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【摘 要】本文通过五级破碎岩层隧道的初支问题进行分析，并提出一些处理方案对其进行解决。
【关键词】五级破碎岩层隧道；浅埋偏压；工序优化
一、工程概况
某五级破碎岩层隧道里程DK118+465～DK122+925，五级破碎岩层隧道分为两口掘进，岩性为第三系（N）泥岩、砂岩、砾岩夹煤层，岩层破碎，节理裂隙水发育，掌子面水呈淋雨状，岩层呈左倾，现场施工时，喷射混凝土很难附着岩面。泥巖遇水由胶结状变成淤泥。掌子面及拱顶频繁坍塌，初支后围岩膨胀造成变形，处于高风险施工状态。
二、初支失稳变形分析
针对篙地岭五级破碎岩层隧道河津端左线仰拱至掌子面段落突然出现初支失稳变形情况部分初喷混凝土脱落胭拱架整体发生下沉和横向位移情况经过对初期支护破坏及围宕失稳情况进行勘查结合对监控量测资料分析认为主要原因是开挖洞身后改变了周边地下水的通道造成围宕含水量剧增强度降低引发了地质灾害。
三、拆换原则及条件
（一）拆换施工顺序
拆换施土顺序为先加固，后拆换；先上部，后下部。拆换前对变形侵限区域及其两侧一定范围首先进行加固，一方面对围岩进一步变形进行约束，另一方面减小拆除过程的安全风险。洞身围岩常用的加固方式为径向、超前注浆，为了避免压浆过程中己变形的拱架发生失稳，须对初支预先进行临时一加固，加固形式有：反压回填，临时一仰拱，扇形支撑、型钢护拱以及拱架锁脚锚管加强等。初支加强和围岩注浆加固后，待其量测变形趋十基本稳定方可开始对侵限范围内的初支结构逐棍（段）进行拆换。对整个断面初支拆换的顺序要求从上至下进行。即首先拆除、更换拱部钢架，在喷混凝土覆盖和锚杆（管）锁定后，方可逐次进行中、下台阶部位的拆换，完成同一断面的拆换后才能开始下棍钢拱架的拆除土作。当相邻拱架拆换完成长度超过3m后，即可施做仰拱对初支封闭。仰拱和隧底填充层施土后，初支的沉降、水平收敛、位移形变速度一般会明显缩小，甚至局部位置停止变形。
（二）拆换条件
拆换的前提条件为预加固的初支变形基本趋十稳定，一般收敛速率蕊0.2mm/d}沉降速率蕊0.15mm/d。3拆换施土3.1对变形侵限地段进行测量和标识。沿线路方向间隔0.5m对变形地段进行断面测量，局部突出位置需加密。将测量数据与设计断面进行对比，确定出侵限段的位置及其高度、宽度，用油漆在初支表面进行标识，标识的范围要超出实际侵限范围0.3一1.0m。
四、处理措施
（一）加固上台阶初支钢架。立即暂停初支侵限段中台阶开挖，已开挖段中、上台阶钢拱架底部加设cp50锁脚钢管，保证每棍拱架底部不少于4根，锁脚钢管长度5m，对锁脚钢管进行注浆；每台阶单侧按照台阶实际长度用等长122工字钢纵向联通钢架底部，并与锁脚钢管焊接，保证已施作钢架形成整体。（二）地表裂缝封闭。立即将洞口处地表开裂处挂设钢筋网片并用喷射混凝土封闭，并对洞顶已开挖好截水沟施作混凝土，防止雨水渗入土层。（三）洞口浅埋土体加强。对出口初支侵限段15m范围上台阶范围进行径向注浆，注浆孔深度2～4m，其中出洞口向内5m范围段注浆深度1～2m，剩余初支侵限10m段注浆深度2～4m。孔口环向问距1.2m，孔底环向问距1.2m，纵向问距每1.2m一环。注浆孔采用风钻开孔，注浆孔孔口管采用中42mm无缝钢管，如成孔效果较好，孔口管长度1m；如果成孔效果差，采用4m长的小导管（管身开孔）。