郭相武 李 彪 肖仲紅

(中鐵八局集團(tuán)有限公司， 成都 610036)

1 軟巖大變形破壞特征

1.1 軟巖的概念

軟巖是一種特定環(huán)境下具有顯著塑性變形的復(fù)雜巖石力學(xué)介質(zhì)。關(guān)于軟巖的定義國(guó)內(nèi)外有很多種，主要有：(1)描述性定義，指松散、軟弱、強(qiáng)度低的巖層；(2)指標(biāo)化定義，1990-1993年國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)將軟巖明確定義為單軸抗壓強(qiáng)度Rc界于0.5～25 MPa之間的一類巖石[1]；(3)工程性定義，圍巖松動(dòng)圈厚度大于1.5 m的巖層；(4)綜合性定義，軟巖分為地質(zhì)軟巖和工程軟巖，即強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性黏土礦物的松、散、軟、弱巖以及在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。根據(jù)軟巖特性的差異及產(chǎn)生顯著塑性變形的機(jī)理，按強(qiáng)度特性、泥質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)面特點(diǎn)、塑性變形力學(xué)特點(diǎn)分為四大類，即膨脹性軟巖、高地應(yīng)力軟巖、節(jié)理化軟巖和復(fù)合型軟巖[2]。

1.2 軟巖大變形破壞的主要特征

軟巖問(wèn)題在工程領(lǐng)域是個(gè)老大難問(wèn)題，困擾著工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全，國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者及廣大工程技術(shù)人員一直致力于軟巖破壞特性的研究[3]。在實(shí)際工程中，軟巖隧道大變形破壞不僅受圍巖本身的物理力學(xué)性質(zhì)影響，還在很大程度上受圍巖地應(yīng)力和工程因素的影響，尤其是隨著隧道埋深的加大，圍巖自身穩(wěn)定性降低，變形破壞趨于強(qiáng)烈，臨空面巖層出現(xiàn)剝落、滑移、坍塌，甚至導(dǎo)致初支即二襯等支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。通常軟巖隧道破壞主要有以下特點(diǎn)：

(1)變形破壞方式多。在隧道工程中，常見(jiàn)的破壞形式有拱頂下沉，邊墻擠壓扭曲變形，底部隆起，圍巖出現(xiàn)片幫、剝落，局部坍塌等。

(2)變形量大。就隧道工程而言，開(kāi)挖后圍巖極易發(fā)生塑性變形或擠入性變形，短時(shí)間內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)拱頂下沉10 cm及以上，兩邊墻擠壓變形量達(dá)80 cm或更大，底部強(qiáng)烈隆起等現(xiàn)象。

(3)變形速度快。圍巖初期收斂速度快，即使在采取了噴錨支護(hù)等措施的情況下，變形收斂的速度仍很快。

(4)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。由于軟巖具有低強(qiáng)度和強(qiáng)烈的流變性，開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力重分布持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，變形的持續(xù)時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。

(5)不同位置變形程度不同。軟巖地應(yīng)力強(qiáng)度因方向而異，不同位置的變形破壞存在較大差異，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力不均。

(6)破壞范圍大。因圍巖強(qiáng)度遠(yuǎn)小于圍巖地應(yīng)力，開(kāi)挖后支護(hù)不及時(shí)或支護(hù)強(qiáng)度不能足以抵抗圍巖壓力時(shí)，破壞范圍將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)洞室半徑，甚至更大。

2 工程概況

中老鐵路位于老撾境內(nèi)，是泛亞鐵路的重要組成部分，線路全長(zhǎng)414 km，為時(shí)速160 km客貨混運(yùn)的電氣化鐵路，全部采用中國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

全線隧道分布密集，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)福萊隧道為全線控制性工程之一，全長(zhǎng) 6 969 m,地處瑯勃拉邦地質(zhì)縫合帶，高山地貌，地形起伏較大，相對(duì)高差約 800 m，洞身最大埋深635 m。自然橫坡150～450 m，斜坡地帶植被較好，基巖零星裸露。

