高速公路隧道施工处理技术探索

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摘要：针对某高速公路隧道工程实际情况，分析了其软岩大变形现象和产生原因，提出了相应的施工处理技术，包括二次衬砌的崩裂处理技术与仰拱开裂处理技术，详细阐述了基底与拱脚注浆加固、仰拱填充层钢筋网加固的操作方法及需要注意的要点，可为类似高速公路隧道工程施工提供参考。

关键词：高速公路隧道；软岩；变形处理

由于漫长的地质作用，岩石风化强烈且节理裂隙发育，岩石承载力相对较低，在受到荷载作用后，将产生一定程度的变形现象。隧道施工过程中，除了要做好支护，还要加强监测。若变形速率很快，已经超出标准允许的范围，必须引起重视，在明确变形成因的基础上，采取有效的工程措施加以处理，以防止由于大变形而产生的各类事故。

1工程概况

某高速公路隧道工程施工中，将左线开挖到ZK150+527处，将仰拱开挖到ZK150+513处，将二衬施作到ZK150+480处后，初支沉降收敛明显增大，并伴有开裂与掉块且仰拱底鼓开裂现象（见图1、图2），同时通过深入检查，还发现工字钢产生了较大的弯曲变形，侵限可以达到18.7cm。同样，右线也存在同样的问题，只是侵限相对较小，为17.5cm左右。针对这一实际情况，有必要对支护方案予以加强，并要求全体现场人员严格执行加强后的支护方案。现针对该高速公路隧道工程实际情况，对其软岩大变形的施工处理技术作如下深入分析。

2软岩大变形成因分析

为切实保证软弱围岩变形处理的有效性，必须确定引起大变形现象的主要原因。基于此，在进行加强支护的基础上，组织专业技术人员进行深入调查，找出变形主要原因。经调查，变形段落与所处岩层地质条件有直接关系。根据隧道的详勘资料，产生变形的区域，隧道顶部有一条河流从隧道上部通过，另外，围岩节理裂隙较为发育，岩石破碎，岩石的成分主要为凝灰岩，呈泥土状。因区域地下水相对丰富，且凝灰岩密实性较差，整个地层含水量大，地层饱水；隧道开挖施工中，开挖产生临空面，受到岩土体自身荷载与扰动作用后，拱顶容易产生挤压变形、掉块等现象。原本处于相对平衡状态的泥土状凝灰岩，随着地下水的流动，强风化泥土状凝灰岩将与水混合产生大量泥浆，不仅流动性强，而且承载力低，导致已完成的初期支护产生明显变形，导致之前完工的初期支护产生大变形[2]，进而引发以上问题。

3施工处理

3.1二次衬砌崩裂处理

通过技术人员深入勘察与确认，二次衬砌产生开裂的具体段落为：左线ZK150+440—ZK150+476、右线K150+445—K150+478，实际开裂情况严重，如图3所示。针对二次衬砌崩裂具体情况，通过深入的研讨，确定采取下列施工处理措施。（1）为了使施工处理能够安全进行，应做好临时支撑的设置，将临时支撑设置好后，应对其稳定性进行检查确定，未经检查和检查不合格的情况下不可开展现场处治。（2）通过小导管注浆实施加固处理，导管尺寸为：直径×壁厚×整体长度=42mm×4mm×4500mm，提前配置注浆材料，注浆材料为水泥和水按照1∶1的比例混合而成的水泥浆，将其搅拌均匀后准备使用。（3）在二衬两侧拱脚处设置双排注浆钢管桩，其中钢管的尺寸为：直径×壁厚×整体长度=108mm×6mm×4500mm（见图4），按照100cm的纵向间隔距离进行设置，将钢管设置好后，向注浆设备中注入水泥浆，并对注浆设备各项运行参数进行适当调整，将初始和终止的注浆压力分别调整为1.0MPa和2.0MPa，然后对钢管和注浆设备进行连接，将水泥浆液通过持续的注浆压力压入裂隙直至裂隙被水泥浆完全填满，以此实现对拱脚处的有效加固。（4）在注浆结束之后，应通过对隧道围岩监控量测确定围岩变形是否收敛并保持稳定，确认保持稳定后对二次衬砌开裂较为严重的部分予以拆除，并对侵限处实施换拱，最后重新进行初支施工与二衬施工。对于局部轻微裂缝，经分析确认不会对结构自身承载力造成太大影响后，应对裂缝实施连续监测，若确认裂缝不再发育，则可通过灌浆予以修补。

