隧道大變形綜合控制要點

肖勇 李志成 胡必富

中鐵隧道集團三處有限公司 云南麗江 674100

1 工程概況

該研究選擇麗香鐵路中義隧道，中義隧道全長14745m，均為帶仰拱的曲墻復(fù)合式襯砌，正洞初支有單層、雙層及三層支護。隧道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細(xì)部邊界斷裂帶（金沙江-中甸斷裂帶）內(nèi)，屬我國著名的南北向地震帶南段之滇西地震帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運動強烈，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育南北向斷裂，局部發(fā)育支斷層。中義隧道主要穿越玉龍雪山西麓斷裂，設(shè)計總長270m。玉龍雪山西麓斷裂為區(qū)域性正斷層，

開挖揭示巖性為大理巖夾片巖，灰黃、灰、深灰色，粉細(xì)粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片理化較明顯，具有條帶狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化（W②，薄層-中層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟硬不均，屬較軟巖；巖體較破碎-破碎。開挖過程中可能存在掉塊、小溜坍風(fēng)險，但支護后不易出現(xiàn)塌方，但會一直對隧道結(jié)構(gòu)擠壓變形[1]。

2 隧道結(jié)構(gòu)破壞原因

①開挖揭示的巖體結(jié)構(gòu)遭受破壞嚴(yán)重，多呈碎裂結(jié)構(gòu)，多種結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育，并傍有綠泥石富集，面光滑，結(jié)合力差，透鏡狀凝灰?guī)r頻繁出現(xiàn)，巖體完整性差，掌子面圍巖自穩(wěn)困難，并出現(xiàn)多次溜坍導(dǎo)致隧道偏壓初支變形開裂。②巖體具壓性結(jié)構(gòu)面特征，多呈褐灰、灰綠夾灰白色，系玄武巖、凝灰?guī)r、大理巖及石英團塊等擠壓破碎而成，多呈角礫狀或碎塊狀，局部呈大塊狀；凝灰?guī)r呈土狀，質(zhì)軟，擠壓成餅狀，擦痕光滑平直。巖質(zhì)軟硬不均，膠結(jié)緊密碎石土狀居多，受褶皺、斷裂及巖漿侵入活動影響，巖體擠壓破碎極嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)松散破碎，結(jié)構(gòu)面有綠泥石、蒙脫石等蝕變礦物富集，面光滑，結(jié)合力差，極大弱化了巖體的強度，結(jié)構(gòu)面強度處于殘余狀態(tài)，多有分離現(xiàn)象，自穩(wěn)能力差。對開挖后對初支結(jié)構(gòu)面擠壓嚴(yán)重導(dǎo)致拱架變形、斷裂。③隧道支護結(jié)構(gòu)不足以抵抗圍巖地應(yīng)力，受山體壓力影響，會不斷對隧道支護結(jié)構(gòu)的彈性空間隨著時間的推移變成塑性，最終導(dǎo)致隧道初支結(jié)構(gòu)的變形、斷裂。④當(dāng)?shù)貞?yīng)力還未得到足夠的釋放空間是，施工現(xiàn)場的機械設(shè)備帶來的震動，開挖爆破的擾動，會進一步的導(dǎo)致支護出現(xiàn)失衡的情況。

3 現(xiàn)場施工控變主要要點

3.1 選擇最合適的施工工法

采用三臺階留核心土或微臺階工法組織施工，開挖采用弱爆破后銑挖機修整成形，減少周邊圍巖擾動，開挖后及時施作10cm噴射混凝土封閉掌子面。

3.2 充分預(yù)留足夠變形量

開挖時預(yù)留三層支護凈空。當(dāng)雙層支護無法控制軟巖大變形時，初期支護采用三層支護；最外層采用H175型鋼鋼架拱墻支護，拱墻預(yù)留變形量為40cm；第二層采用HW175型鋼鋼架全環(huán)支護，全環(huán)預(yù)留變形量為40cm；第三層采用I20b型鋼鋼架全環(huán)支護，全環(huán)預(yù)留變形量為20cm；