2.1 工程及水文地質(zhì)特征

會(huì)福萊隧道地處蘭坪-思茅地塊和南海印支地塊結(jié)合部，屬特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域，總體上由大小不一的地塊和微地塊縫合、拼接而成。地表上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土，粗圓礫土、坡殘積層粉質(zhì)黏土；上更新統(tǒng)沖積層粉質(zhì)粘土。下伏石炭系板巖、砂巖夾炭質(zhì)板巖、凝灰?guī)r、玄武巖。隧道穿過(guò)普巴道山斷層(F12)、會(huì)富萊1號(hào)斷層、會(huì)富萊2號(hào)斷層、班會(huì)海斷裂(F13)4個(gè)斷層。巖層破碎、軟弱，巖性復(fù)雜多變。

地表水受降雨控制明顯，雨季流量大，枯水季節(jié)水量小。地下水主要為松散巖類孔隙潛水，碎屑巖類孔隙裂隙水、巖溶水、斷層構(gòu)造裂隙水等類型。

2.2 隧道施工組織安排

隧道分別從進(jìn)口、出口、橫洞、斜井4個(gè)掘進(jìn)口，采用三臺(tái)階鉆爆法施工，支護(hù)措施分別采用Ⅳa、Ⅴa(或Ⅴc)兩種復(fù)合式襯砌支護(hù)。施工組織平面布置如圖1所示。

圖1 會(huì)富萊隧道施工組織平面布置圖(m)

2.3 隧道收斂變形

進(jìn)口端施工至D2K 130+230～D2K 130+360段時(shí)，掌子面、拱頂、邊墻分別出現(xiàn)不同程度的擠壓變形，巖層產(chǎn)狀扭曲嚴(yán)重，局部擠壓破壞強(qiáng)烈，支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落，鋼架扭曲變形，典型斷面沉降變形時(shí)程曲線如圖2所示。

圖2 變形區(qū)段典型斷面沉降變形時(shí)程曲線圖

從圖2可以看出，拱頂(GD)最大沉降達(dá) 41.88 cm，上臺(tái)階(SL1)最大累計(jì)變形達(dá)68.0 cm，下臺(tái)階(SL2)最大累計(jì)變形達(dá)144.6 cm。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)80d的沉降觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，拱頂變形及水平收斂受施工開(kāi)挖影響較大，且水平收斂變形明顯大于拱頂沉降。在掌子面開(kāi)挖后至中臺(tái)階施工前的時(shí)間段內(nèi)，拱頂沉降與上臺(tái)階的收斂速度接近；而在中臺(tái)階和下臺(tái)階施工期間，上臺(tái)階和下臺(tái)階的收斂速度明顯加快，遠(yuǎn)大于拱頂沉降速度。如斷面D2K 130+335，上臺(tái)階的收斂速度為37.5 mm/d，下臺(tái)階的收斂速度為113.2 mm/d，拱頂沉降約為23.7 mm/d。

3 基于大變形的機(jī)理研究

隧道施工過(guò)程中出現(xiàn)大變形，且變形持續(xù)加大，施工不能正常進(jìn)行。為確保安全，停止了掌子面施工，對(duì)變形較大位置實(shí)施臨時(shí)加固處理。開(kāi)挖揭示圍巖為板巖夾炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)泥巖，深灰、灰黑色，弱風(fēng)化，薄 層～中層狀。巖層產(chǎn)狀扭曲變形，擠壓破碎強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體呈板狀、碎石狀結(jié)構(gòu)。炭質(zhì)板巖質(zhì)軟，手掰可斷，層面光滑，遇水易軟化。圍巖整體性及自穩(wěn)性差，開(kāi)挖時(shí)拱部易掉塊或局部小溜坍，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

為探明隧道大變形機(jī)理，將D2K 130+300～D2K 130+360作為試驗(yàn)段，著重對(duì)圍巖的物理力學(xué)特性、地應(yīng)力以及圍巖松動(dòng)圈等進(jìn)行試驗(yàn)研究，為后續(xù)設(shè)計(jì)變更、支護(hù)參數(shù)調(diào)整以及施工工藝、方法的改進(jìn)提供依據(jù)。

