調查發現，由于拱腳長時間被水浸泡，拱腳處產生了大量虛渣并且圍巖因水的浸泡出現軟化現象，導致拱腳承載力無法滿足設計要求，產生了一定程度的不均勻沉降，使仰拱產生裂縫。通過對拱腳裂縫的檢測，發現裂縫有不斷發展的趨勢。對此，應采用拱腳注漿方法進行處治。在二襯仰拱處，每側都布置鋼花管，鋼花管的尺寸為：直徑×壁厚×整體長度=108mm×6mm×4500mm，按照120cm的縱向間距設置。經檢查確定鋼花管的固定達到一定強度后，方可開始注漿。所用注漿材料及各項參數都與方案一相同。另外，對于拱腳被水浸泡的情況，應采取專門的降水及防滲技術。開挖拱腳周圍含水率相對較高的部分，用混凝土將其填充密實，除了能增加強度，還能防止滲水。在之后的連續監測過程中，采用以上方法處治完成的拱腳沒有產生沉降[5]，而且仰拱處的裂縫也得到了有效解決。（3）針對隧道仰拱局部產生的輕微裂縫，采用仰拱填充層設置鋼筋網的方式進行處置。通過連續監測，發現該裂縫并未繼續擴張，而且不會影響到隧道結構的自身穩定性，對此可采用布設鋼筋網片的方式來處理。在施工前，應將開裂處清理干凈，包括裂縫內部與兩側存在的松動碎石。然后以裂縫大小為依據，選擇適宜的鋼筋網片，鋼筋網片實際上是由直徑10mm的鋼筋通過焊接而成的，其間隔距離為20cm×20cm。鋼筋網片主要設置在填充層和調平層之間。將鋼筋網片布設好后，先進行簡單的固定，防止在泥漿澆筑過程中產生位移。將鋼筋網片布設并固定好以后，在裂縫處灌注水泥漿。待泥漿與鋼筋網充分結合后，無論是在表面強度還是抗拉強度方面都有很好的表現，能提高仰拱整體穩定性。

3.3施工管理與注意事項

軟弱圍巖會對施工質量造成很大影響，若處治不到位，還會對現場作業人員安全造成很大的威脅。在該高速公路隧道的施工過程中，會遇到很多軟巖段，盡管在之前的施工過程中采取了一些支護措施，但因地質條件較為復雜，尤其是在地下水位相對豐富的區域，會由于泡水等原因使拱腳與基底等處產生不均勻沉降現象，進而導致仰拱與二襯產生開裂。對于此類問題，現場技術人員要在明確其產生原因的基礎上，制訂科學合理且技術可行的綜合處治方案。在實際工作當中，要將對軟巖變形現象監測視作一項經常性工作，并貫穿到整個開挖施工過程當中。如圖7所示，隧道拱頂布置監控測量點A、D、E。沉降曲線如圖8、圖9所示，經過前文所采用的多種處置方案，監控測量點A、D、E沉降曲線逐漸平緩，說明初支變形逐漸收斂直至穩定，說明處置方案的正確性和實用性。監控現場可預設一個最大變形值，若實際監測結果超出這一最大變形值，則系統將自動發出警報。此時現場全體人員可以在第一時間確定軟巖變形實際情況，并找出導致軟巖發生變形的具體原因，從而采取有效的加固措施。除此之外，在選擇具體固定方式和確定各項注漿技術參數的過程中，也應切實加大管理力度。只有保證所選技術的科學性與合理性，才能有效減小或避免軟巖變形，將其對施工質量和安全造成的影響都降至最低，使高速公路隧道建設順利完成，并達到預期的質量目標。

4結語

綜上所述，在高速公路建設規模日益擴大的情況下，隧道建設過程中難免遇到一些復雜地質，如軟弱圍巖等，對施工單位而言，不僅要加強前期支護，而且在后期也要加強動態監測，保證在產生軟巖大變形之后，可以在第一時間得到高度重視，同時制訂相應的處理方案，提高隧道結構整體安全性和穩定性。在該高速公路隧道施工中，對于軟巖大變形問題及時采取了上述處置措施，經后期監測未發現裂縫發育，很好地保證了隧道施工質量及安全。

參考文獻：

[1]張芳芳，雒志利.某高速公路軟巖隧道施工過程中的應力和變形研究[J].公路工程，2019（6）：166-170.

[2]張波.十（堰）天（水）高速公路軟巖大變形隧道病害治理技術[J].建筑機械，2017（6）：170-172.

[3]鄧博團，蘇三慶，任建喜，等.考慮應變軟化的高速公路軟巖隧道圍巖變形分析[J].水利與建筑工程學報，2016（4）：17-20.

[4]崔智昊.山區高速公路淺埋軟巖隧道圍巖變形分析及支護對策研究[J].公路，2015（9）：294-297.

作者：王健 單位：山西離隰高速公路有限公司