單線隧道軟巖大變形處理技術

劉軍成

（中國鐵建十六局集團第三工程有限公司,浙江湖州313000）

單線隧道軟巖大變形處理技術

劉軍成

（中國鐵建十六局集團第三工程有限公司,浙江湖州313000）

隧道軟巖大變形是隧道施工中的難點，初期支護變形會造成侵限換拱甚至大塌方，對施工單位造成巨大的經濟損失。因此，在軟巖隧道施工中，控制初支變形尤為重要。以麗香鐵路圓寶山隧道3#橫洞工區施工為例，在現場工程實踐的基礎上，著重對單線鐵路隧道軟弱圍巖地段施工工藝、所采取的技術參數等進行了介紹，并對監控量測及應力數據進行了分析，以期能為今后同類工程提供參考和借鑒。

軟巖大變形；換拱；鐵路隧道；處理技術

1 工程概況

1.1 設計概況

新建鐵路麗江至香格里拉線四標段（站前工程）圓寶山隧道位于虎跳峽站～螺螄灣站區間，進口里程D K65+776，出口里程D K76+382，全長10 606m。隧道路線縱坡：進口D K65+776～D K76+382全隧道為單面上坡，坡率依次為6‰（564 m長）、21‰（350 m長）、28.1‰（6 750 m長）、28.5‰（1 610 m長）、28.1‰（750 m長）、16‰（350 m長）、1‰（232 m長）上坡。線路平面：除洞身D K66+438.89～D K67+ 391.40段952.389 m位于半徑為2 000的右偏曲線上，D K71+494.31～D K73+292.50段1 798.19 m位于半徑為1 600的左偏曲線上和D K75+057.10～D K76+055.29段998.19 m位于半徑1 600的右偏曲線上外，其余地段為直線。

隧道進口緊鄰螺絲灣三線中橋橋臺，出口緊鄰花椒坡三線中橋橋臺，螺絲灣車站伸入隧道進口445 m，花椒坡車站伸入隧道出口端152 m，隧道洞身最大埋深約680 m，最小埋深約40 m。

為解決施工場地、滿足施工工期、施工通風、防災救援及棄渣等需要，全隧共設4座橫洞，1號、2號、3號、4號橫洞全長分別為692 m、1 742 m、65 0m、1 189 m，除3號橫洞采用雙車道無軌運輸外，其余橫洞均采用單車道無軌運輸

1.2 地質概況

圓寶山隧道3#橫洞工區正洞屬剝蝕構造剝蝕深山峽谷地貌，相對最大高差達1 025 m。隧道區地表上覆蓋第四系全新人工棄土塊石土、滑坡堆積層，崩坡積塊石土、泥石流堆積層、沖洪積層漂石頭、坡洪積層粉質粘土、粗角礫土，下伏基巖為三迭系上統白云質灰巖夾板巖、下統板巖、千枚巖夾灰、炭質板巖，巖質較軟。測區為單斜構造，受區域性構造影響，其間褶曲發育，巖體節理裂隙發育，巖體破碎，完整性較差。地表水為溝槽水，較發育；地下水主要為基巖裂隙水，特殊巖體為炭質板巖，巖溶弱發育，地下水較不發育，但在灰巖與可溶巖接觸處可能存在較大的涌水。隧道通過區巖質較軟，節理裂隙發育，巖體破碎，開挖后巖體易產生大變形，初支開裂脫落掉塊。

1.3 工程特點

1.3.1 海拔高，氣候多變

圓寶山隧道位于沖江河左岸，凹的別溝至側任河之間。地面高程為2 375～3 400 m，相對高差1 025 m。隧區斜坡較陡峻，植被發育，以灌木叢，松樹林為主，次為雜樹林，低緩凹地及溝谷地帶多墾為旱地。由于特殊的地理環境，懸殊的地貌差異，因而構成獨特的“一山分四季”的立體氣候。

1.3.2 山高溝深，施工難度大

隧區泥石流只要為隧道進口前凹的別泥石流溝，橫洞口與公路高差近400 m的高差，沿線多為懸崖峭壁，便道施工難度非常大。隧道棄渣運距大，需投入的機械、材料、人工也要增加，施工成本增大，安全風險點也增多，管理協調難度大。

