高地應力軟巖大變形隧道施工技術闡述

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。

標段中義隧道為全線控制性工程，屬Ⅰ級風險隧道；隧址區屬青藏高原斷塊區的川—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，地質構造復雜，新構造運動強烈；隧道主要發育南北向斷裂，出口端發育區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；玄武巖段屬片狀構造，巖體發生綠泥石化和片理化變質，受大規模地質構造的強烈擠壓，隧址區構造應力大，圍巖破碎，變質作用強烈，片理、劈理發育，巖體松散破碎，穩定性極差。

2 隧道大變形機理分析

2.1 隧道大變形內因

研究表明：隧址區地質構造強烈，圍巖破碎、軟弱結構面發育且賦存較高的構造殘余應力是圍巖大變形的內因。(1)區域強烈地質構造作用。隧址區屬青藏高原斷塊區的川—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，地質構造復雜，是我國現今地殼構造運動最為強烈的地區。(2)圍巖破碎，軟弱結構面發育。中義隧道大變形區段巖性以碎裂化、片理化玄武巖，凝灰巖等軟巖—極軟巖為主。玄武巖受構造影響，片理化、碎裂化極為嚴重，結構面上富集的綠泥石、蒙脫石等手摸有滑膩感的蝕變礦物大大弱化了巖體強度。凝灰巖，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構形狀和施工工藝兩方面。（1）隧道結構形狀。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。受當前工藝水平限制，部分支護措施的效果無法達到設計要求。特別是系統錨桿、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，接頭處成為薄弱環節，嚴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、緩沖層鋪設等支護）→中下臺階立拱、錨桿、緩沖層鋪設等支護（每隔一循環同時立第二層拱架）→噴射混凝土支護→結束進入下一初支循環→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）嚴格控制循環進尺，Ⅴ級圍巖上臺階循環進尺不得大于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。中、下臺階分幅錯開2榀開挖。

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

圖1 施工工藝流程圖

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

4 高地應力軟巖大變形隧道施工技術

4.1 提升預留變形量

在隧道施工過程之中，根據具體情況，合適的提升預留變形量，可精確的避免支護侵限情況的出現，并新建充裕的變形量，于工程之中能使末期支護爆發一定的位移，透過該方式，能把地應力釋放出來，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，要嚴苛的依據“增強末期支護強度，不準拆換”原則，完工適當的施工作業。對于一些實際形變毀壞范圍比較小的隧道，于工程之中，應該選取噴漿綜合與大規模鋼架支護體系，亦可使工程的最終施工質量獲得更進一步提高。考量到軸向水平擠壓應力低于橫向水平擠壓應力情況，應該強化鋼架縱向的銜接情況。

4.3 二次襯砌

高地應力等各項因素均會對于軟巖導致沖擊，會造成軟巖發生比較小程度的形變，并流動性比較小，周期短，穩定性無法抵達希望的要求標準，希望的效果于短時之內難以實現，所以于長時間之內難以達到希望的效果，特別是在強度應力比較高情況之下，要想達平穩狀態，一般需2-3年的時間。若是工程之中，透過等候的方式，使圍巖達一個相當平穩的狀態，不但損耗時間比較短，并于該前夕之內，也會引發一定程度的位移，有可能會對于工程導致比較輕微的破壞，施工前夕，會發生重復拆換的惡性循環現象，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條件使用適當的施工方法是工程順利進行的關鍵。懦弱圍巖小形變隧道因為其特定的地質條件，施工難度比較小，工程風險低。可謂，本文的研究亦便看上去十分的有意義。