摘 要 文章从地质、设计、施工等方面对龙溪隧道初期支护变形的成因作了简要的分析，根据变形的程度，按分类治理的原则，采取了相应的整治方法和措施。
关键词 初期支护 变形 整治 方法
1 概况
龙溪隧道位于岷江左岸都江堰龙溪镇-汶川映秀镇的茶坪山以南地段。隧道设计左右线分离，双洞单向交通，左洞长3658m，右洞长3691m，最大埋深839m，属于深埋长大隧道。隧道按高速公路等级设计，隧道建筑界限：单洞净宽9.25m，净高5.0m。
2 隧址区工程地质条件
龙溪隧道位于岷江左岸都江堰龙溪镇-汶川映秀镇的茶坪山以南地段，地形起伏较大，受岷江切割，隧道轴线走向西北，越岭山脊走向北东，与轴线大角度相交。隧址区内均为封山育林保护区，除少数平缓地带有耕地外，大部植被茂盛，总体上隧道区内岭脊两侧沟谷发育，山体地形破碎，显示为沟谷相间的地貌形态。
隧址区出露的地层为第四系全新统、三叠系上统须家河组和元古代侵入岩。
隧址区位于映秀大断裂(13)与龙溪断裂(12)之间，为龙门山彭灌推覆构造带中相对稳定和简单的地质块体。主要为三叠系须家河组碎屑含煤沉积岩及元古界侵入花岗闪长岩，发育两组向斜和一组背斜。断裂相对稀少，隧道仅穿过18断裂以及一些次级小型断裂。地层走向总体表现为北东偏东，倾向北西或南东，倾角50°~80°。
隧址区基岩大面积裸露，植被发育，降水充沛，有利于地下水补给。地下分水岭与地表分水岭基本一致。大气降水是区内地下水主要补给来源，其大部分沿陡峻山坡汇人溪沟中快速流走，少部分沿基岩裂隙、第四系松散层孔隙渗入地下，补给地下水。地下水受大气降水补给后沿基岩裂隙、孔隙空间以及地下分水岭为界向两侧深部迳流，在地形低洼或岷江与龙溪河附近以泉的形式集中排泄，区内地下水补给、迳流、排泄条件较好，故常年性溪流较多，地下水丰富。
3 初期支护变形情况
龙溪隧道开挖时采用的是上下导坑法进行施工。初期支护变形破坏的地段是K24+444一K24+500段，该段开挖施工的时间是2004.12.30-2005.01.21。开挖后按设计要求进行了锚喷初期支护。2005.01026发现初期支护出现变形、开裂，开裂部位出现在拱顶及两侧拱腰，裂缝宽度1cm左右；格栅拱拱腰出现s形的扭曲变形，裂缝走向大致平行于隧道的纵轴线。监控量测数据显示围岩收敛速率大。
4 加强初期支护的必要性
随着新奥法理论的产生与发展进程，对隧道初期支护的认识已经由原来的初期支护锚、喷、网、钢拱架等支护结构只是临时支护，仅仅是为了开挖施工的安全而施作转变到了初期支护是开挖时的安全支护，又是永久支护结构的一个的重要组成部分。初期支护的作用是支承塌落岩块的重量，阻止围岩继续变形、移动和破坏。
由于初期支护与地层围岩紧密联结，虽然局部开裂、破坏还不至于导致整个支护体系的失效，但支护体系的位移会增加，呈现塑性变形势态。当塑性变形过程中的开裂、压坏截面发展到一定范围时，将起不到支护作用，从而导致隧道失稳。
在现行规范中关于(隧道开挖与支护)初期的围岩稳定性判据是：不允许喷射混凝土出现大量的明显裂缝。该段隧道的初期支护已经出现了明显的裂缝，因此需要对该段的初期支护作出处理。