注浆采用水灰比1：1C重量比）水泥浆液，白下而上按照梅花形顺序进行注浆，注浆压力控制在0.8～1.0Mpa}径向注浆管每隔两棍问距，即1.2m布置一环注浆管，梅花形布置，径向注浆管应规划好位置，避免后续施作超前小导管时相互冲突，径向注浆管应避让超前小导管位置。注浆管应靠近需拆换钢架附近，即避免注浆管侵入凿除初支范围，又能保证需拆换钢拱架背后松散土体的注浆效果。注浆管施作位置同时应注意避免影响钢拱架拆换。（四）.副拱拆除及换拱施工，副拱加固完成后，逐棍进行换拱施工施工时严格遵循“短开挖、少扰动、强支护、及密贴、实回填、严治水、勤量测。”的原则并按如下要求进行施工：1.破除原有副拱及初期支护拱架采用破碎锤破碎，尽可能减少对围宕的扰动。2.采用中42小导管进行超前支护小导管长度为3田.5米外插角150环向间距D4〔m技照环向120度进行施工控制胭管用凿宕机顶进将特制的短钎尾插入待进的钢管内，以风钻的冲击力将钢管顶入钻孔中管端置于钢拱架外侧并与钢拱架点焊连结。安装完毕后进行注浆所有小导管注浆均采用水泥水玻璃双桨液进行注浆。注浆压力.05一1.0MPa浆液配比及注浆压力根据现场注浆效果进行调整孔口设止浆塞。对于开裂和拱顶下沉较大的段落，采用双排小导管，外层插角按照250左右控制。3.更换的拱架为I20a，间距50cm，喷射混凝土厚度27cm。4.墙身部位系统锚杆采用sm长中42小导管，锁脚锚杆长度不小于6m并严格进行注浆作业。
五、震裂软岩五级破碎岩层隧道围岩-支护失稳机制分析
（一）基本情况统计：某高速公路震裂软岩五级破碎岩层隧道不仅处于震裂破碎软岩体的地质环境下，又常受到汉川特大地震后频发的余震作用影响，使得本身就承受很大松动围岩荷载的五级破碎岩层隧道衬砌在余震的动力及其他影响因素的综合作用下频繁产生各种失稳破坏现象，甚至有部分失稳破坏在治理之后又发生第二次破坏。通过对某高速公路震裂软岩五级破碎岩层隧道施工期大量围岩一支护体系失稳案例的统计分析，杜家山、沈家山和杨家山分别发生大小规模不等的失稳破坏31次、7次和2次，其失稳破坏模式可分为涌出型、侧塌型、滑塌型3种模式，如表1所示。
表1围岩一支护失稳破坏模式
失稳破坏的类型包括塌方、初期支护开裂、围岩大变形、地表开裂和滑坡等，其中又以塌方为主，比例高达约60%。从失稳破坏的部位来看，失稳破坏多发生在五级破碎岩层隧道掌子面附近的拱顶至拱腰部位；从破坏的规模来看，塌方主要以中型为主，塌腔高度约1一10m不等，坍塌量约50一600澎，最大侵限值高达40cm之多，且主要位于较大的断层及影响带附近，或存在局部滑层和解理构造，同时施工中地下水通常以淋雨状出现。另外，从后期的质量检测报告和长期安全监控量测报告等资料可知，由于对部分塌方段的处理不够重视，且处治措施不当，导致支护结构背后存在不同大小规模的空洞，降低了支护体系的支护能力，二衬的安全储备能力严重不足，给五级破碎岩层隧道后期运营带来极大的十安全隐患。
（二）钢拱架安装及混凝土复喷
