三聯隧道圍巖大變形的原因與處理技術

謝光明

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京市101400）

三聯隧道圍巖大變形的原因與處理技術

謝光明

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京市101400）

隧道圍巖大變形指的是圍巖在高地應力的情況下出現的一種極端變形破壞情況，屬于塑性流動和塑性破壞的范疇，對隧道工程的正常施工有比較大的影響。以實際工程為例，對三聯圍巖地質情況進行了介紹，并對圍巖大變形的原因進行了分析，找出了支護結果出現變形的原因，然后結合實際情況制定了相應的處理措施，保證了隧道工程的順利開展。

三聯隧道；臺階開挖法；圍巖變形處理技術

1 工程概況

貴昆鐵路六盤水至沾益段新建二線線路全長247.633km，其中三聯隧道起止里程D K300+465～D1K312+601（12 136 m），W3標段負責三聯隧道進口段施工，施工里程為D K300+465～D1K305+ 101.08，掘進長度4636.08 m。隧道通過地層主要有三疊系下統飛仙關組砂巖夾泥巖、頁巖，二疊系上統宣威群砂巖夾泥頁巖、煤層，峨眉山玄武巖組玄武巖夾凝灰巖。隧區發育6條斷層和1個向斜。雨季最大涌水量為60 000 m3/d。三聯隧道進口及平導地質構造復雜，施工難度很大。其中有12段初支在施工完成后，初支面產生變形、開裂等現象。施工中揭示圍巖為玄武巖、玄武巖夾玄武土、玄武巖夾凝灰巖，節理發育、巖體破碎，裂隙水發育，巖體開挖后迅速崩解，遇水成泥，拱墻極易失穩產生垮坍，見圖1。

圖1 變形圍巖基本情況

2 地質情況介紹

隧道區域上覆第四系人工填土、滑坡堆積土、錯落堆積層，下伏基巖為斷層角礫巖、二疊系上統宣威群砂巖夾泥頁巖、煤層。區內地質構造復雜，河谷深切，發育有背開柱斷層、丁家村1號斷層、木嘎斷層；不良地質主要有巖溶、滑坡、危巖落石、煤層瓦斯、煤窯采空區等；特殊巖土包括人工棄土（碴）、膨脹土、紅粘土。地下水較豐富，主要為巖溶裂隙～管道水、基巖裂隙水，預計最大涌水量為6×104m3/d。

三聯隧道進口與既有線相距很近，進洞困難；區內地質構造復雜，斷層發育，地下水豐富，線路穿越煤層地質，施工中易發生突水、突泥、煤層瓦斯突出爆炸等事故，嚴重影響施工安全。

3 隧道大變形原因

由于該地區區域性斷層分布現象較為普遍，延伸長度超過7 000 m，屬于走向逆沖斷層。該斷層的分布方向為南北走向，斷層呈現出60°左右的傾角。斷層來源于峨眉山玄武巖組地層中，組成成分較多，比如糜棱巖、石英脈等礦物，斷層破碎帶寬度不一，呈現出一定的額壓扭性。通過實地考察得知，該地段破碎帶巖體的穩定性較差，受到一些自然因素如雨水、風、海浪等的作用，會形成一些溝槽、緩坡等地貌。在斷層帶的兩側一定范圍內巖石受到擠壓會偶見凝灰質巖穿插現象。隧道進口D1K304+915～985段為斷層破碎帶，對隧道施工影響大。隧道通過P2β玄武巖及P2xn、T1f碎屑巖區，其設計標高低于與之平行的線路右側的樂豐小河100 m，在D K304+950木戛斷層位置，推測為地下水的集中涌水段。且木戛斷層帶中見小泉點，推測該斷層為富水斷層，含一定量的斷層帶水。

（1）通過勘察得知此段隧道內線路走向與最大主應力方向呈大角度相交，最大水平應力主要表現出來的是構造應力[1]。受溫度、天氣等因素的作用，凝灰巖強度變化幅度較大，巖石強度應力比約為0.15，屬于極高地應力狀態。

（2）該隧道內地質環境變化多樣。由于受到地質狀況的影響，巖體節理裂隙發育，巖體出現了不同程度的破碎現象。受到層理、節理切割作用，巖體形成大量不穩定巖塊。與此同時，由于隧道相交于不整合接觸帶，受到外力作用時，隧道變形地段較長，給正常的施工造成重重阻礙。

