試論蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施

唐紹武

摘要：在蘭渝鐵路實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的情況，其特征體現(xiàn)在多方面，包括了松散型大變形、擠壓型大變形等。值得注意的是，為了提高該工程隧道施工的質(zhì)量，有必要在充分了解、剖析其大變形特征的基礎(chǔ)上，實(shí)施有針對(duì)性的施工控制措施。本文便重點(diǎn)圍繞“蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施”進(jìn)行研究，以期提高該工程施工的質(zhì)量及安全性。

Abstract： During the actual construction of the Lanzhou-Chongqing Railway， it was found that there was a large deformation in the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway. The characteristics of large deformation are reflected in many aspects， including loose large deformation and extrusion large deformation. It is worth noting that in order to improve the quality of tunnel construction， it is necessary to implement targeted construction control measures based on the full understanding and analysis of its large deformation characteristics. This paper focuses on the "large deformation characteristics and construction control measures of the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway" to improve the quality and safety of the construction.

關(guān)鍵詞：蘭渝鐵路木寨嶺;大變形特征;施工控制措施;質(zhì)量;安全性

Key words： Lanzhou-Chongqing Railway Muzhailing;large deformation characteristics;construction control measures;quality;safety

中圖分類號(hào)：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）11-0132-03

0 ?引言

隧道大變形，影響隧道施工的順利、有序進(jìn)行，并且在未能采取有效控制措施的情況下，還會(huì)嚴(yán)重影響隧道施工的質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)期間的安全性。在蘭渝鐵路施工建設(shè)期間，發(fā)現(xiàn)存在大變形的問題，此問題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了施工的質(zhì)量、進(jìn)度及安全性。所以，需充分了解其產(chǎn)生大變形的原因，進(jìn)一步實(shí)施有效的改進(jìn)措施[1]，比如優(yōu)化施工工藝，采取先進(jìn)的現(xiàn)代化施工技術(shù)等。總之，為了蘭渝鐵路木寨嶺隧道工程施工質(zhì)量及安全性的提高，對(duì)其大變形特征及施工控制措施進(jìn)行研究具備一定的價(jià)值意義。

1 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道工程簡(jiǎn)述

蘭渝鐵路木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鄉(xiāng)漳河西岸，止于岷縣梅川鎮(zhèn)素子溝內(nèi)楊家臺(tái)村，線路基本呈北向南走向，橫跨漳縣與岷縣;左線進(jìn)口里程DK173+320，出口里程DK192+370，全程長(zhǎng)為19050m;右線進(jìn)口里程DyK173+321.5，出口里程Dy192+390，全長(zhǎng)19068.5m，隧道深埋最大約為600m。隧道巖性包括按時(shí)代由新到老分別包括了第四系、第三系、二疊系，巖性以礫巖、泥巖夾砂巖為主等等[2-3]。存在節(jié)理裂隙及揉皺等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象發(fā)育，遭遇構(gòu)造的影響，巖體存在破碎的明顯特征，或富含地下水，前期地質(zhì)勘查預(yù)測(cè)最大涌水量是正常涌水量的3倍。該工程存在隧道大變形的問題，主要表現(xiàn)為松散型大變形與擠壓型大變形。

2 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征分析

在上述工程簡(jiǎn)述中，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的問題，此問題的出現(xiàn)將會(huì)影響施工的進(jìn)度、質(zhì)量及安全性。因此，有必要對(duì)其產(chǎn)生大變形的特征進(jìn)行深入分析研究。下面從本工程隧道大變形的基本特點(diǎn)、類型兩方面進(jìn)行闡述，具體包括：

2.1 隧道大變形基本特點(diǎn)

在隧道修建過程中，發(fā)現(xiàn)蘭渝鐵路木寨嶺隧道2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)以及7號(hào)斜井都發(fā)生了圍巖大變形的問題，其存在的水平收斂變形較為突出，在變形量上非常大，且變形的發(fā)展速度非常快。在變形初始階段，混凝土表面發(fā)生了開裂的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為環(huán)向裂縫及縱向裂縫，且發(fā)生了支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)鼓及拱架扭曲的問題。