1.钢拱架安装：（1）钢拱架制作。由十二次开挖对预留量进行了调整，为了保证钢拱架在空间和平面位置能够准确就位，需对拱架的几何参数重新设计和加土。拱架节段长度应根据每次环向开挖长度来确定，在拱顶中心位置附近尽可能不设连接板。（2）钢拱架安装。架立前必须对钢拱架的线路中线位置、法线方向测量放样，然后紧靠初喷混凝土面架立。准确就位后在拱架两端附近两侧各打入2一4根4一6m长锁脚锚杆（管），拱架和锚杆通过焊接钢板或钢筋有效固定。拱架安装要求各节段之间的连接板紧密贴合，所有螺栓都必须拧紧。若连接板不能紧贴建议插入钢板塞紧，同时一将两块连接板进行焊接。与原钢架焊接时一，要用钢板两侧绑焊。拱架背面应与初喷混凝土面紧贴，故按一定的间距在拱架与混凝土面之间加设垫块并楔紧。（3）拱脚支垫。松散或软塑围岩钢拱架底端须采用强支垫方式或设大拱脚。支垫一般采用厚钢板或混凝土预制块垫实塞紧，其可在下半断面拆换过程中重复利用。大拱脚为适当加大对拱脚处外侧岩面的开挖，在喷射混凝土后使拱脚位置形成增大型支撑面。
2.混凝土复喷：安装完钢筋网和钢拱架后进行混凝土复喷，拱架外侧混凝土保护层厚度不小3cm，同时一混凝土表面平整度需满足设计和规范要求，以利于防水板铺设。混凝土拌和可在安装钢拱架时一进行，其制备要求、运输方式和设备布置与初喷土艺相同。
结束语
在黄土五级破碎岩层隧道的初支失稳变形的处理过程中，采用填土反压安装副拱做临时仰拱导管注浆是安全的施工方法是可行的，关键环节是注浆往浆时应根据实际情况选择合理的注浆参数和注浆工艺。对坍塌体进行注浆加固通过注浆使浆脉周边的风化土体受到挤密和压实的作用，从而改善风化层的强度和减小渗透系数改善围宕自身承载能力和结构受力条件。取得良好的处置效果达到预期的目的。仰拱施工必须紧跟及时封闭成环厂次开挖不大于4米后续填充及时跟进。
参考文献：
[1]邹育麟，何川，汪波，周艺，许金华.震裂软岩五级破碎岩层隧道围岩-支护失稳机制和处治机理分析[J].公路交通科技，2014，08：102-112.
[2]历永杰，杨明举.软岩地段五级破碎岩层隧道初期支护变形侵限处治探析[J].公路，2014，08：282-286.
【关键词】五级破碎岩层隧道；浅埋偏压；工序优化
一、工程概况
某五级破碎岩层隧道里程DK118+465～DK122+925，五级破碎岩层隧道分为两口掘进，岩性为第三系（N）泥岩、砂岩、砾岩夹煤层，岩层破碎，节理裂隙水发育，掌子面水呈淋雨状，岩层呈左倾，现场施工时，喷射混凝土很难附着岩面。泥巖遇水由胶结状变成淤泥。掌子面及拱顶频繁坍塌，初支后围岩膨胀造成变形，处于高风险施工状态。
二、初支失稳变形分析
针对篙地岭五级破碎岩层隧道河津端左线仰拱至掌子面段落突然出现初支失稳变形情况部分初喷混凝土脱落胭拱架整体发生下沉和横向位移情况经过对初期支护破坏及围宕失稳情况进行勘查结合对监控量测资料分析认为主要原因是开挖洞身后改变了周边地下水的通道造成围宕含水量剧增强度降低引发了地质灾害。
三、拆换原则及条件
（一）拆换施工顺序
拆换施土顺序为先加固，后拆换；先上部，后下部。拆换前对变形侵限区域及其两侧一定范围首先进行加固，一方面对围岩进一步变形进行约束，另一方面减小拆除过程的安全风险。洞身围岩常用的加固方式为径向、超前注浆，为了避免压浆过程中己变形的拱架发生失稳，须对初支预先进行临时一加固，加固形式有：反压回填，临时一仰拱，扇形支撑、型钢护拱以及拱架锁脚锚管加强等。初支加强和围岩注浆加固后，待其量测变形趋十基本稳定方可开始对侵限范围内的初支结构逐棍（段）进行拆换。对整个断面初支拆换的顺序要求从上至下进行。即首先拆除、更换拱部钢架，在喷混凝土覆盖和锚杆（管）锁定后，方可逐次进行中、下台阶部位的拆换，完成同一断面的拆换后才能开始下棍钢拱架的拆除土作。当相邻拱架拆换完成长度超过3m后，即可施做仰拱对初支封闭。仰拱和隧底填充层施土后，初支的沉降、水平收敛、位移形变速度一般会明显缩小，甚至局部位置停止变形。
