加强型初期支护辅助措施在老东山隧道特殊地质段的综合应用

1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1、概述老东山隧道施工三年多来，因其特殊的地质围岩以及频发的初期支护开裂变形情况，而受到了各方的高度关注，截止2010年8月，隧道的施工受到变形开裂的影响而造成的停工时间长达488天，我部所面临着前所未有的安全及工期方面的压力，并且企业的信誉也因此受到了极大的影响。在整个老东山隧道2#斜井正洞的施工过程中，我部发现，代表性正洞掌子面围岩地质情况主要为：紫红夹灰绿色泥岩夹砂岩、泥灰岩，薄至中厚层状，泥质、粉粒及隐晶质结构，以泥质胶结为主，次为钙质胶结，软质岩，差异风化严重，局部全风化；岩层层面层理不清，层间错动剧烈，泥岩呈碎片状剥离，节理极发育，可见明显擦痕，局部手可抓动，岩体呈碎石角砾夹块石结构镶嵌、破碎，岩体自稳性差；地下水沿岩层层面、节理面渗出。由于上述地质问题的存在，才导致了整个隧道施工程中初期支护变形开裂及掉块情况的产生。为确保安全，我部在施工过程中不断摸索初期支护变形开裂的规律，研究其产生的原因，制定出多项针对性的技术措施，并在日常生产中具有针对性的安排一系列的试验段落进行工程实践测试，其中包括“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”、“锁脚‘U’形连接卡”等，实践证明以上支护措施在工程实际运用当中对于开裂变形的控制以及提高隧道安全施工作用的效果明显。2、按原设计支护措施进行施工的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2管加强支护，每根长3.0m，环向间距0.4m，每环36根，纵向每1.2m一环。以上支护措施是设计单位根据我部现场的施工情况为确保施工安全而确定的，但是按照传统的施工方法施作，其对初期支护变形开裂的控制效果却并不明显。2.1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，也只是垫设石块和碎石。石块等因受围岩压力及拱架自身重量影响而极易被压碎，根本无法起到铺垫物作用，而不增加设置垫设物时，拱架设计中所包含的拱脚垫设（如接头槽钢）承压能力不足，被压变形后导致后续各段拱架连接困难增加。由于垫设物质量的影响，使得初期支护未成环之前，钢拱架受力不均，使得初期支护失稳变形，极易导致安全事故的发生。2.2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。这种工艺做法使得连接筋与锁脚锚管焊接长度极短，常常仅为点焊施作，而且拱架在安装过程中稍有弯扭时，连接筋与拱架间焊接的质量便会受到极大的影响，焊接质量又直接决定着锁脚锚管是否能真正起到应有的作用。2.3按照传统工艺施工，纵向连接筋为加强初期支护纵向连接及提高其整体性的主要措施。我部按传统工艺施作时，初期支护由于隧道局部偏压，使得围岩量测收敛速率不断增大，从而导致了初期支护部分段落极其严重的环、纵向开裂以及掉皮剥落情况的发生。3、“加强型初期支护辅助措施”的提出老东山隧道2#斜井正洞原设计当中的辅助支护措施过于薄弱和单一，我部以其为突破口，认真的进行分析和研究，并在实际施工当中试验运用加强型新措施，最终得到了一系列比较切实有效的解决隧道初期支护变形开裂的方法。3.1由于长期以来拱脚垫设的槽钢变形严重，现场防控钢架的下沉作用较差，所以我们增加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），除了枕木，混凝土预制块件、木板等通过分析围岩量测及地质情况轮换或混合使用，使得现3场拱架的垫设在控制拱架下沉方面更加完善及合理化。3.2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，我们采用了“L”形锁脚连接钢筋（如图3.2.1a）、“U”形锁脚连接卡（如图3.2.1b），这两种锁脚形式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，现场可根据地质及需要情况分别使用。图3.2.1a锁脚L形连接筋图3.2.1b锁脚U形连接筋3.3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3.3.1a），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3.3.1b），将Φ22钢筋或Φ42小导管，按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。图3.3.1a拱架纵向I14连接图3.3.1b施作中的人字形斜撑44、“加强型初期支护辅助措施”的应用效果通过一系列的实践使用验证，以上各类加强型初期支护辅助措施对控制初期支护变形开裂效果显著。增设拱脚垫设物，使得拱架的稳定性增强，对初期支护下沉量起到了明显的控制作用，而且枕木、木板等在施工过程中可以循环使用，在一定程度上节约了施工成本；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、“U”形锁脚连接卡，根据现场施工不同需求进行施作，很好的解决了锁脚与钢拱架间连接不足等问题；“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及进度，并得到了建指、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。