試論蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施

唐紹武

摘要：在蘭渝鐵路實際施工過程中發現，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的情況，其特征體現在多方面，包括了松散型大變形、擠壓型大變形等。值得注意的是，為了提高該工程隧道施工的質量，有必要在充分了解、剖析其大變形特征的基礎上，實施有針對性的施工控制措施。本文便重點圍繞“蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施”進行研究，以期提高該工程施工的質量及安全性。

Abstract： During the actual construction of the Lanzhou-Chongqing Railway， it was found that there was a large deformation in the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway. The characteristics of large deformation are reflected in many aspects， including loose large deformation and extrusion large deformation. It is worth noting that in order to improve the quality of tunnel construction， it is necessary to implement targeted construction control measures based on the full understanding and analysis of its large deformation characteristics. This paper focuses on the "large deformation characteristics and construction control measures of the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway" to improve the quality and safety of the construction.

關鍵詞：蘭渝鐵路木寨嶺;大變形特征;施工控制措施;質量;安全性

Key words： Lanzhou-Chongqing Railway Muzhailing;large deformation characteristics;construction control measures;quality;safety

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0132-03

0 ?引言

隧道大變形，影響隧道施工的順利、有序進行，并且在未能采取有效控制措施的情況下，還會嚴重影響隧道施工的質量及運營期間的安全性。在蘭渝鐵路施工建設期間，發現存在大變形的問題，此問題的出現嚴重影響了施工的質量、進度及安全性。所以，需充分了解其產生大變形的原因，進一步實施有效的改進措施[1]，比如優化施工工藝，采取先進的現代化施工技術等。總之，為了蘭渝鐵路木寨嶺隧道工程施工質量及安全性的提高，對其大變形特征及施工控制措施進行研究具備一定的價值意義。

1 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道工程簡述

蘭渝鐵路木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鄉漳河西岸，止于岷縣梅川鎮素子溝內楊家臺村，線路基本呈北向南走向，橫跨漳縣與岷縣;左線進口里程DK173+320，出口里程DK192+370，全程長為19050m;右線進口里程DyK173+321.5，出口里程Dy192+390，全長19068.5m，隧道深埋最大約為600m。隧道巖性包括按時代由新到老分別包括了第四系、第三系、二疊系，巖性以礫巖、泥巖夾砂巖為主等等[2-3]。存在節理裂隙及揉皺等地質構造現象發育，遭遇構造的影響，巖體存在破碎的明顯特征，或富含地下水，前期地質勘查預測最大涌水量是正常涌水量的3倍。該工程存在隧道大變形的問題，主要表現為松散型大變形與擠壓型大變形。

2 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征分析

在上述工程簡述中，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的問題，此問題的出現將會影響施工的進度、質量及安全性。因此，有必要對其產生大變形的特征進行深入分析研究。下面從本工程隧道大變形的基本特點、類型兩方面進行闡述，具體包括：

2.1 隧道大變形基本特點

在隧道修建過程中，發現蘭渝鐵路木寨嶺隧道2號、3號、5號、6號以及7號斜井都發生了圍巖大變形的問題，其存在的水平收斂變形較為突出，在變形量上非常大，且變形的發展速度非常快。在變形初始階段，混凝土表面發生了開裂的現象，主要表現為環向裂縫及縱向裂縫，且發生了支護結構內鼓及拱架扭曲的問題。

經調查研究發現，變形主要表現為噴射混凝土表面開裂，考慮到變形能夠得到有效遏制，項目部門針對斜井變形段落實施了應急處理措施，使得變形問題得到一定程度的緩解，但是累計變形值依舊較大，部分區域發生了變形量持續增加，出現初支噴射混凝土脫落及拱架扭曲變形等問題;與此同時，一些地段因為變形速率較大，最大每天可達到600mm，累積變形量非常大，因此針對此段采取了二次套拱及拆換拱的解決方案[4]。

此外，以7號斜井為例，其發生隧道變形范圍最大，經歷的時間最長，其變形范圍從洞口30m附近起大約有300m，變形位置拱架扭曲，噴混凝土開裂，有環向裂縫與縱向裂縫兩種，針對變形段采取了二次套拱的發生，使得變形得到有效控制。

根據工程實際情況，雖然采取一定的控制措施，使得變形得到有效控制，但是考慮到后續施工的質量及安全性能夠得到有效保障，有必要分析大變形的類型及相關原因，以此為進一步控制措施方案的明確提供客觀、科學的依據。

2.2 隧道大變形類型

本隧道工程大變形的類型有兩大類，即：松散型大變形與擠壓型大變形，具體表現為：

①松散型大變形。從松散型大變形的特征分析，于掌子面開挖的數日時間中，變形表現為連續變大，給予有效支護方案后，變形速率得到有效減緩，但在大概一個月之后，變形發生突變的現象，其突變發生的變形量較大。通過分析可知，基于高地應力條件下，發生跳躍式增長變形問題，且此問題和隧道圍巖存在關聯系，主要是軟弱圍巖會發生松動圈，且非高地應力自身會對圍巖形成擠壓型變形。綜合考慮，對于松散型大變形，需加強支護結構的剛度及密貼性，并在施工期間加強監測，以此使大變形問題得到有效解決[5]。