（二）拆换条件
拆换的前提条件为预加固的初支变形基本趋十稳定，一般收敛速率蕊0.2mm/d}沉降速率蕊0.15mm/d。3拆换施土3.1对变形侵限地段进行测量和标识。沿线路方向间隔0.5m对变形地段进行断面测量，局部突出位置需加密。将测量数据与设计断面进行对比，确定出侵限段的位置及其高度、宽度，用油漆在初支表面进行标识，标识的范围要超出实际侵限范围0.3一1.0m。
四、处理措施
（一）加固上台阶初支钢架。立即暂停初支侵限段中台阶开挖，已开挖段中、上台阶钢拱架底部加设cp50锁脚钢管，保证每棍拱架底部不少于4根，锁脚钢管长度5m，对锁脚钢管进行注浆；每台阶单侧按照台阶实际长度用等长122工字钢纵向联通钢架底部，并与锁脚钢管焊接，保证已施作钢架形成整体。（二）地表裂缝封闭。立即将洞口处地表开裂处挂设钢筋网片并用喷射混凝土封闭，并对洞顶已开挖好截水沟施作混凝土，防止雨水渗入土层。（三）洞口浅埋土体加强。对出口初支侵限段15m范围上台阶范围进行径向注浆，注浆孔深度2～4m，其中出洞口向内5m范围段注浆深度1～2m，剩余初支侵限10m段注浆深度2～4m。孔口环向问距1.2m，孔底环向问距1.2m，纵向问距每1.2m一环。注浆孔采用风钻开孔，注浆孔孔口管采用中42mm无缝钢管，如成孔效果较好，孔口管长度1m；如果成孔效果差，采用4m长的小导管（管身开孔）。注浆采用水灰比1：1C重量比）水泥浆液，白下而上按照梅花形顺序进行注浆，注浆压力控制在0.8～1.0Mpa}径向注浆管每隔两棍问距，即1.2m布置一环注浆管，梅花形布置，径向注浆管应规划好位置，避免后续施作超前小导管时相互冲突，径向注浆管应避让超前小导管位置。注浆管应靠近需拆换钢架附近，即避免注浆管侵入凿除初支范围，又能保证需拆换钢拱架背后松散土体的注浆效果。注浆管施作位置同时应注意避免影响钢拱架拆换。（四）.副拱拆除及换拱施工，副拱加固完成后，逐棍进行换拱施工施工时严格遵循“短开挖、少扰动、强支护、及密贴、实回填、严治水、勤量测。”的原则并按如下要求进行施工：1.破除原有副拱及初期支护拱架采用破碎锤破碎，尽可能减少对围宕的扰动。2.采用中42小导管进行超前支护小导管长度为3田.5米外插角150环向间距D4〔m技照环向120度进行施工控制胭管用凿宕机顶进将特制的短钎尾插入待进的钢管内，以风钻的冲击力将钢管顶入钻孔中管端置于钢拱架外侧并与钢拱架点焊连结。安装完毕后进行注浆所有小导管注浆均采用水泥水玻璃双桨液进行注浆。注浆压力.05一1.0MPa浆液配比及注浆压力根据现场注浆效果进行调整孔口设止浆塞。对于开裂和拱顶下沉较大的段落，采用双排小导管，外层插角按照250左右控制。3.更换的拱架为I20a，间距50cm，喷射混凝土厚度27cm。4.墙身部位系统锚杆采用sm长中42小导管，锁脚锚杆长度不小于6m并严格进行注浆作业。
五、震裂软岩五级破碎岩层隧道围岩-支护失稳机制分析