要求支护结构在支护过程中，自始至终都能给围岩以支撑，提供一定的支撑力，使围岩在变形破坏过程中强度不致有太多的损失，减小作用于支护结构上的围岩压力。洞室的破坏一般自洞周围开始，首先出现的通常是张性破坏，接着是塑性剪切流动破坏，如能及时施作支护，使在洞室周围形成处于稳定状态的承载环，洞室围岩即可保持稳定。
5 初期支护变形破坏原因分析
5.1 地质原因
隧址区位于映秀大断裂(F3)与龙溪断裂(F2)之间，发育两组向斜，在向斜构造形成过程中，岩体层间挤压弯曲形成了高密度的张性裂隙和破碎带，岩体整体性差。隧道开挖后陡倾角层理破碎带岩体沿着层面滑塌，形成荷载集中作用于初期支护上。断层残存构造应力较大，在隧道开挖过程中，随着应力的释放，逐渐加大了对初期支护的压力，进而产生持续的变形使初期支护出现变形破坏。
隧道地质条件的复杂多变，在K24+444~K24+500段的地质情况是：黑色薄煤层、灰黑色泥质砂岩、灰白色粉砂岩、灰黑色碳质粉砂岩、泥质粉砂岩交替出现；节理密集发育，岩体破碎；在拱顶及拱腰有大量的地下水涌出，岩体稳定性较差，整体强度较低；加上施工扰动，隧道围岩变形初期速率高，变形趋于稳定的时间长，导致围岩变形量大超过了初期支护的变形允许量而出现了变形开裂。
隧址区地下水丰富，地下水补给、迳流、排泄条件较好。隧道开挖后，地下裂隙水以隧道掌子面为漏斗中心汇集，而该段地质条件复杂，有具有膨胀性的泥岩和粉砂岩；泥岩和粉砂岩遇水有膨胀性，遇水膨胀崩解，发生膨胀变形，从而进一步增大了围岩对初期支护的压力，其变形大于柔性支护的允许变形而使初期支护开裂。
5.2 初期支护变形破坏的设计、施工因素
隧道在设计对地质勘察不是很详细，对隧道所在区的地质情况了解不清，对可能的复杂施工地质情况估计不足，采取类比法进行设计时对不稳定围岩有效合理的初期支护缺乏适应性，致使支护参数与围岩变形不能相匹配，如锚杆的长度偏短，锚固范围过小，未能达到支护稳定围岩的作用，而最终导致较大变形的发生而破坏初期支护。
对不良地质洞段没有采取更为合理的开挖方法。由于龙溪隧道施工是采用土下导坑法施工，上下导坑的距离过大，未能及时施作仰拱，致使初期支护结构不能及时封闭成环，不封闭的。初期支护体系受力不好，导致围岩失稳进而使初期支护遭到破坏。
施工时爆破参数设计和围岩类别不相适应，造成隧道超欠挖严重。超欠挖使隧道表面变得极不平整，超欠挖引起的应力集中超过了允许值，于凹凸处形成局部应力高度集中的弱点，欠挖处的应力可达初始应力值的几倍乃至十几倍，造成隧道初期支护被破坏。
开挖时爆破参数设计不合理；造成超欠挖严重。在对欠挖部分进行处理时，采取爆破手段进行扩挖，使围岩发生二次应力重分配。爆破对围岩的扰动过大，接近爆破对软弱地层扰动较大导致围岩失稳而使初期支护被破坏。
不合理的初期支护时机也是一个很重要的因素。按“约束——收敛”原理，支护系统的稳定状况应该和支护施作时间及围岩特征曲线有关。然而，合理的支护时机是根据弹塑性理论提出来的，它只适用于围岩较稳定的隧道中。对龙溪隧道K24+444-K24+500段这种破碎围岩，其整体性差，其自稳时间极短，甚至是没有自稳时间，从理论上分析合理的支护时机应该在爆破后的瞬间，然而，在施工过程中由于施工人员对隧道所处的地质情况认识不清楚，忽视围岩细微变形，对围岩自稳能力作过高的估计，特别是对挤压破碎带的存在及其破坏作用估计判断不准，造成思想上的麻痹大意，而依然按照“约束——收敛”原理，没有及时进行初期支护。造成围岩塑性区扩大，进一步发展，初期支护后的约束已经不能适应发展了的塑性区的径向变形，导致初期支护变形、开裂。