②擠壓型大變形。從擠壓型大變形的特征分析，基于掌子面開挖一段時間之后，變形持續平緩增長，變形速率在受到臺階施工的影響下，會引發變大的情況，但是變形主要表現為收斂穩定。研究分析，主要是基于高地應力條件下，軟巖及破碎巖體的強度難以承受隧道開挖引發的應力集中，進一步出現塑性剪切滑移，最終使圍巖變形現象非常顯著。綜合考慮，針對擠壓型大變形，需加強對高地應力大變形地區的分析研究，做好工程拆換及防護工作。

3 ?相關施工控制措施的實施探究

經實地調查，發現導致隧道大變形的原因和地質條件、巖性情況、支護參數、地下水以及施工工藝等因素密切相關。為了改進隧道大變形，進一步提高施工的質量及安全性，便有必要采取有效的控制措施。總結起來，包括：

3.1 施工原則

結合上述分析，同時根據本工程隧道施工的實踐經驗，對于大變形隧道，需遵循的基本施工原則為：一方面，做好支護的強化作業，及時進行封閉作業，并確保初期支護一次性到位，避免拆換。另一方面，對于二次支護，需在適宜的時間段進行，使變形控制高效、安全、經濟。此外，掌握現代化施工工藝要求，充分落實科學的施工技術要點，確保施工的質量及安全性得到最大化的提升。

3.2 施工工藝要求

在本工程隧道大變形施工過程中，需掌握必要的施工工藝要求，總結起來包括：

①對斷面曲率加以優化，其結構形式需統一，均選擇圓形或者近圓形，見圖4。

②對于變形段仰拱與鋪底施工，避免半幅施工，對于大坡度有軌斜井底部開挖與噴射混凝土施工，適合使用臺階法，使結構沿斜面形成的滑移得到有效控制[6-7]。

③在發生大變形之后，需及時采取臨時支撐措施，且于支撐加固之后，需針對兩側采取初支后進行注漿加固作業，使初支結構和地層的聯結力得到有效增強，見圖5。

④對于容易引發比較大的變形段，基于開挖過程中，需預留足夠的變形量，并預留二次支護空間，使施工需要的隧道凈空要求得到有效保障，對于其預留量，需結合監測數據分析，進一步加以明確。

⑤以臺階法施工作為導向，開挖作業完成之后，及時進行初噴作業，分級、適時進行深孔錨桿、錨索及多層支護，在施工過程中，需結合監測數據進行嚴格施工。

⑥針對變形段，需設置初支仰拱鋼架，并和上部拱墻鋼架封閉成環。

⑦對工藝控制加以規范，按照施工作業規范嚴格操作濕噴作業，并對工序加以優化，嚴格控制爆破，使混凝土質量得到有效保障，進一步確保支護的強度。

⑧為了確保結構工藝水平的提高，需保證初期支護一次到位，針對大變形控制難度大的情況下，可采取變形預留的方法，并通過量測將結果反饋，利用支護分層及分次作業，確保支護可以對變形得到有效的控制[8]。

⑨對鋼架縱向連接進行強化，使初支結構整體承載能力得到有效提升，使鋼架局部扭曲得到有效避免。

3.3 技術實施要點

在隧道大變形控制過程中，相關技術實施要點包括：

①結合監測信息反饋，對變形控制標準加以確定，將二次支護空間預留下來，并分次進行二次支護，確保變形得到有效控制。

②對二次襯砌的厚度進行加大，使后期變形得到有效控制;由于軟巖段變形存在變形時間長的特點，考慮到二次襯砌可以有效抵抗后期變形，將二次襯砌厚度適當增加，避免二次襯砌強度不足及開裂的現象的發生。

③結合施工現場實際情況，結合支護參數、監測數據等，對成果進行分析，并對施工參數及時優化，針對變形很難控制的地段，基于施工過程中遵循“先放后抗”的原則，使施工的安全性得到有效保證;進一步結合監測信息的優化，對后續施工給予支持，確保施工的連續性。

④為了使鋼架抗扭性能得到有效強化，可采取H型鋼替代工字鋼;對鋼架節點強度進行強化，確保螺栓連接強度不比鋼架自身強度低，進一步利用鎖腳錨桿加固鋼架連接板處。此外，通過早強噴射混凝土初期強度發展快速的特點，使隧道變形速度得以控制。

4 ?結語

通過本文的研究，認識到蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形問題較為突出，主要的大變形類型包括松散型大變形和擠壓型大變形。為了提高施工的質量及安全性，便需采取有效施工措施，處理大變形問題。一方面，需了解隧道大變形的特征及產生的原因;另一方面，掌握施工工藝手段以及變形控制技術方法等。總之，相信通過隧道大變形控制措施的實施，能夠使隧道大變形得到有效控制，進一步為該工程施工整體質量及安全性的增強奠定扎實的基礎。

參考文獻：

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