中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：通过对瓦斯隧道初支变形超限位置进行监控量测，初支扫描，确定初支超限具体部位超限情况及初支背后围岩、煤层情况，研究分析产生初支变形超限的具体原因，制定详细、切实可行的整治措施，确保变形段落换拱安全进行，为后续相同工况施工提供支护依据和技术支撑。
关键词：初支变形 变形原因分析 变形处置措施
昭通至泸州高速公路彝良至镇雄段坪上隧道主要围岩等级为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩，围岩稳定性一般，进出口端均穿越二叠系上统宣威组（P2x）含煤地层，隧道中部被F2诸宗断层分隔左右两侧，煤系地层中煤层编号为C1～C7，其中C1、C5煤层为区域主采煤层，C1煤厚1.73m，煤层瓦斯含量3.03m³/t；C5煤厚2.12m，C5煤层在邻近矿井煤层突出危险性鉴定工作中被鉴定为煤与瓦斯突出煤层，隧道按煤与瓦斯突出隧道管理。
1、初支变形超限情况
坪上隧道施工中左洞Z1K36+337～+320段17m 初支变形值已达设计预留变形值，喷射混凝土有开裂、剥落现象；左洞 Z1K36+320～+302 段18m初支侵限，其中Z1K36+312 处、Z1K36+304 处拱顶最为严重，侵限值分别达13.2cm、22.7cm，其余位置局部不同程度的侵限 3～7cm，拱架出现部分扭曲现象。经地质雷达扫描Z1K36+320～+302 段拱部初支背后 4.5m 范围内围岩呈不同程度松散状并伴有局部空腔；监控资料反映 Z1K36+337～+302 段目前初期支护变形仍未呈现收敛趋势。
2、隧道初支变形超限原因分析
2.1隧道穿越煤层地段，掌子面围岩较差
Z1K36+337～+302 段掌子面岩性为深灰色中厚层状泥岩夹碳质泥岩，局部夹泥质粉砂岩，岩质较软，节理较发育，岩体较破碎，岩层倾角小于16°，层间结合程度一般，自稳能力较差。Z1K36+337～302段泥岩夹碳质泥岩、局部夹泥质粉砂岩属于软岩。
2.2初支背后坍塌处理不及时，造成坍塌延续，应力扩大
因该段隧道顶部赋存一层厚度约为1.5厚煤层，隧道在开挖过程中，拱部多处发生小规模溜塌，初支背后拱腰上部出现多处空腔，其中 Z1K36+336～+330 段空腔环向长 5～6m，高约 2.5～3m；Z1K36+315～+309 段、Z1K36+306～+300 段空腔环向长 4～6m，高约 1.5～2.1m。初支施作后，未来得及对初支背后空腔进行处理，初支与围岩未形成有效约束机制，岩体向空腔部位挤压变形使得该段围岩塑性区范围扩大，并继续释放较大的围岩应力，进一步作用于初期支护，使得初期支护变形加大，从而侵限净空。
2.3 支护措施处理不及时
原设计初期支护参数：初支采用16钢拱架，间距80cm，φ22砂浆锚杆，长度250cm，间距100*80cm，采用C25喷射混凝土，厚23cm，φ8钢筋网间距25*25cm，设计预留变形量12cm，超前支护采用φ42*4注浆小导管，长度4.5m，环向间距50cm，采用水灰比1：1的水泥浆进行注浆，注浆压力0.5-1.0Mpa。支护措施未及时改进，初支变形持续增大。
3、超限段落处置
通过对初支超限段落超限情况分析及原因分析，本隧左洞Z1K36+337～+320 段需围岩加固后再施工二衬，Z1K36+320～+302 段初支侵限净空严重，该段需加固围岩后拆换拱架并加强初期支护及二次衬砌。
3.1处置原则
确保施工安全和结构自身受力的前提下尽量减少换拱范围。
3.2变形侵限段难点及风险
1）该段属于高瓦斯工区，且穿越 C5 主采煤层，施工过程中容易引起瓦斯浓度增高，安全风险大；
2）掌子面开挖过程中引起扰动岩层，仰拱往掌子面方向未封闭成环断面可能造成再次侵限；
3）原初期支护拆除时破坏现临界平衡条件；
4）原围岩由于变形已形成一定的松动圈，拆除原支护结构时容易引起坍塌或掉块。
3.3处治措施
（1）围岩加固措施Z1K36+337～+302 段拱墙部位采用Ф42×4mm 径向注浆小导管，L-4.5m，间距 100×80cm（环×纵），梅花形布设。其中 Z1K36+320～+302 段拱部 120°范围采用 L-6m，Ф42×4mm 径向注浆小导管加固。
（2）衬砌支护措施Z1K36+320～+302 段围岩调整为Ⅴ级，衬砌支护措施调整为 SF5d（W），初支拱架间距调整为 40cm，仰拱底部增设φ22 砂浆锚杆，L-2.5m，间距为 100×80cm（环×纵），梅花形布设。其余支护参数调整详见下图1。
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图1 SF5d衬砌断面图
（3）换拱处理
1）围岩加固完成后，Z1K36+320～+316 段需拆换拱架A、B、C 单元、Z1K36+316～+302段需拆换拱架 A、B 单元，拆换时按拱架单元凿除初期支护，人工进行欠挖处理，对于局部残留的砼采用风镐破除，锚杆超前支护等钢结构采用电气焊切除，直至轮廓满足设计要求，岩面修整完成后及时进行挂网初喷封闭岩面。
2）架立新增设钢拱架后再对侵限拱架进行拆换，拆换时采取局部置换方式，先分别换两侧拱腰处拱架，再换拱顶处拱架，每次拆除为单榀施工。
3）每单元拱架拆换完成后及时湿喷 C25砼，厚度同设计。
4）按以上拆换顺序反复循环，并及时跟进仰拱，确保安全。
5）该段换拱过程中加密监控量测点及频率，定时监控初期支护变形情况。
6）备好临时加固支撑抢险材料，变形过大时及时加固。
7）换拱施工顺序
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图2 换拱施工顺序图
4、结语
Z1K36+337～+302段初支换拱加固后，未出现开裂现象，连续观测一周，最大累计沉降6mm，初支达到稳定状态，可以施做二次衬砌。
（1）换拱过程中需按照方案逐榀局部置换，不可因大范围换拱而破坏原有的平衡状态，导致岩体塌陷加剧。
（2）该段换拱过程需加强监控量测，定时监控洞内初期支护变形及瓦斯浓度情况。
（3）备好临时加固支撑抢险材料，变形过大时及时加固。
参考文献：
[1]李军 浅谈隧道初期支护变形侵限处理及预防措施[J]建筑与装饰 2017年第10期
[2]王鹏，冯时 端西隧道出口初期支护变形侵限段换拱处理施工[J]云南水力发电 2016年4期