3.1 原狀圍巖物理力學(xué)特性

從掌子面揭示的圍巖以炭質(zhì)板巖為主，局部因地質(zhì)構(gòu)造和賦存環(huán)境的差異表現(xiàn)出不同的物理性狀，層理結(jié)構(gòu)紊亂，層間夾雜不同類型的礦物質(zhì)，物理力學(xué)性質(zhì)存在較大差異。結(jié)合工程的實(shí)際情況，在變形區(qū)段典型斷面的不同位置現(xiàn)場(chǎng)取樣，分別取得巖石含水率試件3組、巖石密度3組、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度4組和單軸抗壓強(qiáng)度1組。

3.1.1 巖石物理特性

巖石含水率采用烘干法，試件最小尺寸應(yīng)大于組成巖石最大礦物顆粒直徑的10倍，每個(gè)巖石試樣質(zhì)量控制在40～200 g，在烘箱105 ℃～110 ℃的溫度下烘烤24 h，冷卻至室溫后稱重。巖石含水率計(jì)算公式為：

(1)

式中：ω——巖石含水率(%)；

mo——烘干前的試件質(zhì)量(g)；

ms——烘干后的試件質(zhì)量(g)。

巖石密度測(cè)試試件的質(zhì)量控制在40～200 g，在105 ℃～110 ℃的溫度下烘烤24 h，強(qiáng)制飽水試件在水中自由吸水48 h后稱重，巖石密度計(jì)算公式為：

(2)

式中：ρd——巖石塊體干密度(g/cm3)；

ms——烘干后的試件質(zhì)量(g);

mp——試件經(jīng)強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量(g)；

mw——強(qiáng)制飽和時(shí)間在水中的質(zhì)量(g)。

巖石密度、含水率試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 原狀巖石物理特性測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度

巖石的點(diǎn)荷載強(qiáng)度試件選擇開(kāi)挖的石塊，大小 50 mm左右。兩點(diǎn)加載間距與加載平均寬度之比在 0.3～0.1之間，不規(guī)則巖體的點(diǎn)荷載強(qiáng)度通過(guò)公式換算成等價(jià)巖芯直徑50 mm的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度。

(3)

(4)

式中：Is(50)——直徑50 mm的等價(jià)巖芯點(diǎn)荷載強(qiáng)度(MPa)；

P——破壞荷載(N)；

De——等價(jià)巖芯直徑(mm)；

W——通過(guò)兩加載點(diǎn)最小截面的寬度或平均寬度(mm)；

D——加載點(diǎn)間距(mm)；

m——修正指數(shù)，一般取0.40～0.45。

變形區(qū)段的石塊主要有兩種，一種為純黑色炭質(zhì)板巖，另一種為夾雜白色填充物(類似于云母和石英)的巖石。巖石分別按以下幾種試件進(jìn)行點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)：(1)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取巖石試件2組(D1組)；(2)黑色炭質(zhì)巖試件(D2組)；(3)夾雜白色填充物的巖石(D3組)。

(1)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)取樣試件(D1組)的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度

在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的石塊中隨機(jī)選取黑色炭質(zhì)板巖和夾雜白色填充物的板巖各10塊，分為2組進(jìn)行巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨機(jī)試件的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度在0.05～0.2 MPa之間，極少量夾雜白色填充物的巖樣強(qiáng)度可達(dá)1.5 MPa。

(2)黑色炭質(zhì)板巖(D2組)與夾雜白色填充物(D3組)試件的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度

分別選取D2組、D3組各20個(gè)試件進(jìn)行點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，夾雜白色填充物(D3組)的巖石強(qiáng)度明顯高于黑色炭質(zhì)板巖(D2組)的強(qiáng)度，其最高可達(dá)1.49 MPa，最低0.38 MPa，平均強(qiáng)度 0.86 MPa。而D2組試件的最高強(qiáng)度為0.2 MPa，最低0.05 MPa，平均強(qiáng)度0.1 MPa。

3.1.3點(diǎn)荷載強(qiáng)度與巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于點(diǎn)荷載與巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度間的換算關(guān)系有很多種，本文通過(guò)Broch和Franklin、鐵道部第二勘察設(shè)計(jì)院以及M.Kohno給出的3種巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度與飽和單軸抗壓強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換公式，對(duì)各組試驗(yàn)結(jié)果的平均強(qiáng)度進(jìn)行換算[4]。換算結(jié)果如表2所示。

