隧道軟弱圍巖大變形處理方案研究

曹 偉

(重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 400000)

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隧道軟弱圍巖大變形處理方案研究

曹 偉

(重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 400000)

結合某隧道大變形段的地質及設計概況，分析了該隧道圍巖變形的主要原因，并提出了圍巖變形的現場處理措施及施工技術要點，有效控制了隧道初期支護變形現象的發生，促進了全線工程的順利進行。

隧道，軟弱圍巖，初期支護，變形

1 隧道概況

某電力牽引單線隧道，設計行車速度120 km/h，全長10 606 m，隧道最大埋深約680 m，最小埋深約40 m。線路縱坡：全隧道為單面上坡，坡率依次為6‰(564 m長)，21‰(350 m長)，28.1‰(6 750 m長)，28.5‰(1 610 m長)，28.1‰(750 m長)，16‰(350 m長)，1‰(232 m長)。

隧區位于歐亞板塊和印度洋板塊相互碰撞匯聚形成的青藏高原東南緣之川滇菱形斷塊的西部邊界斷裂帶(金沙江—中甸斷裂帶)內，地質構造復雜，新構造運動強烈，屬我國著名的南北向地震帶南段之滇西地震帶。

隧區位于沖江河斷裂北側，斷裂構造發育，主要有阿里洛斷層、土官村斷層，受其影響，節理發育，巖體較破碎，風化差異大。隧道洞身穿越的地層為三迭系上統(T2b)白云質灰巖夾板巖、下統(T1)板巖、千枚巖夾灰巖、炭質板巖(T1)、二疊系上統(P2a)片理化玄武巖夾凝灰質片巖。

2 大變形段原設計情況

2.1 地質情況

該隧道初期支護變形較大地段地層巖性以千枚巖、炭質板巖、炭質頁巖為主，局部地段裂隙水發育，圍巖級別為Ⅴ級(見圖1)。

2.2 設計情況

Ⅴ級圍巖地段設計采用Ⅴ級B型復合式襯砌，全環設Ⅰ18工

字鋼架加強支護，縱向間距0.8 m～1 m，拱部設φ42超前小導管，每根長3 m～3.5 m，環向間距0.4 m，縱向間距1.6 m～2 m，臺階法施工(見圖2)。

3 現場施工情況

該隧道初期支護變形較大地段均按Ⅴ級圍巖進行施工，采用Ⅴ級B型復合式襯砌，全環設Ⅰ18工字鋼架加強支護，縱向間距0.6 m，拱部設φ42超前小導管支護。

現場施工方法以兩臺階法、三臺階法(部分地段增加臨時仰拱)為主。初期支護變形主要為水平收斂，集中表現為邊墻鋼架接頭處初支開裂，并形成縱向裂縫，拱頂下沉量一般較小。變形較大時，隧道一般正在進行下臺階或仰拱開挖支護，洞內收斂明顯增大。初期支護變形水平收斂值最大達10 cm/d，拱頂下沉最大達5 cm/d；最大累計水平收斂值達80 cm，最大累計沉降值45 cm，初支開裂嚴重，鋼架扭曲變形。

洞內初期支護變形情況見圖3。

4 原因分析

通過對該隧道圍巖變形較大地段情況分析，其主要原因有：

1)根據現場開挖揭示，圍巖變形較大地段巖性多為千枚巖、炭質板巖、炭質頁巖等，巖體軟弱破碎，自穩能力差。加之部分地段存在裂隙水，進一步降低了圍巖的物理力學指標，導致隧道開挖后圍巖變形較大(見圖4)。

2)監控量測數據反映，各隧道洞內初期支護變形主要為水平收斂較大，拱頂下沉量較小。從現場施工來看，水平收斂較大時，邊墻處鋼架連接部位明顯出現接頭裂開現象(見圖5)，初期支護沿各鋼架接頭處形成縱向裂縫(見圖6)。其主要原因為施工過程中鋼架接頭連接不密貼牢固，鎖腳錨管未起到錨固作用，且由于初期支護封閉支護成環時間較長，導致圍巖變形持續性發展。