3.3 鎖腳錨管加強措施

上臺階鎖腳由原設(shè)計單側(cè)2根φ42鎖腳錨管增加至4根（φ60、φ42各2根），中臺階施工后，在與上臺階交接處增設(shè)一組φ42mm鎖腳錨管于下臺階連接板下30cm位置，為防止隧底變形隆起，在隧底兩側(cè)單獨布設(shè)8根φ42鎖腳錨管，角度控制在20°-40°之間。每根鎖腳錨管使用2根“L”筋焊接，中上臺階拱腳上50cm位置均采用φ22鋼筋預(yù)彎成“8”字環(huán)與鋼架焊接，形成鎖腳定位環(huán)，進一步保證鎖腳錨管受力效果，每環(huán)拱架共計打設(shè)32根鎖腳錨管。

3.4 雙層網(wǎng)片及連接筋

為保證鋼架整體受力，采用雙層鋼筋網(wǎng)及雙層連接筋進行支護，連接筋采用φ25螺紋鋼，內(nèi)外兩層環(huán)向間距均為1m，呈“Z”字型布置，雙層鋼筋網(wǎng)均采用φ8鋼筋，網(wǎng)格間距20×20cm。鋼筋網(wǎng)片采用Ⅰ級φ8鋼筋焊制，網(wǎng)格間距20×20cm在鋼筋加工場內(nèi)集中加工。按標(biāo)定的位置掛設(shè)加工好的鋼筋網(wǎng)片，鋼筋片隨初噴面的起伏鋪設(shè)，固定于先期施工的系統(tǒng)錨桿之上，與錨桿和鋼架點焊焊接牢固再把鋼筋片焊接成網(wǎng)，確保整體結(jié)構(gòu)受力平衡。網(wǎng)片搭接長度為1-2個網(wǎng)格。噴砼時，減小噴頭至受噴面距離和控制風(fēng)壓，以減少鋼筋網(wǎng)振動，降低回彈。

3.5 采用長短結(jié)合系統(tǒng)錨桿

因巖體軟弱破碎，成孔困難，變形難以控制，采用長短錨桿結(jié)合的方式布設(shè)，長錨桿采用φ32自進式錨桿，長度6m，間距1.2m×0.6m（環(huán)向×縱向），短錨桿采用φ22藥包錨桿，長度4m，間距1.2m×0.6m（環(huán)向×縱向），梅花形布置[2]。

自進式錨桿具有鉆、注、錨一體化的功能，是一種先進的錨固體系，解決了大管棚施工時的塌孔問題，能夠保證復(fù)雜地質(zhì)條件下的注漿效果。在抗彎、抗剪強度和表面粘結(jié)等方面明顯優(yōu)于截面相同的常規(guī)砂漿錨桿，可以任意切割、連接、施加預(yù)應(yīng)力和荷載釋放，并可作注漿管使用，所需的機具設(shè)備、材料沒有特殊要求，工藝簡單，具有很大的應(yīng)用價值。自帶鉆頭，可自行鉆進自進式錨桿兼有鉆桿和錨桿兩種功能，取消了退鉆桿插錨桿的工序，可避免因坍孔而導(dǎo)致返工的現(xiàn)象。

3.6 加強超前支護

為減少拱頂?shù)魤K和掌子面溜坍問題，可將小導(dǎo)管環(huán)向間距調(diào)整為20cm，小導(dǎo)管單根長3.5m，縱向間距1.2m，每環(huán)50根。掌子面拱頂自穩(wěn)能力差，采用雙重超前支護措施，在施作完自進式管棚后進行開挖過程中，第二層超前支護措施采用φ42mm小導(dǎo)管，單根長L=3.5m，每環(huán)50根，環(huán)向間距20cm，縱向間距1.2m；小導(dǎo)管布設(shè)在自進式管棚中間。小導(dǎo)管施工采用YT28型風(fēng)動鑿巖機按設(shè)計鉆孔，沖擊振動將小導(dǎo)管頂入巖層，小導(dǎo)管尾部與鋼架焊接在一起，用高壓風(fēng)清除管內(nèi)雜物，進行注漿，注漿完成后采用塑膠泥或錨固劑封堵孔口[3]。

4 結(jié)語

綜合所研究的中義隧道圍巖情況，結(jié)合項目大變形段落處理效果情況來看，有針對性的優(yōu)化斷面形狀對控制變形較為有效。本施工項目不僅是結(jié)合了監(jiān)控量測，還采用了結(jié)構(gòu)應(yīng)力半自動采集系統(tǒng)以及我們公司自主研發(fā)的3D掃描儀相結(jié)合，準(zhǔn)確的對結(jié)構(gòu)受力，地應(yīng)力釋放及每天變化的情況進行了分析。