（3）施工隧道內主要分布的是凝灰巖，這種巖石受到水等外界因素的作用，巖石表面被風化，不管是強度還是穩定性都較低。而且各區域巖石分布不均勻，差異風化現象明顯[2]。

4 三聯隧道圍巖大變形處理技術

4.1 洞口處理技術

該三聯隧道進口部位有鐵路，考慮到直接從外向內開挖時，有可能會引發安全事故，因此在施工中主要從平導2號橫通道進行開挖，直至到達正洞內。考慮到洞口部位的特殊性，在受到雨水等作用時極易發生滑坡現象，因此可在正洞區域使用φ75鋼管樁進行注漿加固，提高整體結構的穩定性。隧道襯砌開挖以輪廓線范圍內的控制長度為基準，樁底嵌入基巖2 m以上，按照梅花型方式進行布設，所選取的是水泥砂漿作為注漿材料，注漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，在具體的施工中為了給施工人員創設一個安全、整潔的環境，應等到加固樁強度達到80%以上而且路基加固工作結束后再進行洞口段開挖作業[3]。在進行洞口開挖前，施工人員首先必須安裝好排水系統，這樣可確保地下水或者雨水能夠及時排出，不會對巖體造成侵蝕等不良現象。洞口開挖結束后，施工人員還需對臨時邊仰坡進行噴錨支護，支護參數如下：打設型號為42注漿小導管，采取梅花型布置方式，掛設8鋼筋網片，噴射厚度達8 c m的C20混凝土等。

4.2 洞身開挖支護方案

（1）D K300+465～+495Ⅴ級圍巖段所采取的施工方法是中壁法，為了提高支護效果，設置了全環120b型鋼架與大管棚進行共同作用。工字鋼架縱向距離應控制在0.6 m，使用型號為89鋼花管作為管棚材料，環向距離以0.4 m為宜。每環分布有38根鋼管，每根鋼管的長度可達35 m，末端嵌入基巖應控制在3 m以內。

（2）D K300+495～D1K300+560Ⅴ級圍巖段所采取的施工方法是中壁法，具體的方案是：設置全環I18工字鋼架及拱部φ42超前小導管加強支護，各工字鋼架之間的縱向距離為0.8 m，小導管每環為38根，每根小導管的長度為3.5 m。

（3）D1K300+560～+584Ⅳ圍巖段主要采取臺階法進行施工，施工步驟見圖2。設置拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進行支護，鋼架之間的縱向距離控制在0.8 m，錨桿1.6 m設置一環，每環共有錨桿51根，每根長度可達3.5 m。

圖2 臺階開挖法施工步驟示意圖

（4）D1K300+584～+684Ⅳ圍巖段的施工方式是臺階法，為了提高支護效果，設置了拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進行支護，鋼架之間的縱向距離為1.2 m，錨桿每隔2.4 m為一環，每環共有錨桿38根，每根錨桿的長度為3.5 m。

（5）D1K300+684～+708Ⅳ圍巖段的施工方法是臺階法，設置拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進行支護，鋼架之間的縱向距離為0.8 m，錨桿每隔1.6 m設置為一環，每環總共有錨桿51根，每根錨桿長度為3.5 m。

（6）D1K300+708～D1K304+915Ⅳ圍巖段采取的是臺階法進行施工，設置拱墻格柵鋼架與拱部Φ22砂漿錨桿加強支護，鋼架之間的縱向距離為1.2 m，錨桿每隔2.4 m設置一環，每環總共有錨桿38根，每根錨桿的長度為3.5 m。

（7）D1K304+915～+985Ⅴ級圍巖段的施工方法是臺階法與臨時仰拱施工的有效結合，仍選取的是全環I18工字鋼架及拱部42超前小導管進行支護，工字鋼之間的縱向距離為0.8 m，小導管每隔1.6 m設置一環，每環分布有38根小導管，每根小導管長度為3.5 m。

（8）D1K304+985～D1K305+101.08Ⅳ圍巖段采取臺階法進行施工，設置拱墻格柵鋼架與拱部Φ22砂漿錨桿加強支護，鋼架之間縱向距離為1.2m，錨桿每隔2.4 m設置一環，每環總共38根錨桿，每根長度為3.5 m。施工立體效果見圖3。

