1、1临时仰拱在膨胀性围岩隧道施工中的应用及研究摘要：本文以杉阳隧道膨胀围岩段的开挖施工为背景，对膨胀性围岩在隧道施工中的破坏机理和形式进行分析，并结合现场施工方法及监测数据结果，说明通过加强初期支护强度，加大预留变形量，及时组织二次衬砌施工，加设临时仰拱等措施能够避免膨胀性围岩持续位移导致侵限的不良结果发生。加设临时仰拱对于膨胀围岩隧道施工具有较好的适应性。 关键词：临时仰拱；膨胀性围岩；隧道 1 引言 膨胀性围岩通常是指含有蒙脱石、高岭土等矿物的软质岩石，吸水膨胀，失水收缩和往复胀缩变形的围岩。这类围岩抗压强度较低，被水浸湿后，裂隙回缩变窄或闭合，强度迅速降低，吸水的同时围岩产生体积膨胀，对隧
2、道支撑和衬砌产生膨胀压力。在膨胀围岩段进行隧道开挖施工过程中，围岩产生的膨胀压力会对已完成的初期支护结构产生影响，当膨胀压力过大时，初期支护结构向隧道内侧的变形量就会过大侵入二衬界限。如果膨胀性围岩短期内接受到大量水源的补给，相应区域内围岩的软化程度会变高，突变的膨胀压力过大会造成初期支护结构的破坏，围岩会因为失去自稳能力而形成塌方。因此在膨胀围岩区段内进行隧道开挖施工的难度较大。 在杉阳隧道膨胀围岩段进行隧道开挖施工时采用了一系列综合措施2处置膨胀围岩可能产生的危害，其中临时仰拱作为施工辅助措施是抵抗膨胀压力减少变形最有效的办法之一，这种方法施工工艺简单实用，能够实现较好的施工效果。 2 工
3、程概况 大瑞铁路杉阳隧道位于云南省永平县境内，地处横断山脉滇西纵谷地带，地形切割强烈，距澜沧江活动断裂带约 2km，通过区域为中山构造剥蚀地貌，地形起伏大，相对高差约 1080m，隧道施工主要穿越上白垩系砂岩、石英砂岩夹砾岩、侏罗系泥岩、砂岩夹石英砂岩、板岩及泥灰岩。杉阳隧道出口段穿越泥岩，砂岩。岩质较软，岩性变化快且频繁，该段位于板块缝合带澜沧江断裂带及影响带，受构造影响，隧道岩体破碎疏松，有利于地下水的运移，基岩裂隙水发育，泥岩遇水后膨胀，软化失稳。 3 施工方法 杉阳隧道出口端正洞开挖至 DK102+392 时，揭示掌子面为级围岩，泥岩为主，线路左侧方向出露炭质泥岩，在进行该区段隧道开挖
4、施工时，采取了加强超前支护及初期支护强度，初期支护钢架预留变形量，设置临时仰拱等工程措施，具体施工方法如下： 1、在隧道开挖前采取综合地质预报技术手段，对掌子面前方的围岩进行初步判识和解读，一般采用 TSP203、红外探水、超前水平钻钻芯取样等方法，当确认前方围岩为膨胀性围岩时，则按照膨胀围岩段的施工方法进行施工。如果该段隧道围岩含水量较大时，则应在施工前应采用超前水平钻孔进行排水，降低围岩的含水率以减弱围岩的膨胀效应。 32、在进行膨胀围岩段施工时采用台阶法进行开挖，将待挖隧道分为上、下两个台阶，分界线设置在隧道断面的起拱处，上、下台阶前后间隔 5m 左右，单循环进尺为 1.0m。为了降低爆
5、破振动效应对隧道围岩稳定性的影响，采用松动爆破，辅以挖掘机修整轮廓线的方法进行开挖。 3、当隧道围岩的塑性区范围过大时，如果依靠锁脚锚杆对钢架进行锁定，由于锚杆长度小于围岩软化塑性区范围，早曾锚杆末端仍处于该区域内，锚杆会随着围岩一同运动，无法起到锚固作用。因此，必须通过增设临时仰拱的施工方法对初期支护提供支撑，有效抵抗因围岩膨胀挤压支护措施而产生的向隧道内侧变形的趋势。临时仰拱的施工工序如下： （1）上台阶开挖： a.利用上一拼钢架做支点，施做拱部超前 42 小导管； b.风镐凿除或弱爆破开挖上台阶，开挖长度以一榀钢架为限； c.初喷混凝土封闭岩面，包括周边围岩及上台阶底部，掌子面一般不需封
