小净距隧道偏压浅埋段开挖及支护技术研究

时间：2024-08-31

李凯，冯磊磊

(河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038)

随着我国公路交通的不断发展，在山区修建隧道时会遇到愈加复杂的自然条件。由于受到自然条件及线路规划的限制，在修建小净距隧道时难免遇到偏压浅埋的情况。小净距隧道偏压浅埋段受地形，地质条件，埋深，净距，开挖及支护形式的影响很大，且由于其一般上覆土厚度较小，围岩受到非对称荷载的作用，所以开挖方法及支护形式选用不当很容易发生地质灾害[1]。因此，对小净距隧道浅埋偏压段开挖支护技术进行深入研究是有意义的。

1 加强隧道支护的意义

保证隧道结构的稳定性是维持隧道施工安全的前提条件。当隧道进行开挖卸载时，原始的围岩应力平衡状态被破坏，进而围岩重新开始应力的分布，且随着隧道施工的进程不断变化，最终逐渐形成新的应力平衡状态。若因此造成支护结构的失稳，从而造成隧道系统的失稳。浅埋偏压小净距隧道由于其埋深较浅，主要依靠支护结构和围岩承担外部应力，支护结构如果不能充分发挥作用，围岩将不可避免地发生滑坡甚至冒顶等地质灾害，甚至隧道会局部坍塌[2]。研究隧道开挖技术和围岩支护技术，可以因地制宜的优化开挖施工和围岩支护的协同作用，更好的保证隧道施工过程的安全性。

2 工程地质概况

某小净距隧道浅埋偏压段为岩石及软塑性土组合地质。上部台阶的初期支护受到破坏发生变形、且隧道围岩存在坍塌情况、地表存在大面积的裂缝及错台、施工段附近存在地表坑道，隧道底部溶洞规模较大，且由于施工过程中不断出现塌方情况，而且工程地质情况较复杂，造成其开挖及支护的施工难度增大。

3 工程开挖及支护技术研究

3.1 坍塌体开挖

坍塌体是隧道岩溶塌陷地段的主要开挖对象，开挖前必须保证原支护的安全再对其进行加固。具体加固措施分为两种情况：第一种是原有钢支撑未发生变形破坏时，则在原有钢支撑上直接添加横撑；第二种当原钢支撑已经发生变形破坏时，则需要对其更换钢支撑后再用横撑进行加固[3]。

3.2 对口钢支撑

一般原钢拱支护结构失稳，发生严重变形，进而支护功能丧失是造成隧道塌方的常见原因。另外，围岩结构由于已经发生变形破坏，所以其产生的松动压力不稳定，并且支护结构直接承受其重力形式的压力作用。原支护结构在设计时未考虑这部分力的作用，故设计参数小于其所承受的压力。因此在坍塌体在开挖作业时，对开挖及支护的要求会更高。此时为了使支护结构保证足够的安全及稳定，原有的拱形结构支护形式已不能达到支护强度的要求[4]。因此，隧道变形体系有必要采用支护强度高并且效果好的对口钢支护形式对其进行再支护。

3.2.1 原支护体系设计

由于原支护体系在进行设计时未能充分掌握工程地质条件，故隧道原设计的为喷射混凝土以及型钢架初期支护，素混凝土二次衬砌支护形式。支护结构未能满足支护要求，造成初期支护完成后隧道顶部失稳形成滑坡体，并发生位移下沉，导致原初期支护结构发生变形破坏，部分地段的初期支护变形严重，甚至出现局部坍塌的情况，严重影响结构的稳定性。因此，有必要拆除并更换变形的初期支护，对其重新进行支护。

3.2.2 调整方案

在坍塌事故发生后，滑坡体虽然通过对塌方地段进行注浆加固处理，已经基本保持稳定。但其仍受到大面积的从拱顶到隧道左线边墙的侧向压力，初期支护受力形式未发生本质改变，其依旧处于收敛变形的受力状态。且碎石夹软土为线路左侧隧道及溶洞的主要填充物，在此种情况下会产生掉块情况，尤其在雨季极容易发生局部塌方，存在极大安全隐患。在没有安全措施的情况下，很难直接拆除和更换主支撑拱架。因此，对原隧道的钢支撑进行加固是很有必要的。开挖塌方体前一定将安全措施完全做到位。对于力学性能差、流变性突出的软塑性土来说，在开挖过程中应采取液压系统加固初期支护结构的方案。同时，由于隧道内空间狭窄，为了便于在隧道底部进行桩筏基础等后期施工工作，对初始支护结构进行了初步设计，并将初始支护结构由弧形调整为竖向型，增加了隧道内的作业空间。