王秋贊 劉朋寶

【摘 要】隧道施工過程中揭示的巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖面和隧道走向不利組合形成順層偏壓，經(jīng)地下水加劇作用等因素形成大變形，經(jīng)過對隧道變形情況及結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)、洞內(nèi)地應(yīng)力等因素進行分析，并通過采用超前地質(zhì)預(yù)報、加大預(yù)留變形量、周邊圍巖固結(jié)、加強初期支護、襯砌結(jié)構(gòu)等施工措施，有效的控制了隧道施工變形，本文以某隧道進口工區(qū)圍巖大變形段施工為依托，僅供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】極高風(fēng)險隧道;變形侵限;施工措施;應(yīng)用效果

隧道圍巖大變形往往造成施工困難、工期延長、成本增加甚至危及作業(yè)人員安全，是困擾廣大隧道建設(shè)者的最大難題。而隧道出現(xiàn)大變形現(xiàn)象的原因，一是膨脹性礦物成分遇水膨脹，使隧道周邊產(chǎn)生較大的不均勻變形;二是軟弱圍巖在高應(yīng)力作用下發(fā)生的擠壓變形，由于應(yīng)力復(fù)雜，巖石強度較低，在開挖后，周邊將出現(xiàn)大范圍的塑性破壞區(qū)，塑性破壞區(qū)內(nèi)的巖體發(fā)生剪切和擠壓作用，迫使圍巖中的巖層向開挖空間進行移動，從而導(dǎo)致大變形的出現(xiàn)。

某隧道穿越龍門山山脈，緊鄰龍門山前山斷裂帶，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜，施工過程中存在不可遇見的地質(zhì)條件引起的大變形，嚴(yán)重影響了隧道施工安全，而某隧道進口工區(qū)承受偏壓，處于兩個斷層之間，因此，弄清楚某隧道進口工區(qū)變形原因，針對大變形段制定相關(guān)的工程技術(shù)措施，保證后續(xù)隧道施工安全，確保隧道工程質(zhì)量，顯得尤為重要。

1 工程概況

某隧道設(shè)計為極高風(fēng)險隧道，線路單面上坡，左線隧道全長14.069km，進口端10.65km為單洞雙線（合修），出口端3.419km為雙洞單線（分修），輔助坑道采用“六橫洞”方案，共分七個工區(qū)組織施工。其中進口工區(qū)承擔(dān)的隧道施工任務(wù)穿越活動斷裂及斷層。

2 地質(zhì)情況

進口工區(qū)D2K112km+077m～D2K112km+177m段沿河左岸傍河設(shè)隧道通過，屬中低山構(gòu)造侵蝕地貌，溝槽相間，由于構(gòu)造侵蝕作用，地形波狀起伏高差較大;地層巖性為三疊系上統(tǒng)須家河組（T3x）泥灰?guī)r夾砂巖，以泥灰?guī)r為主，夾有煤線，灰黑色，巖層軟硬相間;該段緊鄰龍門山前山斷裂帶，處于活動斷裂帶及斷層之間;靠近活動斷裂上盤，受斷裂帶影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖層扭曲變形較嚴(yán)重。地表水為山間溝水，地下水為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水，整體弱發(fā)育。

3 初期支護變形侵限情況

D2K112km+077m～D2K112km+177m段設(shè)計按V級復(fù)合式襯砌施工，采用三臺階施工工法。施工過程中初期支護發(fā)生變形，鋼架扭曲折斷，主要表現(xiàn)為上臺階左邊墻先變形，隨后右邊墻變形，仰拱及填充施工后，下臺階兩側(cè)邊墻開始變形。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，拱頂下沉最大速率達(dá)到14.8mm/d，累計沉降量達(dá)到45cm;最大收斂速率18.1mm/d，累計收斂達(dá)到56cm。隧道支護措施調(diào)整后，變形曲線呈現(xiàn)“兩陡兩緩”特性，即上臺階和中臺階開挖支護過程中，變形速度較大，后經(jīng)一段時間，變形趨緩，而下臺階開挖支護后，會再次使變形加速，再經(jīng)一段時間后，變形趨于穩(wěn)定。

4 變形侵限原因分析

4.1 隧道淺埋

本變形段埋深約60m，處于地表沖溝一側(cè)下方，地形條件不利于地應(yīng)力集中，高地應(yīng)力引起變形的可能性較小。

4.2 順層偏壓

巖層產(chǎn)狀NE20°～45°，與隧道走向夾角10°～30°，傾向NW（掌子面左側(cè)），傾角約30°～50°，產(chǎn)狀與隧道走向的不利組合形成洞內(nèi)順層現(xiàn)象，加之節(jié)理發(fā)育，隧道開挖后在左側(cè)起拱線部位形成應(yīng)力集中，造成巖體局部破壞，引起隧道左側(cè)屈服變形;右側(cè)在初期支護襯砌作用下，邊墻部位順層坍滑現(xiàn)象較少，引起變形量亦不大，但經(jīng)左側(cè)屈服變形后，巖石松動圈增大，牽引右側(cè)變形。

4.3 巖體裂隙、微裂隙發(fā)育

本變形段處于兩條斷層之間，靠近活動斷裂，構(gòu)造極其發(fā)育，巖層擠壓、撓曲現(xiàn)象很多，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎;單純從掌子面揭示的巖性情況看，巖體完整性一般，但從開挖的碴樣看，塊體很小，多呈角礫狀，說明巖體內(nèi)部的微裂隙較為發(fā)育，這就為巖體的破壞創(chuàng)造了必要的邊界條件。