1.3.3 隧道工程地質復雜，施工風險高

本線位于印度板塊俯沖歐亞板塊的縫合帶、青藏高原南東緣之橫斷山脈中段，區域地質比較復雜，廣泛發育滑坡、巖溶、巖堆、危巖落石、泥石流、高地應力、有害氣體等不良地質；可溶巖分布廣泛，巖溶對隧道影響最大。深大活動斷裂極為發育，新構造運動、地震活動強烈，巖體破碎疏松，滑坡、崩塌、錯落體等不良地質密集、范圍大，具成群分布，泥石流、巖溶、高地應力等不良地質問題十分突出。圓寶山隧道風險等級為I級風險隧道。

2 大變形段設計情況

2.1 設計參數

圓寶山隧道3#橫洞工區正洞D1K72+420～D1K72+450段采用“大變形II型襯砌斷面圖”，隧道內輪廓不變，參照麗香隨變附01-07（H≥2 500 m），預留變形量40 c m，開挖輪廓線邊墻曲率加大。全環采用I20b鋼架，間距0.5 m/榀，鋼架間縱向連接鋼筋采用25鋼筋，“Z”形布置，設于鋼架內側（靠二襯側），鋼筋縱向接頭應相互錯開,鎖腳采用42鎖腳錨管，4 m每根，與鋼架焊接牢固；同時加強各臺階底部鋼架縱向墊槽鋼的施工工藝，確保鋼架系統整體穩定性；拱部設42超前小導管，每根長3.5 m，環向間距0.4 m，縱向間距2 m，系統錨桿拱部組合中空錨桿，邊墻采用藥包錨桿，長度4.0 m，非對稱性施工。

2.2 施工工法

圓寶山隧道3#橫洞工區D1K72+420～D1K72+ 450段施工按臺階法組織施工，以兩臺階為主，必要時采用三臺階，由于巖體較軟弱、破碎，為了防止減少大爆破對圍巖的擾動，開挖方法挖掘機帶破碎頭開挖為主，弱爆破為輔的開挖方法。開挖進尺控制在1榀拱架間距之內（即50 c m）。為保證初支及時閉合成環，下臺階初支和仰拱初支一起施工，單次施工鋼架2榀。

2.3 自主加強參數

當初支收斂較大，設計參數不能滿足初支變形時，可采用下列幾種加固措施。

2.3.1 橫撐加固

對初支開裂及脫落部位進行橫撐加固，采用I25b雙排鋼架，上下排距2 m，縱向間距1.5 m，采用22連接筋，間距1 m。

2.3.2 徑向注漿加固

2.3.3 錨筋樁加固

變形較大時采用錨筋樁進行加固，錨孔采用高壓壓注砂漿后，插入32砂漿錨桿，錨桿長度9 m，墊板采用20 c m×20 c m鋼板，固定于鋼架處。

2.4 施工情況

圓寶山隧道3#橫洞工區大變形段于2016年7月1日開始施工，8月25日，由于變形較大，初支開裂嚴重，預留變形量已經不能滿足收斂變化規律，于是同時采取了橫撐加固、徑向注漿加固及錨筋樁加固等措施，施工至2016年8月31日，施工里程起訖里程D1K72+420～D1K72+462，累計42 m。

3 收斂變形及應力情況

3.1 收斂變形情況

初支由施工上臺階開始變形過大，集中侵限于中臺階，故目前施工參數無法確保初期支護不侵限。

從總體上看，留抵稅額大部分集中在進項稅倒掛的企業和前期投入較大的企業。這些企業迫切希望政策的放寬。另外，5月增值稅新政革新后，運輸公司出具的是10%的進項稅發票，但是物流公司出具的是6%的銷項稅發票，這就引致了留抵稅額的產生。再者，各個區域發展的不均衡也會出現這類問題，東部地區物產豐富，資源儲備完整，但是中西部地區各基礎設施及其資源相對比較薄弱，二者的差距就造成了企業間的稅負不均勻，西部欠發達地區更加容易發生留抵稅額。