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，變形主要表現(xiàn)為噴射混凝土表面開裂，考慮到變形能夠得到有效遏制，項(xiàng)目部門針對(duì)斜井變形段落實(shí)施了應(yīng)急處理措施，使得變形問題得到一定程度的緩解，但是累計(jì)變形值依舊較大，部分區(qū)域發(fā)生了變形量持續(xù)增加，出現(xiàn)初支噴射混凝土脫落及拱架扭曲變形等問題;與此同時(shí)，一些地段因?yàn)樽冃嗡俾瘦^大，最大每天可達(dá)到600mm，累積變形量非常大，因此針對(duì)此段采取了二次套拱及拆換拱的解決方案[4]。

此外，以7號(hào)斜井為例，其發(fā)生隧道變形范圍最大，經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)，其變形范圍從洞口30m附近起大約有300m，變形位置拱架扭曲，噴混凝土開裂，有環(huán)向裂縫與縱向裂縫兩種，針對(duì)變形段采取了二次套拱的發(fā)生，使得變形得到有效控制。

根據(jù)工程實(shí)際情況，雖然采取一定的控制措施，使得變形得到有效控制，但是考慮到后續(xù)施工的質(zhì)量及安全性能夠得到有效保障，有必要分析大變形的類型及相關(guān)原因，以此為進(jìn)一步控制措施方案的明確提供客觀、科學(xué)的依據(jù)。

2.2 隧道大變形類型

本隧道工程大變形的類型有兩大類，即：松散型大變形與擠壓型大變形，具體表現(xiàn)為：

①松散型大變形。從松散型大變形的特征分析，于掌子面開挖的數(shù)日時(shí)間中，變形表現(xiàn)為連續(xù)變大，給予有效支護(hù)方案后，變形速率得到有效減緩，但在大概一個(gè)月之后，變形發(fā)生突變的現(xiàn)象，其突變發(fā)生的變形量較大。通過分析可知，基于高地應(yīng)力條件下，發(fā)生跳躍式增長(zhǎng)變形問題，且此問題和隧道圍巖存在關(guān)聯(lián)系，主要是軟弱圍巖會(huì)發(fā)生松動(dòng)圈，且非高地應(yīng)力自身會(huì)對(duì)圍巖形成擠壓型變形。綜合考慮，對(duì)于松散型大變形，需加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度及密貼性，并在施工期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，以此使大變形問題得到有效解決[5]。

②擠壓型大變形。從擠壓型大變形的特征分析，基于掌子面開挖一段時(shí)間之后，變形持續(xù)平緩增長(zhǎng)，變形速率在受到臺(tái)階施工的影響下，會(huì)引發(fā)變大的情況，但是變形主要表現(xiàn)為收斂穩(wěn)定。研究分析，主要是基于高地應(yīng)力條件下，軟巖及破碎巖體的強(qiáng)度難以承受隧道開挖引發(fā)的應(yīng)力集中，進(jìn)一步出現(xiàn)塑性剪切滑移，最終使圍巖變形現(xiàn)象非常顯著。綜合考慮，針對(duì)擠壓型大變形，需加強(qiáng)對(duì)高地應(yīng)力大變形地區(qū)的分析研究，做好工程拆換及防護(hù)工作。

3 ?相關(guān)施工控制措施的實(shí)施探究

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致隧道大變形的原因和地質(zhì)條件、巖性情況、支護(hù)參數(shù)、地下水以及施工工藝等因素密切相關(guān)。為了改進(jìn)隧道大變形，進(jìn)一步提高施工的質(zhì)量及安全性，便有必要采取有效的控制措施。總結(jié)起來，包括：

3.1 施工原則

結(jié)合上述分析，同時(shí)根據(jù)本工程隧道施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于大變形隧道，需遵循的基本施工原則為：一方面，做好支護(hù)的強(qiáng)化作業(yè)，及時(shí)進(jìn)行封閉作業(yè)，并確保初期支護(hù)一次性到位，避免拆換。另一方面，對(duì)于二次支護(hù)，需在適宜的時(shí)間段進(jìn)行，使變形控制高效、安全、經(jīng)濟(jì)。此外，掌握現(xiàn)代化施工工藝要求，充分落實(shí)科學(xué)的施工技術(shù)要點(diǎn)，確保施工的質(zhì)量及安全性得到最大化的提升。