3.2仰拱开裂处理

针对该高速公路隧道[3]仰拱产生的裂缝，根据其产生位置与原因，分别采用以下三种处置方式。（1）针对隧道仰拱底部出现的干裂缝，采用基底注浆加固方式进行处置，见图5。经调查可知隧道仰拱底部由于地下水相对丰富，承载力无法达到设计标准，产生一定程度的不均匀沉降，使仰拱产生若干裂缝。此外，根据监测结果还发现，受外部荷载持续作用，伴随时间不断推移沉降加重，导致裂缝发展。对此，可采用基底注浆加固的方法来处治。在仰拱基底插入若干钢花管，其尺寸为：直径×壁厚×整体长度=108mm×6mm×4500mm，以120cm×120cm的间距按梅花形布置。在钢花管的连接处，应通过焊接来固定。与此同时，按照1∶1的比例对水泥和水进行混合搅拌，然后采用1.0MPa的初始压力和2.0MPa的终止压力进行注浆。在注浆结束以后，还应做好动态监测[4]。（2）针对隧道拱脚出现的不均匀沉降，采用拱脚注浆加固的方式进行处置（见图6）。经调查发现，由于拱脚长时间被水浸泡，拱脚处产生了大量虚渣并且围岩因水的浸泡出现软化现象，导致拱脚承载力无法满足设计要求，产生了一定程度的不均匀沉降，使仰拱产生裂缝。通过对拱脚裂缝的检测，发现裂缝有不断发展的趋势。对此，应采用拱脚注浆方法进行处治。在二衬仰拱处，每侧都布置钢花管，钢花管的尺寸为：直径×壁厚×整体长度=108mm×6mm×4500mm，按照120cm的纵向间距设置。经检查确定钢花管的固定达到一定强度后，方可开始注浆。所用注浆材料及各项参数都与方案一相同。另外，对于拱脚被水浸泡的情况，应采取专门的降水及防渗技术。开挖拱脚周围含水率相对较高的部分，用混凝土将其填充密实，除了能增加强度，还能防止渗水。在之后的连续监测过程中，采用以上方法处治完成的拱脚没有产生沉降[5]，而且仰拱处的裂缝也得到了有效解决。（3）针对隧道仰拱局部产生的轻微裂缝，采用仰拱填充层设置钢筋网的方式进行处置。通过连续监测，发现该裂缝并未继续扩张，而且不会影响到隧道结构的自身稳定性，对此可采用布设钢筋网片的方式来处理。在施工前，应将开裂处清理干净，包括裂缝内部与两侧存在的松动碎石。然后以裂缝大小为依据，选择适宜的钢筋网片，钢筋网片实际上是由直径10mm的钢筋通过焊接而成的，其间隔距离为20cm×20cm。钢筋网片主要设置在填充层和调平层之间。将钢筋网片布设好后，先进行简单的固定，防止在泥浆浇筑过程中产生位移。将钢筋网片布设并固定好以后，在裂缝处灌注水泥浆。待泥浆与钢筋网充分结合后，无论是在表面强度还是抗拉强度方面都有很好的表现，能提高仰拱整体稳定性。

3.3施工管理与注意事项

软弱围岩会对施工质量造成很大影响，若处治不到位，还会对现场作业人员安全造成很大的威胁。在该高速公路隧道的施工过程中，会遇到很多软岩段，尽管在之前的施工过程中采取了一些支护措施，但因地质条件较为复杂，尤其是在地下水位相对丰富的区域，会由于泡水等原因使拱脚与基底等处产生不均匀沉降现象，进而导致仰拱与二衬产生开裂。对于此类问题，现场技术人员要在明确其产生原因的基础上，制订科学合理且技术可行的综合处治方案。在实际工作当中，要将对软岩变形现象监测视作一项经常性工作，并贯穿到整个开挖施工过程当中。如图7所示，隧道拱顶布置监控测量点A、D、E。沉降曲线如图8、图9所示，经过前文所采用的多种处置方案，监控测量点A、D、E沉降曲线逐渐平缓，说明初支变形逐渐收敛直至稳定，说明处置方案的正确性和实用性。监控现场可预设一个最大变形值，若实际监测结果超出这一最大变形值，则系统将自动发出警报。此时现场全体人员可以在第一时间确定软岩变形实际情况，并找出导致软岩发生变形的具体原因，从而采取有效的加固措施。除此之外，在选择具体固定方式和确定各项注浆技术参数的过程中，也应切实加大管理力度。只有保证所选技术的科学性与合理性，才能有效减小或避免软岩变形，将其对施工质量和安全造成的影响都降至最低，使高速公路隧道建设顺利完成，并达到预期的质量目标。

4结语

综上所述，在高速公路建设规模日益扩大的情况下，隧道建设过程中难免遇到一些复杂地质，如软弱围岩等，对施工单位而言，不仅要加强前期支护，而且在后期也要加强动态监测，保证在产生软岩大变形之后，可以在第一时间得到高度重视，同时制订相应的处理方案，提高隧道结构整体安全性和稳定性。在该高速公路隧道施工中，对于软岩大变形问题及时采取了上述处置措施，经后期监测未发现裂缝发育，很好地保证了隧道施工质量及安全。

参考文献：

[1]张芳芳，雒志利.某高速公路软岩隧道施工过程中的应力和变形研究[J].公路工程，2019（6）：166-170.

[2]张波.十（堰）天（水）高速公路软岩大变形隧道病害治理技术[J].建筑机械，2017（6）：170-172.

[3]邓博团，苏三庆，任建喜，等.考虑应变软化的高速公路软岩隧道围岩变形分析[J].水利与建筑工程学报，2016（4）：17-20.

[4]崔智昊.山区高速公路浅埋软岩隧道围岩变形分析及支护对策研究[J].公路，2015（9）：294-297.

作者：王健 单位：山西离隰高速公路有限公司