3.2 應力監測情況

D1K72+440斷面各個位置應力監測情況見圖1～圖3。

圖1 D1K72+440圍巖壓力分布圖

圖2 D1K72+440鋼架應力分布圖

圖3 D1K72+440錨桿軸力分布圖

通過以上D1K72+440處圍巖壓力、鋼架應力及錨桿軸力分布圖顯示：

（1）圍巖壓力最大測點出現在拱頂（1.223M P a）、右拱腰（0.422 MPa）及左拱腰（0.089 MPa），8月19日以后，拱頂壓力逐漸減弱，左拱腰受力較小。

（2）鋼架應力最大測點出現在拱頂上（-85.93M P a）、右拱腰下（60.03 MPa）、拱頂下（-40.94 MPa）及左拱腰下（35.99 MPa），數據顯示，前期應力上升較快，三天后大部分呈下降趨勢。

（3）錨桿軸力最大測點出現在右拱腰2（22.82 k N）、右拱腰3（22.66 k N）)、拱頂4（20.86 k N）及右拱腰1（19.49 k N），后期除左拱腰1表現為壓應力外，其余均表現為拉應力，并有緩慢增加的趨勢。

綜上分析，D1K72+440段受力前期上升較快，后期變化較為平緩。

3.3 結果分析

在安裝鋼架鋼筋計并進行初期支護后的初始時刻，接觸應力值接近于零值，或呈微小負值，表示尚未形成終凝強度的混凝土噴層與鋼架之間處在非擠壓狀態。隨著隧道開挖的向前進行，噴射混凝土達到終凝強度，開挖空間增大和圍巖向隧道內位移，使拱頂及拱腰接觸應力上升。應力上升較快主要集中在埋設后的15 d內，后期相對穩定。

4 實驗數據資料整理

土壓力（圍巖壓力）：“+”受壓。

應力計（鋼架內力）：“-1”表示鋼拱架內側，即靠近圍巖側，“-2”表示鋼拱架外側，即遠離圍巖側；監測結果“-”為受壓，“+”為受拉。

鋼筋計（錨桿軸力）：“-1～-4”表示從圍巖里到外的順序，監測結果“-”為受壓，“+”為受拉。

圓寶山隧道3#橫洞工區D1K72+440斷面大變形監測情況如下：

（1）圍巖壓力3組監測結果顯示：最大壓力出現在拱頂及右拱腰，數據為1.223 MPa、0.422 MPa；最小壓力出現在左拱腰，最大壓力0.089 MPa。

（2）鋼架應力6組監測結果顯示：最大壓力出現在拱頂上、右拱腰下和拱頂下，數值為60.03 MPa、35.99 MPa；最大拉力出現在拱頂上和拱頂下，數值為-85.93 MPa、-40.94 MPa；左拱腰上受力相對較小，最大值為12.96 MPa。

（3）錨桿軸力12組監測結果顯示：最大拉力出現在右拱腰2、右拱腰3及拱頂4，數值為22.82 k N、22.66 k N及20.86 k N；最小應變出現在左拱腰1，數據為-0.5 k N。

5 結論

5.1 原因分析

根據圓寶山隧道3#橫洞工區試驗段施工情況，目前仍然變形較大，存在初支開裂現象，主要原因：

（1）隧道通過區巖質較軟，節理裂隙發育，巖體破碎，開挖后存在股狀涌水，巖體遇水易產生大變形。

（2）在下臺階鋼架支護時，上臺階或中臺階鋼架已發生變形，上下連接鋼板不能密貼，拱架不夠順直。

（3）鎖腳施工施做不到位，錨孔過小，注漿擴散范圍較小，固結力較差。

（4）超前和鎖腳注漿效果差，無壓力、且導致圍巖遇水后，軟化加劇。

5.2 技術總結

初支在圍巖、鋼架、錨桿及噴混凝土等相互作用下達到受力平衡體系，當累計收斂達到一定程度，受力平衡被打破，表現為急劇收斂，產生鋼架扭曲、斷裂及塌方現象。

初支錨筋樁屬于主動約束，既能有效控制初支前期變形又能有效抑制初支后期變形，防止二襯變形開裂。

徑向注漿及臨時橫撐能起到阻止變形加劇的作用，徑向注漿能對周邊圍巖起到固結，能有效抑制初支后期變形。臨時橫撐對急劇變形起到較好的阻止作用。

U455.49

B

1009-7716（2017）06-0217-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.064

2017-03-06

劉軍成（1980-），男，山東鄄城人，工程師，從事項目施工管理工作。