大涼山1號隧道高地應力大變形處治

郭世杰 張國強 李文杰

（1.四川樂資銅高速公路有限公司，四川 成都 610041；2.四川樂西高速公路有限責任公司，四川 成都 610041；3.中鐵十八局集團隧道工程有限公司，重慶 700000）

大涼山1號隧道位于四川省涼山彝族自治州雷波縣與美姑縣交界地帶，是樂西高速馬邊至昭覺段控制性工程之一，隧道全長15366m，是目前四川省乃至西南地區(qū)在建和已通車最長的高速公路隧道。隧道穿越地質地形復雜區(qū)域，有大變形、巖爆、低瓦斯、巖溶、涌突水等不利情況存在。本文主要對大涼山1號隧道k87+976段初支大變形段病害成因判斷，結合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及規(guī)律，采用針對性處治方案，最終通過該大變形段為相關類似隧道處治提供借鑒經(jīng)驗。

一、工程概況

樂西高速馬邊至昭覺段起于樂山市馬邊彝族自治縣境內，經(jīng)涼山州雷波縣、美姑縣，止于昭覺縣南側，與G7611都香高速西昌至昭通段相接，穿越嘛咪澤省級保護區(qū)試驗區(qū)和雷波境內30公里無人區(qū)，路線全長151.75km，橋隧比82%。

大涼山1號隧道為該項目重大控制性工程，洞身斜井設置受自然保護區(qū)影響，項目首次在15.3km的大涼山1號超特長隧道貫通平導中引入TBM施工工藝輔助主洞施工。大涼山1號隧道由左右線正洞、貫通平導和1座斜井組成，平導布設于左右線中間，左右洞、平導洞身間距19m。

大涼山1號隧道平面總體距四川“Y”字形構造的“1”（NS向川滇構造帶）右側平均直線105km，隧道總體構造格架受NS向川滇構造帶控制，導致隧址區(qū)地質地形復雜。

大涼山1號隧道隧址區(qū)復雜的構造主要有兩大構造分區(qū)：構造一區(qū)為隧道進口至F2斷層，以南北向構造體系為主，為斯依阿莫倒轉背斜及兩翼；構造二區(qū)為F2斷層至隧道出口，以北東向構造體系為主，具體包括黃果洛向斜及哈都洛背斜。

二、大變形情況及原因分析

（一）大變形情況

隧道出口工區(qū)施工至隧道右洞k86+976、隧道左洞k86+998時，掌子面主要以砂巖、泥巖互層為主，受地質構造影響，圍巖從較破碎至破碎，局部極其破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體強度低，收斂變形大，施工過程中揭示較多軟弱夾層，夾層一般順線路或與隧道呈小角度相交，綜合判定為IV級圍巖，原設計襯砌支護類型為Z4d。

該段發(fā)生的主要病害有：主洞右線k87+160～k86+976段最大沉降變形19cm、收斂變形41cm，k87+030～k87+060中心溝蓋板處仰拱出現(xiàn)開裂隆起；主洞左線zk87+153～zk86+998段最大沉降變形32.9 cm、收斂變形24.4 cm；平導pdk87+140～pdk87+000段最大沉降變形10cm、收斂變形18cm。

在處治過程中，本文主要采用的支護參數(shù)如表1所示。

表1 本文主要涉及支護參數(shù)表

（二）變形原因分析

現(xiàn)場經(jīng)踏勘，并結合TBM超前平導在主洞開裂段的施工情況，綜合對隧道總體地質分析研究，大變形產(chǎn)生有以下原因：

主要原因：地質構造影響。大變形發(fā)生段落位于哈都洛背斜內和黃果洛向斜轉折端，地層長期褶皺活動形成高地應力。

前期TBM超前平導施工至該段落平導掘進至pdk87+140，實際揭露地質砂巖夾泥巖，巖體軟硬不均，部分段落出現(xiàn)剝層狀垮塌和塊體垮塌，TBM盾尾出現(xiàn)不同程度的掉渣情況，前期根據(jù)現(xiàn)場地質情況將襯砌支護參數(shù)由TBM4b變更調整為TBM5a。

綜合地質分析與前期TBM超前施工揭露情況，主洞掌子面軟弱圍巖在該高地應力作用下，形成擠壓變形，導致初期支護沉降、收斂，繼而開裂是發(fā)生此次病害的主要原因。

次要原因：施工過程中，該段落采用上下臺階法開挖，且上臺階斷面過大，可能導致變形較大。

（三）監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析

由變形區(qū)域內典型斷面監(jiān)控量測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，k 87+160～k 87+100 段收斂變形較大且持續(xù)變形，最大變形達41cm，開挖支護2個月無收斂趨勢，同時發(fā)現(xiàn)k87+076～k86+976段初支局部出現(xiàn)開裂、脫落現(xiàn)象。選擇其中代表k87+125監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)，趨勢圖如圖1所示。

圖1 典型斷面k87+125監(jiān)控量測斷面數(shù)據(jù)

三、處治方案

（一）處治措施

此次處治遵循“技術可靠、經(jīng)濟合理、安全快捷”的基本原則，根據(jù)大變形實際情況，按照輕重緩急、分階段制定以下處治措施：

1.前期k87+160～k86+976、zk87+153～zk86+998嚴重變形侵限地段，實施換拱處治，為確保施工安全，預先采用臨時鋼架與圍巖注漿加固被擾動的圍巖，將其與已發(fā)生變形的初支結構形成一個共同承載圈。

2.對前期變形較大侵入二襯厚度段落換拱處理，換拱有限采用Z5c襯砌，為確保安全，初支處理應分段、跳槽進行，嚴禁一次性將臨時支撐全拆除。

3.根據(jù)初期支護變形程度，該段判定為初級變形，綜合分析剛性和柔性兩種支護類型的優(yōu)缺點，結合現(xiàn)場具體施工情況，最終確定掌子面k86+976、zk86+998初期支護采用工字鋼Z5c，并結合前期監(jiān)控量測數(shù)據(jù)適當加大預留變形量。

（二）處治效果

通過處治，該段大變形情況得到有效控制，通過對該段后期典型斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，收斂變形得到控制，且為大變形段落二襯尋得較好時機。

四、結語

隨著極重山區(qū)交通工程建設，超特長隧道數(shù)量將越來越多，長大隧道大埋深高地應力造成的大變形病害處治始終是一個值得深入研究和思考的課題。本文針對西南第一長隧大涼山1號隧道大變形處治經(jīng)驗，分析大變形成因、病害機理、監(jiān)控數(shù)據(jù)分析及剛柔措施選用，處治較為緊湊，仍有部分問題有待進一步思考：首先，大涼山1號隧道需充分利用TBM超前平導導坑預報作用，待主洞施工至地質構造不利因素段落時，要嚴格按照適宜的分部開挖方法施工，短進尺、弱爆破，同時應做好超前支護、鋼架縮腳等措施；其次，充分發(fā)揮隧道新奧法設計施工理論，利用好監(jiān)控量測和超前預報手段，為大變形段落施工方案及預留變形量提供依據(jù)；最后，強化超特長隧道前期設計階段地應力場分析，可采用宏觀地質分析與微觀地應力測試相結合方式，對超特長隧道地應力場實現(xiàn)較為準確的預先判別，避免高地應力段施工引起的安全和質量損失。