4.4 地下水作用

本變形段地勢較低，且地下水較為豐富，地下水通過滲流作用滲入巖體結(jié)構(gòu)面，降低層間結(jié)合力，弱化巖體穩(wěn)定性，圍巖中飽含的地下水，同時也增加了圍巖的自重，從而加劇圍巖變形。

綜上，本變形段初期支護發(fā)生變形侵限是因巖體軟硬相間，構(gòu)造發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙、微裂隙發(fā)育，層理發(fā)育，層面和隧道走向不利組合形成順層偏壓，經(jīng)地下水加劇作用等因素綜合造成的。

5 變形段施工措施

根據(jù)國內(nèi)外比較成熟的治理大變形隧道的經(jīng)驗，采用“加固圍巖，改善變形，先柔后剛，先放后抗，變形留構(gòu)，底部加強”的原則，針對某隧道進口工區(qū)變形特征，主要采用以下施工措施。

5.1 超前地質(zhì)預(yù)報

某隧道進口工區(qū)極為重視超前地質(zhì)預(yù)報在隧道施工中的作用，并把若干種超前地質(zhì)預(yù)報方法綜合應(yīng)用于隧道工程實踐中，對掌子面前方的地質(zhì)情況進行有效的預(yù)測預(yù)報。本工程采取以下幾種超前地質(zhì)預(yù)報方法：

5.1.1 超前水平鉆探

在隧道開挖面布置超前水平鉆孔，對前方及隧道周邊短距離的地質(zhì)進行預(yù)探，采用5孔超前鉆孔，每個孔深約30m（因圍巖類型、硬度等不同，需根據(jù)實際情況確定），每個循環(huán)搭接不小于5m。5孔布置在掌子面拱頂、兩側(cè)拱腰、兩側(cè)拱腳各距隧道周邊20cm處，所有探孔均要探出開挖外邊線約3m位置，根據(jù)水平鉆機鉆孔速度和探孔中取得的巖芯資料獲取掌子面前方巖石的物理指標(biāo)，也可以直觀的判斷鉆孔所經(jīng)過部位的地層巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、溶洞大小、有沒有水和有害氣體。超前探孔布置見圖1。

5.1.2 地質(zhì)素描

在隧道施工的每個循環(huán)過程中，掌子面巖性揭示后，記錄圍巖產(chǎn)狀、巖性、節(jié)理裂隙、地下水情況等詳細(xì)工程地質(zhì)信息，并快速判斷掌握掌子面圍巖的穩(wěn)定性，推測掌子面前方的地質(zhì)情況，要求每一開挖循環(huán)都須派專業(yè)技術(shù)人員進行地質(zhì)素描，確保分析判斷的準(zhǔn)確性。

5.1.3 物探法

通過采用TSP、地質(zhì)雷達(dá)探測和紅外探測等物探方法，采用專用的儀器設(shè)備對隧道開挖工作面前方的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)的工程性質(zhì)、位置、產(chǎn)狀、規(guī)模等進行探測。

某隧道進口工區(qū)通過采用以上超前地質(zhì)預(yù)報相結(jié)合的方法，探明了隧道掌子面前方的地質(zhì)情況，準(zhǔn)確分析判斷了水文條件、不良地質(zhì)的位置、規(guī)模及發(fā)育情況，正確引導(dǎo)了隧道施工，有效的避免了工程事故的發(fā)生。

5.2 加大開挖預(yù)留變形量

根據(jù)本隧道左側(cè)先變形，且變形量較右側(cè)邊墻大的特征，預(yù)留變形量的設(shè)計按左側(cè)邊墻預(yù)留30cm，右側(cè)邊墻預(yù)留20cm考慮，拱部范圍內(nèi)進行漸變，從而保證洞身巖體自身有一定的變形量。

5.3 周邊圍巖固結(jié)

本段巖體破碎，為增強圍巖的整體性及確保初期支護背后密實的密實度，本段拱墻范圍采用開挖后徑向注漿加固，注漿范圍為開挖線以外3m，縱、環(huán)向間距0.8m×1.0m，注漿材料采用1：（0.8～1）水泥漿。

5.4 初期支護

全環(huán)采用抗扭能力更強的HW175型鋼鋼架加強支護，間距0.6m/榀，拱部采用φ42小導(dǎo)管超前支護，縱向間距3m/環(huán)，每環(huán)38根，單根長4.5m。系統(tǒng)支護的設(shè)計考慮左側(cè)邊墻加強，拱部采用中空注漿錨桿，長4m/根，左側(cè)邊墻采用砂漿錨桿，長6m/根，右側(cè)邊墻采用砂漿錨桿，長4m/根，錨桿間距均為1.2m×1.0m（環(huán)×縱）。

5.5 襯砌結(jié)構(gòu)

襯砌均采用加強型結(jié)構(gòu)，加大二次襯砌、仰拱的結(jié)構(gòu)厚度，提高襯砌材料的強度，增強襯砌對變形段的抵抗能力，襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

6 取得效果

施工中，總體上嚴(yán)格按照實施超前地質(zhì)預(yù)報、加大開挖預(yù)留變形量、周邊圍巖固結(jié)、加強初期支護、及時施工襯砌結(jié)構(gòu)、實時進行圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的原則進行，通過采取上述施工措施，取得了良好效果，沒有出現(xiàn)初期支護開裂、鋼架扭曲、凈空侵限情況的發(fā)生，應(yīng)用效果良好。

7 結(jié)束語

雖然每條隧道產(chǎn)生大變形的原因各不相同，但通過采用超前地質(zhì)預(yù)報與圍巖監(jiān)控量測相結(jié)合的方式，可以及早發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)大變形的原因，通過及時調(diào)整施工措施，改進施工工藝，做到安全風(fēng)險可控，有效的控制隧道變形，保證施工生產(chǎn)。

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