表2 點(diǎn)荷載強(qiáng)度與飽和單軸抗壓強(qiáng)度的換算結(jié)果表

從表2可以看出，3種算法得出的D2組巖樣的強(qiáng)度較低，最低值為1.6 MPa。D3組巖樣的強(qiáng)度較高，個(gè)別試件強(qiáng)度可達(dá)20 MPa。

3.1.4 巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

變形區(qū)段掌子面巖石層理結(jié)構(gòu)紊亂，層間和巖石內(nèi)部裂隙極其發(fā)育。在掌子面上取樣，制成50 mm×50 mm×50 mm的立方體試件2組，進(jìn)行巖石單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)巖樣單軸抗壓強(qiáng)度結(jié)果表

由表3可知，掌子面炭質(zhì)板巖的單軸抗壓強(qiáng)度極低，最大值2.52 MPa,平均值2.25 MPa。按照GB/T 50218-2014《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[5]，屬于極軟巖。

3.2 隧道區(qū)域地應(yīng)力測(cè)試

3.2.1 測(cè)試原理與方法

為探明隧道區(qū)域的地應(yīng)力構(gòu)造特征，采用水壓致裂地應(yīng)力測(cè)試方法對(duì)周邊地層的地應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試研究，根據(jù)隧道附近的地應(yīng)力測(cè)孔結(jié)果進(jìn)行反演分析。地殼中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可分解為三個(gè)主應(yīng)力分量σH、σh、σv來(lái)表示。在一定邊界條件下，水壓致裂的地應(yīng)力測(cè)量力學(xué)模型可簡(jiǎn)化為一個(gè)平面應(yīng)力，如圖3所示。通過(guò)讀取試驗(yàn)過(guò)程的破裂壓力、重張壓力、閉合壓力和孔隙壓力，并結(jié)合彈性力學(xué)平面應(yīng)力問(wèn)題中圓孔外任意一點(diǎn)應(yīng)力的計(jì)算公式，便可得出測(cè)點(diǎn)深度的地層初始應(yīng)力。通過(guò)印模定向試驗(yàn)方法進(jìn)行裂縫方位測(cè)定，確定最大水平主應(yīng)力的方向。

圖3 水壓致裂應(yīng)力測(cè)量力學(xué)模型圖

現(xiàn)場(chǎng)共有7個(gè)不同測(cè)試深度的地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，其中包含3個(gè)應(yīng)力方向測(cè)點(diǎn)，測(cè)試范圍為320～540 m。測(cè)試結(jié)果顯示，最大水平主應(yīng)力σH的范圍為9.18～20.41 MPa，最小水平主應(yīng)力σh的范圍為6.69～13.01 MPa，豎向應(yīng)力σv的范圍為8.44～13.81 MPa。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算水平應(yīng)力和豎向應(yīng)力比值，可得地層側(cè)壓力系數(shù)約為1.08～1.48，且隨鉆孔深度的增大而增大。這表明區(qū)域塊地相互之間擠壓運(yùn)動(dòng)明顯，水平構(gòu)造應(yīng)力明顯大于垂直自重應(yīng)力。根據(jù)應(yīng)力與深度的實(shí)測(cè)關(guān)系，可得324～533 m水平應(yīng)力的線性回歸方程，綜合得出應(yīng)力隨深度的變化趨勢(shì)，如圖4所示。

圖4 地應(yīng)力隨深度變化曲線圖

3.2.2 數(shù)字模型的建立與分析

基于隧道區(qū)域地應(yīng)力，利用設(shè)計(jì)地勘時(shí)測(cè)設(shè)的地應(yīng)力數(shù)字，建立不同邊界條件工況下對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值與實(shí)測(cè)值的多元線性回歸關(guān)系，利用巖土工程分析軟件，進(jìn)行隧道區(qū)域地應(yīng)力反演分析，分析巖土體破壞、大變形和峰后特性。數(shù)值模型分析擬定區(qū)域的選擇須覆蓋分析隧道的影響區(qū)域并包含實(shí)測(cè)點(diǎn)，且適當(dāng)增大以降低邊界效應(yīng)的影響。