（一）基本情况统计：某高速公路震裂软岩五级破碎岩层隧道不仅处于震裂破碎软岩体的地质环境下，又常受到汉川特大地震后频发的余震作用影响，使得本身就承受很大松动围岩荷载的五级破碎岩层隧道衬砌在余震的动力及其他影响因素的综合作用下频繁产生各种失稳破坏现象，甚至有部分失稳破坏在治理之后又发生第二次破坏。通过对某高速公路震裂软岩五级破碎岩层隧道施工期大量围岩一支护体系失稳案例的统计分析，杜家山、沈家山和杨家山分别发生大小规模不等的失稳破坏31次、7次和2次，其失稳破坏模式可分为涌出型、侧塌型、滑塌型3种模式，如表1所示。
表1围岩一支护失稳破坏模式
失稳破坏的类型包括塌方、初期支护开裂、围岩大变形、地表开裂和滑坡等，其中又以塌方为主，比例高达约60%。从失稳破坏的部位来看，失稳破坏多发生在五级破碎岩层隧道掌子面附近的拱顶至拱腰部位；从破坏的规模来看，塌方主要以中型为主，塌腔高度约1一10m不等，坍塌量约50一600澎，最大侵限值高达40cm之多，且主要位于较大的断层及影响带附近，或存在局部滑层和解理构造，同时施工中地下水通常以淋雨状出现。另外，从后期的质量检测报告和长期安全监控量测报告等资料可知，由于对部分塌方段的处理不够重视，且处治措施不当，导致支护结构背后存在不同大小规模的空洞，降低了支护体系的支护能力，二衬的安全储备能力严重不足，给五级破碎岩层隧道后期运营带来极大的十安全隐患。
（二）钢拱架安装及混凝土复喷
1.钢拱架安装：（1）钢拱架制作。由十二次开挖对预留量进行了调整，为了保证钢拱架在空间和平面位置能够准确就位，需对拱架的几何参数重新设计和加土。拱架节段长度应根据每次环向开挖长度来确定，在拱顶中心位置附近尽可能不设连接板。（2）钢拱架安装。架立前必须对钢拱架的线路中线位置、法线方向测量放样，然后紧靠初喷混凝土面架立。准确就位后在拱架两端附近两侧各打入2一4根4一6m长锁脚锚杆（管），拱架和锚杆通过焊接钢板或钢筋有效固定。拱架安装要求各节段之间的连接板紧密贴合，所有螺栓都必须拧紧。若连接板不能紧贴建议插入钢板塞紧，同时一将两块连接板进行焊接。与原钢架焊接时一，要用钢板两侧绑焊。拱架背面应与初喷混凝土面紧贴，故按一定的间距在拱架与混凝土面之间加设垫块并楔紧。（3）拱脚支垫。松散或软塑围岩钢拱架底端须采用强支垫方式或设大拱脚。支垫一般采用厚钢板或混凝土预制块垫实塞紧，其可在下半断面拆换过程中重复利用。大拱脚为适当加大对拱脚处外侧岩面的开挖，在喷射混凝土后使拱脚位置形成增大型支撑面。
2.混凝土复喷：安装完钢筋网和钢拱架后进行混凝土复喷，拱架外侧混凝土保护层厚度不小3cm，同时一混凝土表面平整度需满足设计和规范要求，以利于防水板铺设。混凝土拌和可在安装钢拱架时一进行，其制备要求、运输方式和设备布置与初喷土艺相同。
结束语
在黄土五级破碎岩层隧道的初支失稳变形的处理过程中，采用填土反压安装副拱做临时仰拱导管注浆是安全的施工方法是可行的，关键环节是注浆往浆时应根据实际情况选择合理的注浆参数和注浆工艺。对坍塌体进行注浆加固通过注浆使浆脉周边的风化土体受到挤密和压实的作用，从而改善风化层的强度和减小渗透系数改善围宕自身承载能力和结构受力条件。取得良好的处置效果达到预期的目的。仰拱施工必须紧跟及时封闭成环厂次开挖不大于4米后续填充及时跟进。
参考文献：
[1]邹育麟，何川，汪波，周艺，许金华.震裂软岩五级破碎岩层隧道围岩-支护失稳机制和处治机理分析[J].公路交通科技，2014，08：102-112.
[2]历永杰，杨明举.软岩地段五级破碎岩层隧道初期支护变形侵限处治探析[J].公路，2014，08：282-286.