加强型初支辅助措施在老东山隧道特殊地质段施工中的综合应用

　　【摘要】老东山隧道作为云南广昆铁路重难点工程之一，在施工过程中多次遇到初期支护发生变形、开裂和局部坍塌，本文着重讲述了现场施工过程中摸索出来的初期支护辅助措施，这些辅助措施对加强初期支护的整体性、有效控制隧道初期支护变形开裂起到了至关重要的作用，为今后面对隧道穿越特殊地质段提供一些好的做法和经验。

　　【关键词】铁路隧道,  变形开裂,  研究分析,  控制技术

　　【 Abstract 】 Old Dongshan tunnel as Yunnan wide the difficulty of railway engineering, in construction process met primary support happen many times out of shape, craze and local collapsed, the paper tells the story in the process of the construction site for out of the primary support auxiliary measures, the auxiliary measures to strengthen the integrity of the primary support, effective control of the tunnel primary support deformation crack played a crucial role in future for the face special geological period through the tunnel to provide some good practice and experience.

　　【 Key Words 】 railway tunnel, deformation craze, research and analysis, control technology

　　中图分类号：    U459.1            文献标识码：A                   文章编号：

　　1  引言

　　老东山隧道施工三年来，因其特殊的地质围岩以及频发的大范围初期支护开裂变形情况，受到了各方的高度关注。截止2011年10月，隧道施工受到变形开裂的影响而造成的停工时间长达500余天，对于采取何种方式有效合理的防治和控制变形开裂显得极为紧迫和重要。为此，我们在施工过程中不断研究初期支护的变形产生的原因并摸索其规律，先后制定出多项针对性的技术措施并通过试验段的方式进行验证，实践证明，在基本初期支护手段基础上，通过"拱架纵向I14型钢连接"、" 复合型拱脚垫设法"、"中、下导钢架间人字形连接（或菱形连接）"、"锁脚'L'形连接钢筋"和" 锁脚'U'形连接卡"等辅助支护措施的配套使用，对于控制隧道初期支护开裂变形有着良好的施工效果，确保了隧道长期稳定的向前推进。

　　2  工程概况

　　老东山隧道全长7578米，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩长度分别为730m 、2988m 和3860m，所占比例分别为9.6%、39.4%和51%；该隧道穿越老东山断层F4、官村至白云寺断层F2和哨村断层F1三个断层；隧道最大埋深约370m，最大开挖跨度为15.36m。

　　3  隧道地层岩性、构造及水文地质特征

　　3.1地层岩性

　　施工揭示地层为白垩系上统江底河组（K2j）、下统马头山组（K1m）。施工过程中揭示的岩性有钙质泥岩、泥岩、砂岩、页岩，有时以砂岩夹泥岩、有时以泥岩夹砂岩、页岩呈现在掌子面或侧壁，两种岩性组合交替呈现，一般间隔为3～5m，局部地段最长可达10m，最短仅1m。

　　3.2地质构造

　　该隧道有1800米范围地处区域性三条逆冲断层（老东山断层（F4）、官村至白云寺断层（F2）、哨村断层（F1））夹持的构造挤压带中；施工揭示的掌子面岩体整体结构多样化，岩体较完整至破碎，但以块石夹碎石结构的岩体多见。沿断裂带发育有宽度不等的挤压带、片理化带、碎裂岩化带。

　　3.2水文地质特征

　　由于岩性以泥岩夹砂岩、泥灰岩，砂岩夹泥岩，泥岩、砂岩夹泥灰岩等组合形式交替出现，岩体结构形式多样致使地下水出露的形式较多，大部分沿节理面、层面呈股状流出，或从未及时喷砼的拱顶呈大雨状流出，掌子面附近施工人员需穿雨衣作业，部分地段的地下水沿掌子面的残留炮眼呈股状流出。

　　4  原设计支护措施施工效果分析

　　老东山隧道原设计为Ⅴ级围岩段落，全环采用H175或I22b型钢钢架支护，拱架间距0.6m，预留沉降量按25cm考虑，拱架设置Φ22纵向连接钢筋环向间距1m，钢架连接钢板由14mm调整为20mm，每榀拱架增设Φ76锁脚锚管8根，拱部采用Φ42超前注浆小导管加强支护，每根长3.0m，环向间距0.4 m，每环36根，纵向每1.2m一环。以上支护措施是设计单位根据现场施工情况制定的参数，而按照传统的施工方法施作，对初期支护变形开裂的控制效果却并不明显。