通過(guò)計(jì)算得出隧道軸線的水平側(cè)壓力系數(shù)變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出，隧道沿線的水平側(cè)壓力系數(shù)基本大于1。隧道埋深在200 m范圍內(nèi)時(shí)，其水平側(cè)壓力系數(shù)基本在1.0～1.2之間，當(dāng)隧道埋深在500～600 m范圍時(shí)，其水平側(cè)壓力系數(shù)基本在 1.3～1.4之間。由此可知，隧道區(qū)域的地層構(gòu)造應(yīng)力較大。

圖5 計(jì)算模型水平側(cè)壓力系數(shù)變化曲線圖

3.3 隧道松動(dòng)圈測(cè)試

3.3.1 測(cè)試斷面的選擇

測(cè)試斷面選取在隧道進(jìn)口掌子面，測(cè)試初期支護(hù)封閉成環(huán)后的圍巖松動(dòng)圈范圍(測(cè)點(diǎn)位于拱腰和邊墻兩個(gè)部位(S-1))和不同施工階段的圍巖松動(dòng)圈范圍(測(cè)點(diǎn)位于邊墻位置(S-2))。松動(dòng)圈測(cè)試斷面布置如圖6所示。測(cè)試過(guò)程中同時(shí)對(duì)鉆孔斷面的巖體進(jìn)行取樣，進(jìn)行巖石物理力學(xué)性質(zhì)分析。

圖6 松動(dòng)圈測(cè)試斷面布置示意圖

施工采用非爆破法開(kāi)挖，支護(hù)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)采用噴射混凝土+型鋼拱架支護(hù)，襯砌結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土支護(hù)，拱架接頭采用鎖腳錨桿進(jìn)行錨固。

3.3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

兩個(gè)掌子面累計(jì)鉆孔10處，分別為進(jìn)口掌子面 D2K 130+353斷面4處，D2K 130+335斷面2處，D2K 130+322斷面2處，橫洞正洞掌子面DK 131+045斷面2處。每個(gè)測(cè)孔進(jìn)行2次測(cè)試，取2次結(jié)果的平均波速作為測(cè)試結(jié)果，如表4所示。

表4 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表

施工對(duì)巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致臨空面巖石在一定范圍內(nèi)的松動(dòng)，不同工況條件下，松動(dòng)圈范圍存在明顯差異。從測(cè)試結(jié)果可以看出，進(jìn)口掌子面松動(dòng)圈范圍基本在5.5～6.5 m內(nèi)，進(jìn)口掌子面D2K 130+353中臺(tái)階施工時(shí)，左側(cè)拱腰處測(cè)孔松動(dòng)圈范圍為5 m，右側(cè)拱腰處測(cè)孔松動(dòng)圈范圍為5.5 m；仰拱封閉后，左側(cè)拱腰測(cè)孔松動(dòng)圈范圍增至5.5 m，右側(cè)拱腰測(cè)孔松動(dòng)圈范圍增至6.0 m，初支封閉成環(huán)松動(dòng)圈擴(kuò)大約10%左右。

3.4 軟巖大變形等級(jí)判定

較大地應(yīng)力是隧道產(chǎn)生大變形的內(nèi)在因素，施工對(duì)變形的影響也較大。根據(jù) D2K 130+230～D2K 130+360里程段的圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比和相對(duì)變形量，按照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》判定標(biāo)準(zhǔn)，判定該段軟巖變形等級(jí)為Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)[6]，如表5所示。

表5 D2K 130+230～D2K 130+360軟巖大變形等級(jí)表

由此可見(jiàn)，要有效控制隧道大變形，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，改進(jìn)施工工藝和工法。

4 改進(jìn)措施

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)與支護(hù)參數(shù)[7-8]

(1)調(diào)整開(kāi)挖輪廓線，把原設(shè)計(jì)的馬蹄形斷面邊墻曲率優(yōu)化為橢圓形斷面，加大變形位置邊墻和仰拱的曲率，改善受力結(jié)構(gòu)?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，二襯內(nèi)輪廓不變。