3)現場施工工藝標準不高(鎖腳錨桿與鋼架連接不夠牢固)、支護措施實施不到位(系統錨桿數量及長度不夠、臨時橫撐施作不及時)、施工組織不力等也是變形原因之一。

5 現場處理措施

由于該隧道已出現圍巖變形較大，初期支護持續性換拱，嚴重影響現場施工安全及進度，結合本隧道初期支護大變形特點，擬采用措施如下：

1)變形較大地段襯砌型式采用調整后的曲墻式襯砌(見圖7)，必要時采用大變形襯砌結構形式(輔助坑道采用曲墻式+全環鋼架襯砌，模筑襯砌內增設鋼筋)。施工過程中根據監控量測成果資料，適時調整預留變形量，避免侵限或回填過大。

2)初期支護全環設Ⅰ18型鋼鋼架，縱向間距調整為0.5 m；拱部設φ42超前小導管，每根長3.5 m，環向間距0.4 m，縱向間距2 m。鋼架間縱向連接鋼筋采用φ25鋼筋，“Z”形布置，設于鋼架內側(靠二襯側)，鋼筋縱向接頭應錯開；同時，加強各臺階底部鋼架縱向墊槽鋼的施工工藝，確保鋼架系統整體穩定性。

3)根據現場施工情況及監控量測數據反映情況，圍巖及初支變形多發生于邊墻及存在基巖裂隙水部位，擬將原設計50%系統錨桿的長度調整為4.5 m，設于開挖揭示存在變形風險區域，間距1 m×1 m(環向×縱向)交錯布置。改進錨桿施工設備，加強錨桿施工工藝，做好錨桿尾部墊板及螺栓連接、灌漿等工藝，確保徑向錨桿施工質量及施作效果。

4)施工方法建議調整為短臺階法或微臺階法，根據監控量測成果資料，必要時可加設臨時橫撐，盡快封閉支護成環，及時施作二次襯砌。施工過程中應嚴格控制每循環進尺，每循環開挖后嚴格執行“初噴→架設鋼架→錨桿→鋼筋網→復噴”的施工工序，確保施工質量及施工安全。

5)加強φ42鎖腳錨管的施工工藝、注漿工藝，研究強化錨管與鋼架的連接工藝，確保錨管施工質量；必要時可適當增設鎖腳錨管，防止工序倒換時突發沉降。

6)地下水發育地段，可適當設引(排)水孔，防止地下水聚集導致圍巖及初支變形加劇。

7)對于變形持續增大、變形速率持續不穩定段落，為保證二襯強度，從而避免二襯后期受壓開裂，除采取相應加強措施之外，必要時通過埋設支護內力測試元器件并進行監測，通過內力監測數據指導支護參數的優化。

8)施工過程中加強監控量測及數據分析，適當調整預留變形量及支護參數。加強各工序施工工藝及施工質量，確保施工及結構安全。

6 施工處理效果

現場施工過程中嚴格按照上述措施及要求進行施工，隧道初期支護大變形情況已得到有效控制，為確保全線按設計工期完工奠定了良好基礎。

Study on weak surrounding rock deformation processing scheme of the tunnel

Cao Wei

(ChongqingInstituteofTrafficPlanningSurvey&Design,Chongqing400000,China)

Combining with geology and design conditions of the tunnel deformation section, the paper analyzes major tunnel surrounding rock deformation causes, and puts forward field processing measures and construction technology points of surrounding rock deformation, which effectively avoids the tunnel preliminary support deformation and promote smooth operation of the whole-line engineering as well.

tunnel, weak surrounding rock, preliminary support, deformation

1009-6825(2016)32-0185-02

2016-09-07

曹 偉(1986- )，男，工程師

U452.12

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