劉 勝 鎖

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西 西安 710000)

談六盤山隧道軟巖大變形段施工處理技術(shù)

劉 勝 鎖

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西 西安 710000)

結(jié)合六盤山隧道大變形工程實(shí)例，對(duì)隧道大變形產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并依據(jù)隧道大變形特征，制定了具體的處理措施與方法，對(duì)同類隧道大變形段施工處理有一定的參考價(jià)值。

隧道，軟巖，大變形，處理技術(shù)

1 工程簡(jiǎn)介

青島至蘭州公路(寧夏境)東山坡至毛家溝高速公路六盤山隧道，全長(zhǎng)9 490 m。項(xiàng)目區(qū)域地處涇源縣境內(nèi)，位于六盤山自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)。六盤山主體為中山區(qū)，兩側(cè)為中低山丘陵區(qū)，地勢(shì)上中間高兩側(cè)低。山體表層植被比較茂盛，進(jìn)口海拔高程為2 075 m，1號(hào)斜井高程為2 184 m。山頂大多呈圓頂形，山兩側(cè)被東西向及南北向溝谷切割，溝谷縱橫，多呈“V”字形。本合同段表層主要為亞粘土、碎石土、粉砂質(zhì)泥巖。隧址區(qū)內(nèi)出露地層為白堊系、第三系，并有覆蓋于基巖之上的第四系堆積層。

不良地質(zhì)主要為軟質(zhì)巖大變形和突涌水，六盤山隧道穿越地層巖性主要以中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖為主，巖石風(fēng)化不均，風(fēng)化層厚度變化大，且埋深較大，加之區(qū)內(nèi)存在高地應(yīng)力現(xiàn)象，因此隧道深部軟質(zhì)巖存在大變形可能。本項(xiàng)目隧道穿越褶皺構(gòu)造，層狀砂巖巖體裂隙發(fā)育，在斷層破碎帶和富水帶段，有突發(fā)涌水的可能。

2 大變形概況及特征

2013年9月3日六盤山隧道進(jìn)口左線ZK7+340處發(fā)生大變形，掌子面里程為ZK7+354，地質(zhì)情況為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育，薄層狀構(gòu)造，掌子面左側(cè)有股狀出水，圍巖穩(wěn)定性差，易坍塌。在掌子面爆破后，中臺(tái)階拱架開始發(fā)生突變，變形量達(dá)32 cm，并出現(xiàn)小型裂縫，發(fā)現(xiàn)情況后，馬上將有關(guān)情況上報(bào)相關(guān)部門，并在變形段設(shè)立了加密觀測(cè)點(diǎn)，4 h觀測(cè)一次，截止2013年9月4日上午，24 h變形量達(dá)8.8 cm，最大變形達(dá)42 cm，見圖1。

3 發(fā)生大變形的原因

1)初期支護(hù)強(qiáng)度不足。掌子面的地質(zhì)條件為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，薄層狀構(gòu)造，拱頂處含夾層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，且掌子面拱頂左側(cè)有股狀水流出，地下水較發(fā)育。施工時(shí)未根據(jù)實(shí)際圍巖情況調(diào)整支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)拱架剛度，仍采用原設(shè)計(jì)的Ⅰ16的工字鋼架，拱架間距1.0 m，自穩(wěn)能力差，再加上沒有及時(shí)封閉成環(huán)，未形成一個(gè)受力橢圓結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致側(cè)壁失穩(wěn)。

2)地質(zhì)巖性因素。隧道開挖破壞后方水系，在開挖時(shí)只有少量的滴漏水現(xiàn)象，前方開挖后爆破震動(dòng)影響后方圍巖的自穩(wěn)能力，受F2大斷層影響，隧道穿越地段為褶皺構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石強(qiáng)度低，較破碎，完整性差，含有夾層，開挖后巖體自承載能力差，RQD不足50%。

3)地下水影響因素。隧道開挖掌子面地下水較發(fā)育，主要為孔隙水及裂隙水，拱頂右側(cè)拱腰處有股狀水流出。掌子面左側(cè)圍巖含水量大，隧道圍巖地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理雜亂無章，薄層狀構(gòu)造，自穩(wěn)能力差。此類圍巖遇水4 h～6 h后開始軟化，自穩(wěn)能力急劇下降，使圍巖產(chǎn)生塑性變形，形成對(duì)左側(cè)拱架的擠壓力，由于壓力超過工字鋼的剛性強(qiáng)度，在拱架的鉸接點(diǎn)處產(chǎn)生集中應(yīng)力，造成拱架變形。

4)前方爆破影響。掌子面爆破擾動(dòng)，前面掌子面進(jìn)行爆破開挖，對(duì)原來的水系進(jìn)行了破壞，爆破產(chǎn)生的能量通過巖體傳遞到中臺(tái)階處，對(duì)圍巖產(chǎn)生二次擾動(dòng)，加劇巖體壓力變化，使拱架的變形由量變達(dá)到質(zhì)變，破壞工字鋼，造成突變。

4 大變形處理方案

根據(jù)隧道施工的新奧法原理，隧道施工要充分利用圍巖的自穩(wěn)能力，形成一個(gè)封閉的受力結(jié)構(gòu)。利用相應(yīng)的技術(shù)措施如分部開挖，及時(shí)支護(hù)，及時(shí)成環(huán)；使用加長(zhǎng)錨桿，加固塑性圍巖區(qū)等。常用的加固方法主要有：