6、闭，如开挖后有掉块流坍现象则应全面封闭； d.架立上台阶 I18 型钢钢架及仰拱钢架，挂设钢筋网片并焊接纵向连接筋，施做锁脚锚杆，锁脚锚杆与钢架焊接牢固； e.复喷混凝土至设计厚度。 （2）下台阶开挖： a.滞后上台阶一段距离后（5m 左右） ，开挖下台阶，同时拆除上台阶临时仰拱，开挖长度同样以一榀钢架距离为限，左右侧交错落底，严禁对称同时开挖； 4b.初喷混凝土后架立下台阶钢架及仰拱钢架，钢筋网、连接筋及锁脚锚杆施做同上台阶； c.复喷混凝土至设计厚度。 （3）隧底开挖，清除初期支护仰拱以上泥土及杂物，施做衬砌仰拱混凝土及衬砌混凝土边墙底座； （4）施做二次衬砌混凝土，衬砌采用整体式衬砌台车
7、，拱墙一次浇筑，衬砌采用 45cm 厚 C35 钢筋混凝土，主筋采用双层 20HRB335 钢筋，纵向及环向间距为 25cm。 4、根据先柔后刚的原则对隧道进行支护，初期支护钢架应一般预留变形量取值为 1825cm，在施工过程中应加强隧道位移的监测工作，如果监测结果显示持续变形或发生突变，则应立即停止掘进并及时对变形段进行处置。 4 监测数据及分析 为了了解施工过程中隧道支护结构的位移变化规律及位移大小是否在控制范围之内，在隧道开挖时埋设监控量测点。监控量测点每隔 5m 一个断面设置一组，每组监控量测由拱顶下沉及水平收敛共同组成，共布设拱顶下沉量测点一处，水平测线布设两条，其中拱顶下沉采用挂尺
8、法，水平收敛采用收敛剂读值法进行监测，在隧道开挖后 24 小时内读取首组数据，然后每 6 小时读取一组数据。 膨胀性围岩对初期支护主要施加向内挤压作用力，由于铁路单线隧道呈“鸭蛋形” ，两侧边墙近似于直线，为应力集中点，该处受力后变形最为严重，对此，比较未加设临时仰拱和加设后水平收敛数值最为直观。51） 未加设临时仰拱时水平收敛变化 由表中数据可见，在第 10 日，收敛累计超过 25cm，侵入二次衬砌界限，现场采取了反压回填进行处理，对此，文中未做详细描述。 2）加设临时仰拱后水平收敛变化 监测数据结果表明临时仰拱设置后围岩水平位移速度明显变小（前期日变化 1mm 左右，临时仰拱拆除后 2.6
9、mm 左右） ，通过及时组织二衬施工，在开挖后至二衬施工前期间（12 天）总变形量小于预留变形量25cm，保证了二衬的厚度和净空界限。 5 结论 通过对杉阳隧道自 DK102+392 处隧道开挖掘进施工过程可知，通过加设临时仰拱，加强初期支护强度，加大预留变形量，及时组织二次衬砌施工等措施能够避免围岩持续位移导致侵限的不良结果发生。说明加设临时仰拱对于膨胀围岩隧道施工具有较好的适应性。 参考文献 1 郭小红， 乔春江. 对隧道支护结构承载能力的分析 J . 现代隧道技术， 2002（2） 2龚成术. 浅谈大断面黄土隧道三台阶七步开挖法 J.铁道建筑技术， 2009（6）. 3 黄惠芳. 关于临时仰拱形式问题的探讨 . 现代隧道技术，2003，40（6）：21-23.
