談六盤山隧道軟巖大變形段施工處理技術

劉 勝 鎖

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710000)

談六盤山隧道軟巖大變形段施工處理技術

劉 勝 鎖

(中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710000)

結合六盤山隧道大變形工程實例，對隧道大變形產生的原因進行了分析，并依據隧道大變形特征，制定了具體的處理措施與方法，對同類隧道大變形段施工處理有一定的參考價值。

隧道，軟巖，大變形，處理技術

1 工程簡介

青島至蘭州公路(寧夏境)東山坡至毛家溝高速公路六盤山隧道，全長9 490 m。項目區域地處涇源縣境內，位于六盤山自然保護區試驗區。六盤山主體為中山區，兩側為中低山丘陵區，地勢上中間高兩側低。山體表層植被比較茂盛，進口海拔高程為2 075 m，1號斜井高程為2 184 m。山頂大多呈圓頂形，山兩側被東西向及南北向溝谷切割，溝谷縱橫，多呈“V”字形。本合同段表層主要為亞粘土、碎石土、粉砂質泥巖。隧址區內出露地層為白堊系、第三系，并有覆蓋于基巖之上的第四系堆積層。

不良地質主要為軟質巖大變形和突涌水，六盤山隧道穿越地層巖性主要以中風化粉砂質泥巖為主，巖石風化不均，風化層厚度變化大，且埋深較大，加之區內存在高地應力現象，因此隧道深部軟質巖存在大變形可能。本項目隧道穿越褶皺構造，層狀砂巖巖體裂隙發育，在斷層破碎帶和富水帶段，有突發涌水的可能。

2 大變形概況及特征

2013年9月3日六盤山隧道進口左線ZK7+340處發生大變形，掌子面里程為ZK7+354，地質情況為強風化粉砂質泥巖，節理裂隙較發育，薄層狀構造，掌子面左側有股狀出水，圍巖穩定性差，易坍塌。在掌子面爆破后，中臺階拱架開始發生突變，變形量達32 cm，并出現小型裂縫，發現情況后，馬上將有關情況上報相關部門，并在變形段設立了加密觀測點，4 h觀測一次，截止2013年9月4日上午，24 h變形量達8.8 cm，最大變形達42 cm，見圖1。

3 發生大變形的原因

1)初期支護強度不足。掌子面的地質條件為強風化粉砂質泥巖，薄層狀構造，拱頂處含夾層，節理裂隙較發育，且掌子面拱頂左側有股狀水流出，地下水較發育。施工時未根據實際圍巖情況調整支護參數，加強拱架剛度，仍采用原設計的Ⅰ16的工字鋼架，拱架間距1.0 m，自穩能力差，再加上沒有及時封閉成環，未形成一個受力橢圓結構，導致側壁失穩。

2)地質巖性因素。隧道開挖破壞后方水系，在開挖時只有少量的滴漏水現象，前方開挖后爆破震動影響后方圍巖的自穩能力，受F2大斷層影響，隧道穿越地段為褶皺構造，強風化粉砂質泥巖，巖體節理裂隙較發育，巖石強度低，較破碎，完整性差，含有夾層，開挖后巖體自承載能力差，RQD不足50%。

3)地下水影響因素。隧道開挖掌子面地下水較發育，主要為孔隙水及裂隙水，拱頂右側拱腰處有股狀水流出。掌子面左側圍巖含水量大，隧道圍巖地質為強風化粉砂質泥巖，節理雜亂無章，薄層狀構造，自穩能力差。此類圍巖遇水4 h～6 h后開始軟化，自穩能力急劇下降，使圍巖產生塑性變形，形成對左側拱架的擠壓力，由于壓力超過工字鋼的剛性強度，在拱架的鉸接點處產生集中應力，造成拱架變形。

4)前方爆破影響。掌子面爆破擾動，前面掌子面進行爆破開挖，對原來的水系進行了破壞，爆破產生的能量通過巖體傳遞到中臺階處，對圍巖產生二次擾動，加劇巖體壓力變化，使拱架的變形由量變達到質變，破壞工字鋼，造成突變。

4 大變形處理方案

根據隧道施工的新奧法原理，隧道施工要充分利用圍巖的自穩能力，形成一個封閉的受力結構。利用相應的技術措施如分部開挖，及時支護，及時成環；使用加長錨桿，加固塑性圍巖區等。常用的加固方法主要有：