1)注漿固結(jié)：利用注漿小導(dǎo)管向破碎巖體中注入水泥漿液，使水泥漿液與破碎巖體結(jié)合為一體形成一個(gè)加固體，從而提高圍巖整體性，減少地下水的不利影響。

2)注漿超前支護(hù)：利用超前管棚進(jìn)行注漿固結(jié)巖體，增強(qiáng)掌子面前方巖體的整體性，提高其力學(xué)性能，為保證其結(jié)構(gòu)性能，常配合采用鋼架、錨桿、噴射混凝土對(duì)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)等。

3)加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)：采用更高強(qiáng)度的工字鋼架進(jìn)行支撐，加強(qiáng)錨桿和小導(dǎo)管等參數(shù)。

4)加強(qiáng)二次襯砌，采用加厚襯砌厚度，提高襯砌混凝土標(biāo)號(hào)，并采用鋼筋混凝土。為限制初期支護(hù)的變形不至于過大，要求盡快施作二次模注襯砌，使二次襯砌和初期支護(hù)共同承受圍巖壓力。

針對(duì)本次隧道大變形特點(diǎn)，研究制定了如下處理措施與方法：

1)對(duì)左側(cè)拱腳處加設(shè)L=4 m的注漿小導(dǎo)管，間距1 m×1 m，對(duì)拱架背后巖體進(jìn)行注漿固結(jié)，漿液采用水灰比為1∶1的水泥砂漿，小導(dǎo)管注漿壓力為0.5 MPa～1.0 MPa,改善圍巖，增加巖體強(qiáng)度和圍巖的自穩(wěn)能力，控制變形(見圖2)。

2)對(duì)變形段應(yīng)力集中點(diǎn)進(jìn)行臨時(shí)仰拱支撐(見圖3)，間距為1 m，對(duì)應(yīng)原來的拱架間距，并采用Ⅰ18的工字鋼，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾有睋?，支撐范圍從發(fā)生變形的位置前后延伸5 m,使變形段拱架暫時(shí)封閉成環(huán)，分散巖體應(yīng)力。

3)對(duì)變形段初期支護(hù)進(jìn)行鉆孔，找出水源集中點(diǎn)，進(jìn)行放水泄

壓，減輕水壓力對(duì)圍巖的擠壓。采用φ50的風(fēng)槍進(jìn)行鉆眼，在有水印的地方，50 cm間距布置，鉆眼深度為3 m，如某眼不出水，繼續(xù)在相隔50 cm的地方鉆眼，直至眼內(nèi)有水瀉出，并觀察此孔是否滿流，如滿流繼續(xù)鉆孔泄水(見圖4)。

4)對(duì)掌子面進(jìn)行超前預(yù)注漿(見圖5)，固結(jié)前方巖體，防止隧道在繼續(xù)施工過程中再次發(fā)生大變形。注漿采用“深淺孔組合+后退式分段注漿”，外層注漿孔長(zhǎng)度為20 m，內(nèi)層注漿孔長(zhǎng)度為30 m，注漿孔間距為1 m×1 m，梅花形布置，外插角為5°～25°，注漿材料為水泥漿，注漿壓力為1.5 MPa～2.5 MPa，按照“由外而內(nèi)，從下到上”的原則進(jìn)行。

5)對(duì)后期施工的圍巖采用四級(jí)大變形支護(hù)參數(shù)進(jìn)行施工，工字鋼采用Ⅰ18，間距為70 cm，錨桿采用L=6.0 m的中空注漿錨桿，間距為100 cm×100 cm，二襯采用45 cm厚的鋼筋混凝土，加設(shè)超前小導(dǎo)管等加強(qiáng)參數(shù)進(jìn)行施工，并采取分部開挖，及時(shí)封閉。

5 結(jié)語

此次大變形處理是建立在對(duì)大變形原因分析，地質(zhì)條件現(xiàn)場(chǎng)多次查勘，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，圍巖收斂持續(xù)監(jiān)控的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，并邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)處理方案進(jìn)行了論證，在處理過程中進(jìn)行了驗(yàn)證，能有效的控制軟巖變形。

通過實(shí)踐證明，隧道發(fā)生大變形后要及時(shí)察看現(xiàn)場(chǎng)情況；研究地層巖性及水文地質(zhì)特點(diǎn)；檢查隧道軟巖大變形對(duì)初期支護(hù)的損壞情況；對(duì)圍巖變形情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控觀測(cè)；分析大變形可能的發(fā)展趨勢(shì)；及時(shí)采取施工措施能有效控制圍巖變形，減少經(jīng)濟(jì)損失和次生災(zāi)害的發(fā)生。目前本隧道已安全通過此段軟巖大變形段。

[1] 關(guān)寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 寧夏交通運(yùn)輸廳.寧夏高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南(隧道)[M].銀川：陽光出版社，2012.

On large deformation section construction

treatment technique of Liupanshan Tunnel soft rock

Liu Shengsuo

(No.4EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailway12thBureauGroup,Xi’an710000,China)

Combining with Liupanshan Tunnel large deformation engineering example, the paper analyzes reasons for tunnel deformation, and makes out factual treatment measures and methods according to the tunnel large deformation features, so as to provide some reference for similar large deformation section construction treatment.

tunnel, soft rock, large deformation, treatment technique

1009-6825(2015)02-0147-02

2014-11-07

劉勝鎖(1980- )，男，工程師

U456.31

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