(2)加強(qiáng)初期型鋼支護(hù)，將鋼架支護(hù)由I18調(diào)整為HW175型鋼，間距0.6 m。

(3)鋼架內(nèi)外測(cè)均增加縱向連接鋼筋的數(shù)量，并在上臺(tái)階拱腳處增設(shè)I14工字鋼作為連接型鋼。

(4)系統(tǒng)錨桿采用長(zhǎng)短結(jié)合的方式主動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)，短錨桿長(zhǎng)4 m，采用φ22速凝藥包錨桿；長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)8 m，采用φ32自進(jìn)式錨桿，快凝早強(qiáng)漿液。

(5)采用小導(dǎo)管超前支護(hù)，拱部140°范圍內(nèi)設(shè)φ42小導(dǎo)管超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4 m，每環(huán)27根，每根長(zhǎng)4.5 m，縱向2.4 m/環(huán)。

(6)提高噴射混凝土強(qiáng)度，將噴射混凝土標(biāo)號(hào)由C25調(diào)整為C30。

(7)加強(qiáng)鋼架連接板接頭連接質(zhì)量，M20×65高強(qiáng)螺栓由4顆調(diào)整為6顆，三面滿焊鋼架連接板，以增強(qiáng)鋼架整體性。

(8)采用雙鎖腳，每個(gè)臺(tái)階處在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上均增設(shè)1道鎖腳。

4.2 改進(jìn)施工工藝與工法

(1)三臺(tái)階快速封閉

結(jié)合單線隧道機(jī)械設(shè)備難以施展，利用率較低，開(kāi)挖、運(yùn)輸難度大的情況，研究出了一種適合單線隧道三臺(tái)階不留核心土的快速封閉施工方法，做到上、中、下各臺(tái)階同時(shí)掘進(jìn)。各臺(tái)階長(zhǎng)度不超過(guò)6 m，仰拱初支不超過(guò)6 m，封閉成環(huán)后再次回填，達(dá)到仰拱初支7～8 d內(nèi)封閉成環(huán)。初支封閉成環(huán)距掌子面不超過(guò)15 m，仰拱初支成環(huán)18 m后及時(shí)施作仰拱襯砌，開(kāi)挖工藝、工法如圖7所示。

(2)非爆破開(kāi)挖

在試驗(yàn)過(guò)程中，把鉆爆法開(kāi)挖改為機(jī)械法開(kāi)挖，即采用銑挖機(jī)開(kāi)挖以減小鉆爆法開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)。開(kāi)挖效果良好，但工效低，成本高，最后仍采用鉆爆法施工。

(3)采用快速注漿

在打鉆和立架工序時(shí)，施作徑向注漿及鎖腳錨管注漿，以提高施工效率，減少工序用時(shí)。

圖7 開(kāi)挖工藝、工法示意圖(cm)

4.3 加強(qiáng)施工管理

(1)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，及時(shí)探明地質(zhì)情況。

(2)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)評(píng)定變形收斂測(cè)結(jié)果。

(3)加強(qiáng)工序管理，做到“快挖、快支、快封閉”，嚴(yán)格施工過(guò)程控制，并根據(jù)變形情況合理確定施作二襯時(shí)間。

4.4 效果對(duì)比分析

以D2K 130+437～D2K 130+452段進(jìn)行效果對(duì)比分析，采用鉆爆法施工，預(yù)留變形量為40 cm，封閉成環(huán)時(shí)間8～12 d。該段采用上述措施后，變形得到有效的控制，斷面D2K 130+445拱頂(GD)累計(jì)沉降147.7 mm，上臺(tái)階(SL-1)累計(jì)收斂210.34 mm，下臺(tái)階(SL-2)累計(jì)收斂269.47 mm。其沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)和變形趨勢(shì)如圖8所示。

圖8 斷面D2K 130+445沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)和變形趨勢(shì)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)中老鐵路會(huì)富萊軟巖隧道施工中的大變形問(wèn)題，從分析變形區(qū)段圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、區(qū)域地應(yīng)力、圍巖松動(dòng)圈等著手，分析判定了隧道軟巖的特性和大變形等級(jí)。然后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，通過(guò)改善結(jié)構(gòu)受力、調(diào)整支護(hù)參數(shù)，改進(jìn)施工工藝和工法，加強(qiáng)施工管理等措施，有效控制了圍巖變形，確保了后續(xù)施工的順利進(jìn)行，可為同類工程的施工提供借鑒參考。