1)注漿固結：利用注漿小導管向破碎巖體中注入水泥漿液，使水泥漿液與破碎巖體結合為一體形成一個加固體，從而提高圍巖整體性，減少地下水的不利影響。

2)注漿超前支護：利用超前管棚進行注漿固結巖體，增強掌子面前方巖體的整體性，提高其力學性能，為保證其結構性能，常配合采用鋼架、錨桿、噴射混凝土對巖體結構進行補強等。

3)加強支護參數：采用更高強度的工字鋼架進行支撐，加強錨桿和小導管等參數。

4)加強二次襯砌，采用加厚襯砌厚度，提高襯砌混凝土標號，并采用鋼筋混凝土。為限制初期支護的變形不至于過大，要求盡快施作二次模注襯砌，使二次襯砌和初期支護共同承受圍巖壓力。

針對本次隧道大變形特點，研究制定了如下處理措施與方法：

1)對左側拱腳處加設L=4 m的注漿小導管，間距1 m×1 m，對拱架背后巖體進行注漿固結，漿液采用水灰比為1∶1的水泥砂漿，小導管注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa,改善圍巖，增加巖體強度和圍巖的自穩能力，控制變形(見圖2)。

2)對變形段應力集中點進行臨時仰拱支撐(見圖3)，間距為1 m，對應原來的拱架間距，并采用Ⅰ18的工字鋼，在適當的位置增加斜撐，支撐范圍從發生變形的位置前后延伸5 m,使變形段拱架暫時封閉成環，分散巖體應力。

3)對變形段初期支護進行鉆孔，找出水源集中點，進行放水泄

壓，減輕水壓力對圍巖的擠壓。采用φ50的風槍進行鉆眼，在有水印的地方，50 cm間距布置，鉆眼深度為3 m，如某眼不出水，繼續在相隔50 cm的地方鉆眼，直至眼內有水瀉出，并觀察此孔是否滿流，如滿流繼續鉆孔泄水(見圖4)。

4)對掌子面進行超前預注漿(見圖5)，固結前方巖體，防止隧道在繼續施工過程中再次發生大變形。注漿采用“深淺孔組合+后退式分段注漿”，外層注漿孔長度為20 m，內層注漿孔長度為30 m，注漿孔間距為1 m×1 m，梅花形布置，外插角為5°～25°，注漿材料為水泥漿，注漿壓力為1.5 MPa～2.5 MPa，按照“由外而內，從下到上”的原則進行。

5)對后期施工的圍巖采用四級大變形支護參數進行施工，工字鋼采用Ⅰ18，間距為70 cm，錨桿采用L=6.0 m的中空注漿錨桿，間距為100 cm×100 cm，二襯采用45 cm厚的鋼筋混凝土，加設超前小導管等加強參數進行施工，并采取分部開挖，及時封閉。

5 結語

此次大變形處理是建立在對大變形原因分析，地質條件現場多次查勘，并進行現場試驗，圍巖收斂持續監控的基礎上進行的，并邀請相關專家對處理方案進行了論證，在處理過程中進行了驗證，能有效的控制軟巖變形。

通過實踐證明，隧道發生大變形后要及時察看現場情況；研究地層巖性及水文地質特點；檢查隧道軟巖大變形對初期支護的損壞情況；對圍巖變形情況進行持續監控觀測；分析大變形可能的發展趨勢；及時采取施工措施能有效控制圍巖變形，減少經濟損失和次生災害的發生。目前本隧道已安全通過此段軟巖大變形段。

[1] 關寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 寧夏交通運輸廳.寧夏高速公路施工標準化管理指南(隧道)[M].銀川：陽光出版社，2012.

On large deformation section construction

treatment technique of Liupanshan Tunnel soft rock

Liu Shengsuo

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway12thBureauGroup,Xi’an710000,China)

Combining with Liupanshan Tunnel large deformation engineering example, the paper analyzes reasons for tunnel deformation, and makes out factual treatment measures and methods according to the tunnel large deformation features, so as to provide some reference for similar large deformation section construction treatment.

tunnel, soft rock, large deformation, treatment technique

1009-6825(2015)02-0147-02

2014-11-07

劉勝鎖(1980- )，男，工程師

U456.31

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