　　4.1 钢拱架拱脚施工

　　按照传统的施工做法，钢拱架拱脚一般不设置垫设物，即使围岩情况十分恶劣，也只是垫设石块。石块受围岩压力和拱架自重的影响往往容易被压碎，无法有效的抑制拱架下沉的问题；而在不设置垫设物的情况下，拱架设计中所包含的拱脚垫设物（如接头槽钢）多因承压能力不足而出现变形，如此导致后续各段拱架的连接十分困难，钢拱架常常因受力不均而出现失稳变形，极易引发安全事故的发生。

　　4.2 锁脚锚管与拱架的连接

　　传统施工当中，对于锁脚锚管与拱架的连接形式为：同一处的两根锁脚锚管使用一根连接筋焊连，再将连接筋中间部位焊接在拱架翼缘板上。这种工艺使得连接筋与锁脚锚管焊接长度极短，多数为点焊施作，而且拱架在安装过程中稍有弯扭，连接筋与拱架间焊接的质量便会受到极大的影响；而焊接质量又是直接决定锁脚锚管是否能真正起到应有作用的重要因素，如此一来，施工质量便无法得到保证。

　　4.3 纵向连接筋的设置

　　按照传统工艺施工，纵向连接筋一般设置在钢架背后，采用点焊施工；在隧道地质围岩较为特殊的情况下，该做法往往会引起初期支护出现环、纵向开裂或喷射混凝土掉块现象的发生，安全得不到保证。

　　5"加强型初期支护辅助措施"的提出

　　老东山隧道原设计的辅助支护措施的施作没有严格的标准，执行过程中质量参差不齐，频繁的引发初支变形开裂，为了找到突破口，我们通过在现场认真的分析和研究，在试验段施工中大胆运用加强型辅助措施，有效的抑制了隧道初期支护变形开裂的发生，具体如下。

　　5.1 拱脚垫枕木

　　由于长期以来钢架拱脚的连接板变形严重，无法有效控制初支的下沉，我们采用了在拱脚垫设枕木的方法。枕木尺寸具体为60cm×25cm×25cm（长×宽×高）；另外根据对现场地质情况的认识和对围岩量测数据的分析，也可通过灵活采用枕木、混凝土预制块件或木板等混合使用的方式，有效实现对初期支护下沉的控制。

　　5.2"L"形和"U"形连接筋的使用

　　锁脚与拱架间的连接一直是困扰我们的大问题，经过反复实验，采用了"L"形锁脚连接钢筋（如图1）、"U"形锁脚连接卡（如图2），这两种锁脚形式有效的解决了焊接长度不足的问题，提高了锁脚与拱架之间的连接效果。

　　5.3"人"字形支撑的使用

　　初期支护大范围变形开裂的发生，与初期支护的整体性密切相关，因此我们采用了拱架间加设纵向I14连接（如图3），其中I14钢架通过焊接的方式实现与钢架间的连接，其尺寸根据设计拱架间距确定。同时在中、下导施作"人"字形（或菱形）斜撑（如图4），将Φ22钢筋或Φ42小导管，按人字形（或菱形）方式焊接于拱架之间，通过此两种措施的使用，使初期支护的整体性得以加强。

　　6  应用效果

　　实践证明，各类加强型初期支护辅助措施对控制初期支护变形开裂的效果是显著的。增设拱脚垫设物，提高拱架的稳定性，有效控制初期支护下沉，枕木等小型材料可实现循环利用，大大节约了施工成本；纵向I14连接钢架，不仅可以加强钢架间的纵向连接，而且经过改造后还可以加强锁脚与钢架间的连接；"L"形锁脚连接钢筋和"U"形锁脚连接卡的使用，很好的解决了锁脚与钢拱架间连接不牢的问题；"人"字形斜撑的使用，增强了边墙初期支护的整体性。以上措施的采用有效的抑制了我部在现场施工中由于地下水的影响、围岩的不利组合、断层破碎带等地质情况所引发的初期支护大面积的变形开裂，确保了老东山隧道施工的安全和进度，得到了建指、设计和监理单位的一致好评，在全线隧道特殊地质（V级围岩）段落施工中被广泛推广运用。

　　参考文献：

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