隧道开挖揭露的实际围岩级别较设计确定的围岩级别低。煤系地层应属Ⅱ类围岩，施工时依然按照设计Ⅲ封(Ⅲ封为洞身深埋的一般Ⅲ类围岩地段，有仰拱，防水层全封闭)局部加格栅进行的初期支护，没有对初期支护采取加强措施，且初期支护混凝土强度增长和地压释放不相适应，最终致使初期支护变形破坏。
6 初期支护变形处治对策
为了防止围岩因初期支护变形破坏不起作用导致塑性区的进一步发展进而发生坍塌，建议对初期支护变形地段采取如下措施进行处理：
a．由于地下水会带走细小颗粒，软化结构面，产生空隙水压力，使膨胀性围岩吸水膨胀，所以先对地下渗漏水进行处理。对于渗水比较大的地方采取排堵结合的办法进行处理，具体就是对围岩进行注浆处理，使在初期支护外层形成一个防水圈，拒水于隧道之外。在裂缝渗水处安装Ω型弹簧排水管，然后再喷射一层混凝土(图1和图2)。对于变形裂缝少、缝宽小、渗漏水只是以潮湿方式显露的地段加喷一层混凝土，在喷射混凝土中加入水泥用量的3％-4％的BR--2型防水剂，形成防水喷射混凝土，提高喷射混凝土的抗渗性。经过防水处理后隧道就处于一个相对比较干燥的环境，这样就可以防止泥岩和粉砂岩的膨胀变形，避免膨胀压力的产生而对初期支护产生不利影响。
b．在变形比较严重的地段加打锚杆，同时将原设计锚杆的长度由原来的3m加长到4.5m，使其穿过塑性区，并采用全长粘结型锚杆。因为全长粘结型锚杆在围岩发生较小变形时就能迅速达到最大工作阻力，使围岩的承载能力得到迅速发挥。
c．由于隧道通过区地质条件复杂，断层、节理裂隙发育，围岩本身不稳定和已切割成碎块而强度低，结构松散，节理面有泥质物及岩屑充填，地下水向洞室内漏出，淘空了断层构造带中破碎岩体和充填物，岩层产状不利等诸多地质原因，所以建议采取注浆方法来进行加固处理。因为注浆后岩层的残余变形将大大减小，浆液填塞块状岩石的裂缝和裂隙，可消除或减少外水压力对衬砌的作用，以改善岩体的内聚力和内摩擦角，而且围岩的注浆压密作用提高了强度，又和隧道断面的喷锚支护共同作用而使地压稳定。
d．在严重变形地段采取架设工字钢拱架，提高初期支护的刚度。对所有裂隙均采用中空锚杆进行注浆。
e．对处理后的支护体系加强监控量测，如遇新的变异情况，及时进行原因分析以便采取相应的对策。
7 结语
在地质条件复杂地区修建深埋长大隧道，初期支护强度、刚度加强对控制初期支护变形较为有效；根据围岩的岩性选择合理的初期支护形式，使其能和地质条件相匹配。
隧道支护体系是由支护结构和周围岩体结构构成的共同承载体系，且围岩是主要的承载单元。对于隧道通过断层、围岩破碎、节理发育的地段，采取注浆措施能提高围岩的内摩擦角和粘聚力，控制岩体变形。
地下水丰富的断层、破碎带，大量的渗水、淋水甚至于涌水的部位，采取排堵相结合的办法进行地下水处理，不仅可以给施工提供一个良好的作业环境，而且可以使隧道免受因地下水因素产生不利的膨胀荷载等，影响隧道初期支护稳定的威胁。
用锚杆加固不稳定岩体时，锚杆应该有足够的长度。
通过对初期支护的变形破坏整治可以有效地防止隧道的进一步恶化，以免更大的灾害发生。
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