新蜀河隧道炭質片巖變形段施工技術

茍耀輝

摘要：針對襄渝二線新蜀河單線鐵路隧道出現大段落炭質片巖，引發大規模初期支護變形侵限，給施工帶來重大安全、工期挑戰。本文結合現場施工經驗教訓，總結了變形段施工技術控制措施，對類似工程具有一定的參考作用。

Abstract： The plentiful carbonaceous schist in Xinshuhe single track railway tunnel of the second Xiangyu line causes the large-scale primary support triggered massive invasion and brings major challenges for security and construction period. Combined with the on-site construction experience， this paper summarizes the technical control measures of the deformation period of construction to provide references for the similar projects.

關鍵詞：隧道；變形段；施工

Key words： tunnel；deformation section；construction

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0160-02

0 引言

新蜀河隧道全長8989m，為襄渝二線胡安段第一長隧，是全線控制工程之一。受炭質片巖軟弱地質影響，初期支護變形量大且持續時間長，變形不宜收斂，極易引起初期支護變形侵限，在對初期支護拆換過程中易引發坍方造成人員傷亡等安全事故。因此，對變形段的施工技術控制就顯得尤為重要。本文以炭質片巖變形基本認識，施工過程中采取的主要施工技術措施及施工體會為切入點，闡述了新蜀河隧道變形段施工技術，為安全順利完成隧道施工提供了有力的技術保障。

1 工程項目基本情況

新蜀河隧道位于滬漢蓉通道胡家營至安康段陜西旬陽縣境內，隧道全長8989m，為襄渝二線胡安段第一長隧道，是全線控制性工程之一。新蜀河隧道分4個工區組織施工，進出口及2座斜井工區，自2005年10月進場施工到2009年9月底建成通車，歷時4年。受炭質片巖軟弱地質影響，從DZK224+025至DZK226+378段2353m連續出現大變形，隧道初期支護施做后出現變形侵限嚴重，造成多次拆換，施工進度緩慢，成本壓力很大，安全風險陡增。據統計共發生圍巖變化238次，原設計Ⅳ級圍巖長度1852m，變更為4317m；原設計Ⅴ級圍巖長度357m，變更為2057m。施工過程中幾乎Ⅳ～Ⅴ級圍巖段均發生了不同程度的變形，尤其是Ⅴ級圍巖有水地段，水平收斂單側最大變形量達2250mm，下沉量達1900mm，且出現多次坍方，給工程帶來了很大困難。

2 對變形的基本認識

新蜀河隧道炭質片巖是沿片理面蠕消流變的弱質巖。片理面蠕消受區域構造擠壓，扭曲揉皺非常明顯，節理構造面非常光滑，巖體不完整，c、？準值大幅下降，從而在山體壓力作用下產生蠕消作用，是導致大變形的主要原因。變形具有流變特性，在初期支護約束下仍然發生變形，主要是巖石強度低、壓力大，地下水作用進一步降低了c、？準值，同時存在消動面對流變有放大的作用。

其主要變形特征為：

①變形量大。隧道開挖支護后，日水平收斂變形30～50mm。如：DZK224+780處，10天累計變形量606mm，20天累計變形量936mm，最大變形達到1250mm，引起初期支護侵限及褶皺扭曲。如圖1、圖2所示。

②變形速率快。隨著隧道掘進，上臺階開挖掌子面爆破、下臺階開挖及仰拱開挖等施工擾動，加劇了初期支護變形速度。

③變形持續時間長。隧道開挖支護后變形趨勢一般經過阻尼、勻速變形和加速變形三個階段，圍巖蠕變比較嚴重，持續很長時間，施作護拱后依然變形。

④變形分布不均勻和不對稱。從炭質片巖段初期支護變形位移量值和破壞程度表明，不同地段變形持續特征不同，同一斷面上水平收斂明顯大于拱頂下沉，拱頂下沉一般在50mm左右，水平收斂一般大于500mm。局部段落達到1200m以上。且右側變形大于左側，呈不規則性。

⑤變形呈重復性、突發性特點。由于隧道初期支護持續收斂變形侵限，需反復對初期支護拱架，格柵進行拆除，每次拆換后，變形依然很大，且變形加速，極易發生突變，造成圍巖失穩坍塌。

3 采取的主要施工技術措施

3.1 優化支護參數

①加強超前支護措施：超前小導管產度由3m增長到4.5m，每循環均打設形成多重超前支護，環向間距由40cm縮小為30cm；②加強型鋼的鋼架間距，鋼架Ι20間距由60cm變為50cm，并在接頭處每側增加4根鎖腳錨管；③單層鋼筋網增加為雙層鋼筋網；④采取了徑向補充注漿和深部注漿措施；⑤增設長錨桿，錨桿長度由3.0m增加為5～6m；⑥加大開挖預留沉落量及二襯斷面。

3.2 合理施工方法

按照軟巖隧道施工：“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的指導原則，合理選擇施工方法。

新蜀河隧道采用“三臺階臨時仰拱法”施工，很好地解決了以下問題： （如圖3示意圖，圖4施工圖）

①臺階法能及早提供成環的條件，給快支、快封閉打下了基礎；②臨時仰拱有效的解決了圍巖突變問題；③施工中在臨時仰拱約束下，先施工正式仰拱，后拆除臨時仰拱，使初期支護未發生突變或較大變形下，形成了封閉結構，大大減小了變形量；④可盡早實現二次襯砌，體現強支理念，大大減小了初期支護局部變形侵限的拆換工作量，有利于進度，有利于成本。

3.3 嚴格掌距管理

為方便和滿足施工所需工作條件，上中下三臺階長度嚴格控制在5m以內，形成超短臺階作業。在每步臺階底部采用鋼架加鎖腳錨桿，以補強拱腳的穩定性，嚴格控制步長，在主要變形位置增設橫撐（起拱線、大跨）。

正臺階施工，在起拱線部位增設臨時仰拱，采用工20型鋼按照鋼拱架的間距設置，灌注C20砼厚度32cm。

3.4 針對隧道變形的特點，結合現場監控量測數據，增加了預留變形量，由設計的15cm增加到30cm，根據右側變形大的特點，又對右側加大預留變形量到45cm。

4 結束語

綜上，經過對新蜀河隧道炭質片巖的初步接觸到在施工中逐步認識和摸索，對炭質片巖的形成機理和變形特征有了一個較為清晰的認識和直觀的印象。在施工中根據炭質片巖的變形特點，不斷優化施工組織和改變施工方案，逐步在摸索中形成了解決炭質片巖有效的施工方案。

經監控量測資料顯示：采用三臺階臨時仰拱法施工，隧道水平收斂明顯小于拱頂下沉，施做臨時仰拱后水平收斂值日均不到10mm較原收斂值減小了三分之二，工程措施效果明顯。大大降低了初期支護拆換和坍方的危險，成功的解決了炭質片巖這種地質隧道的施工難題。

參考文獻：

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