圖3 三臺階七步開挖法施工立體效果圖

4.3 施工監測

為了提高施工成效性，確保工程得以高質量、如期完成，施工中應做好監測工作，一旦發現質量問題應及時采取有效的措施進行改進。在進行現場施工監測中，主要采取智能化監控與人工現場檢測相結合的方式進行，借助計算機對洞內的各個控制分站與洞內工作面進行全程監控，對于一些關鍵部位工作人員還應進行現場勘查，嚴把施工質量關，最終根據位移監測計所獲取的數據開展全面的分析工作，發現現場施工狀況良好，無其他異常現象發生，洞段穩定性良好。由此說明施工取得了顯著的效果。

5 結論

綜上所述，在三聯隧道施工過程中，由于圍巖的強度應力比較低，巖質軟弱并且分布缺乏規律，導致圍巖出現大變形，針對圍巖變形比較嚴重的區段，使用“以抗為主”的雙側壁導坑法取得了良好的加固效果，可以有效控制圍巖變形，值得類似工程借鑒和參考。

[1]朱建明,徐金海,張宏濤.圍巖大變形機理及控制技術研究[M].北京:科學出版社,2010.

[2]TB10012-2007/J124-2007,鐵路工程地質勘察規范[S].

[3]TB10038-2012/J1408-2012,鐵路工程特殊巖土勘察規程[S].

內蒙古實施交通重大工程建設3年行動

日前，內蒙古自治區政府印發了《交通基礎設施重大工程建設三年行動計劃實施方案》。

近年來，自治區交通基礎設施網絡不斷完善、能力逐步提升，在促投資、調結構、穩增長方面發揮了明顯作用，但與經濟社會發展需求相比，交通基礎設施在網絡密度、覆蓋范圍、質量水平等方面還存在較大差距。重大工程前期工作滯后、項目儲備不足的問題仍然比較突出，亟需加快實施一批現實需求緊迫、基礎條件成熟、利于長遠發展的交通重大工程。為推動落實《交通基礎設施重大工程建設三年行動計劃》(發改基礎〔2016〕730號)，統籌安排好自治區“十三五”中前期交通重大基礎設施規劃布局和建設工作，特制定《交通基礎設施重大工程建設三年行動計劃實施方案》。

“十三五”時期是交通基礎設施重大工程建設的重要階段，內蒙古自治區在2016年～2018年擬重點推進鐵路、公路、機場、城市軌道交通項目99項(含1個打捆項目)，涉及項目總投資約3 925.6億元。其中：2016年項目28個(含1個打捆項目)，總投資約1064.9億元；2017年項目42個，總投資約2 228.1億元；2018年項目29個，總投資約632.6億元。

鐵路方面：結合中長期鐵路路網規劃和鐵路“十三五”發展規劃，推進自治區高速鐵路建設，提升普通鐵路通達通暢水平。重點推進7個項目，新建改擴建線路約2 160km，涉及投資約872億元。

公路方面：結合國家公路網規劃(2013年～2030年)、自治區省道網規劃(2013年～2030年)及自治區“十三五”公路水路發展規劃，實施國家高速公路網剩余路段建設和繁忙段改擴建，新建地方高速公路，推進普通國道、省道提質升級和未貫通路段建設。重點推進83個項目，新建改擴建高速公路2 382.2km、國省干線7 258.7km，涉及投資約2 097.5億元。

機場方面：結合全國民用運輸機場布局規劃和自治區“十三五”通用航空發展規劃，加快推進機場建設，實施既有機場遷建和改擴建工程，繼續增加支線和通用機場布點，不斷提升航空運輸保障能力。重點推進東烏珠穆沁旗、正藍旗、林西及呼和浩特新機場4個運輸機場和1個通用機場打捆項目(含20個子項目)，涉及投資約277億元。

城市軌道交通方面：加強規劃建設管理，有序推進城市軌道交通建設，逐步優化城市軌道交通結構。重點推進4個項目，新建城市軌道交通91.4km，涉及投資約679.1億元。

U456.31

B

1009-7716（2017）06-0220-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.065

2017-02-23

謝光明（1977-），男，江西吉安人，高級工程師，從事交通土建施工技術管理工作。