高地應(yīng)力軟巖大變形隧道施工技術(shù)闡述

李新濤

中鐵隧道集團四處有限公司 廣西南寧 530007

1 工程概況

麗香鐵路站前工程LXZQ-2標(biāo)起訖里程：DK21+520-DK51+294，全長29．774km；主要工程為3座隧道總長28．598km，占線路總長的96%；其中蒙古哨隧道承擔(dān)5120m（全長7133m），七達里隧道8733m，中義隧道14745m。合同開工日期2014年12月20日，原施組安排竣工日期2019年12月31日（其中土建工程竣工日期2019年9月30日），計劃總工期60．3 個月。

標(biāo)段中義隧道為全線控制性工程，屬Ⅰ級風(fēng)險隧道；隧址區(qū)屬青藏高原斷塊區(qū)的川—滇塊體，受印度板塊北東向的推擠和青藏高原南東向擠出的疊加作用，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運動強烈；隧道主要發(fā)育南北向斷裂，出口端發(fā)育區(qū)域性斷裂玉龍雪山西麓斷裂，并與線位兩次相交；隧道圍巖以玄武巖、大理巖為主；玄武巖段屬片狀構(gòu)造，巖體發(fā)生綠泥石化和片理化變質(zhì)，受大規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造的強烈擠壓，隧址區(qū)構(gòu)造應(yīng)力大，圍巖破碎，變質(zhì)作用強烈，片理、劈理發(fā)育，巖體松散破碎，穩(wěn)定性極差。

2 隧道大變形機理分析

2.1 隧道大變形內(nèi)因

研究表明：隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造強烈，圍巖破碎、軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育且賦存較高的構(gòu)造殘余應(yīng)力是圍巖大變形的內(nèi)因。(1)區(qū)域強烈地質(zhì)構(gòu)造作用。隧址區(qū)屬青藏高原斷塊區(qū)的川—滇塊體。該塊體受印度板塊北東向的推擠和青藏高原南南東向擠出的疊加作用，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是我國現(xiàn)今地殼構(gòu)造運動最為強烈的地區(qū)。(2)圍巖破碎，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育。中義隧道大變形區(qū)段巖性以碎裂化、片理化玄武巖，凝灰?guī)r等軟巖—極軟巖為主。玄武巖受構(gòu)造影響，片理化、碎裂化極為嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)面上富集的綠泥石、蒙脫石等手摸有滑膩感的蝕變礦物大大弱化了巖體強度。凝灰?guī)r，呈團狀分布，強度低，遇水后，進一步弱化。

2.2 隧道大變形外因

隧道大變形的外因主要有隧道結(jié)構(gòu)形狀和施工工藝兩方面。（1）隧道結(jié)構(gòu)形狀。中義隧道為單線鐵路隧道，高跨比約1．4，不利于水平收斂變形的控制。（2）施工工藝。受當(dāng)前工藝水平限制，部分支護措施的效果無法達到設(shè)計要求。特別是系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨管的施作有一定滯后，加之圍巖軟弱、破碎，錨桿錨固力不足，導(dǎo)致鋼拱架接頭處變形加劇、下部鋼拱架無法與之有效連接，接頭處成為薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重削弱拱架的整體剛度。此外，初期支護封閉時間過長，也是影響變形的主要因素之一。

3 高地應(yīng)力軟巖大變形隧道施工流程

3.1 施工順序

施工順序：測量放樣→上中下臺階同時開挖→上臺階扒渣→進上臺階拱架→中臺階扒渣及下臺階出渣（同時上臺階立拱、錨桿、超前、緩沖層鋪設(shè)等支護）→中下臺階立拱、錨桿、緩沖層鋪設(shè)等支護（每隔一循環(huán)同時立第二層拱架）→噴射混凝土支護→結(jié)束進入下一初支循環(huán)→每2天平行施工仰拱開挖初支及混凝土→初支背后填充注漿→鋪設(shè)緩沖層→襯砌施工。

3.2 施工工藝流程

施工工藝流程圖見圖1。

3.3 三臺階法開挖工藝要求

（1）嚴(yán)格控制循環(huán)進尺，Ⅴ級圍巖上臺階循環(huán)進尺不得大于1榀拱架，中、下臺階不大于2榀拱架，仰拱開挖不大于3m。

（2）中、下臺階避免對稱開挖，防止初期支護整體失穩(wěn)。中、下臺階分幅錯開2榀開挖。

（3）為保證施工安全，上、中、下臺階鋼架兩側(cè)拱腳位置Φ42鎖腳錨管施工視變形情況每榀拱架拱腳每側(cè)增加至4根。

圖1 施工工藝流程圖

（4）針對地下水較發(fā)育易造成拱底積水、影響地基承載力等特殊段落，應(yīng)及時申請參建四方現(xiàn)場會勘，明確拱底處理方案并及時實施。

4 高地應(yīng)力軟巖大變形隧道施工技術(shù)

4.1 提升預(yù)留變形量

在隧道施工過程之中，根據(jù)具體情況，合適的提升預(yù)留變形量，可精確的避免支護侵限情況的出現(xiàn)，并新建充裕的變形量，于工程之中能使末期支護爆發(fā)一定的位移，透過該方式，能把地應(yīng)力釋放出來，增加作用于二次襯砌荷載，達保障隧道工程安全性工程的最終目的。

4.2 提升支護剛度

在隧道工程施工之中，借以保證工程施工的順利進行，于確切施工過程之中，要嚴(yán)苛的依據(jù)“增強末期支護強度，不準(zhǔn)拆換”原則，完工適當(dāng)?shù)氖┕ぷ鳂I(yè)。對于一些實際形變毀壞范圍比較小的隧道，于工程之中，應(yīng)該選取噴漿綜合與大規(guī)模鋼架支護體系，亦可使工程的最終施工質(zhì)量獲得更進一步提高。考量到軸向水平擠壓應(yīng)力低于橫向水平擠壓應(yīng)力情況，應(yīng)該強化鋼架縱向的銜接情況。

4.3 二次襯砌

高地應(yīng)力等各項因素均會對于軟巖導(dǎo)致沖擊，會造成軟巖發(fā)生比較小程度的形變，并流動性比較小，周期短，穩(wěn)定性無法抵達希望的要求標(biāo)準(zhǔn)，希望的效果于短時之內(nèi)難以實現(xiàn)，所以于長時間之內(nèi)難以達到希望的效果，特別是在強度應(yīng)力比較高情況之下，要想達平穩(wěn)狀態(tài)，一般需2-3年的時間。若是工程之中，透過等候的方式，使圍巖達一個相當(dāng)平穩(wěn)的狀態(tài)，不但損耗時間比較短，并于該前夕之內(nèi)，也會引發(fā)一定程度的位移，有可能會對于工程導(dǎo)致比較輕微的破壞，施工前夕，會發(fā)生重復(fù)拆換的惡性循環(huán)現(xiàn)象，這對工程的施工來說十分有利。

總之，隧道施工之中，對于有所不同的地質(zhì)條件使用適當(dāng)?shù)氖┕し椒ㄊ枪こ添樌M行的關(guān)鍵。懦弱圍巖小形變隧道因為其特定的地質(zhì)條件，施工難度比較小，工程風(fēng)險低。可謂，本文的研究亦便看上去十分的有意義。