3.2 施工工藝要求

在本工程隧道大變形施工過程中，需掌握必要的施工工藝要求，總結(jié)起來包括：

①對(duì)斷面曲率加以優(yōu)化，其結(jié)構(gòu)形式需統(tǒng)一，均選擇圓形或者近圓形，見圖4。

②對(duì)于變形段仰拱與鋪底施工，避免半幅施工，對(duì)于大坡度有軌斜井底部開挖與噴射混凝土施工，適合使用臺(tái)階法，使結(jié)構(gòu)沿斜面形成的滑移得到有效控制[6-7]。

③在發(fā)生大變形之后，需及時(shí)采取臨時(shí)支撐措施，且于支撐加固之后，需針對(duì)兩側(cè)采取初支后進(jìn)行注漿加固作業(yè)，使初支結(jié)構(gòu)和地層的聯(lián)結(jié)力得到有效增強(qiáng)，見圖5。

④對(duì)于容易引發(fā)比較大的變形段，基于開挖過程中，需預(yù)留足夠的變形量，并預(yù)留二次支護(hù)空間，使施工需要的隧道凈空要求得到有效保障，對(duì)于其預(yù)留量，需結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步加以明確。

⑤以臺(tái)階法施工作為導(dǎo)向，開挖作業(yè)完成之后，及時(shí)進(jìn)行初噴作業(yè)，分級(jí)、適時(shí)進(jìn)行深孔錨桿、錨索及多層支護(hù)，在施工過程中，需結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格施工。

⑥針對(duì)變形段，需設(shè)置初支仰拱鋼架，并和上部拱墻鋼架封閉成環(huán)。

⑦對(duì)工藝控制加以規(guī)范，按照施工作業(yè)規(guī)范嚴(yán)格操作濕噴作業(yè)，并對(duì)工序加以優(yōu)化，嚴(yán)格控制爆破，使混凝土質(zhì)量得到有效保障，進(jìn)一步確保支護(hù)的強(qiáng)度。

⑧為了確保結(jié)構(gòu)工藝水平的提高，需保證初期支護(hù)一次到位，針對(duì)大變形控制難度大的情況下，可采取變形預(yù)留的方法，并通過量測(cè)將結(jié)果反饋，利用支護(hù)分層及分次作業(yè)，確保支護(hù)可以對(duì)變形得到有效的控制[8]。

⑨對(duì)鋼架縱向連接進(jìn)行強(qiáng)化，使初支結(jié)構(gòu)整體承載能力得到有效提升，使鋼架局部扭曲得到有效避免。

3.3 技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)

在隧道大變形控制過程中，相關(guān)技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)包括：

①結(jié)合監(jiān)測(cè)信息反饋，對(duì)變形控制標(biāo)準(zhǔn)加以確定，將二次支護(hù)空間預(yù)留下來，并分次進(jìn)行二次支護(hù)，確保變形得到有效控制。

②對(duì)二次襯砌的厚度進(jìn)行加大，使后期變形得到有效控制;由于軟巖段變形存在變形時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，考慮到二次襯砌可以有效抵抗后期變形，將二次襯砌厚度適當(dāng)增加，避免二次襯砌強(qiáng)度不足及開裂的現(xiàn)象的發(fā)生。

③結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合支護(hù)參數(shù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)成果進(jìn)行分析，并對(duì)施工參數(shù)及時(shí)優(yōu)化，針對(duì)變形很難控制的地段，基于施工過程中遵循“先放后抗”的原則，使施工的安全性得到有效保證;進(jìn)一步結(jié)合監(jiān)測(cè)信息的優(yōu)化，對(duì)后續(xù)施工給予支持，確保施工的連續(xù)性。

④為了使鋼架抗扭性能得到有效強(qiáng)化，可采取H型鋼替代工字鋼;對(duì)鋼架節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)化，確保螺栓連接強(qiáng)度不比鋼架自身強(qiáng)度低，進(jìn)一步利用鎖腳錨桿加固鋼架連接板處。此外，通過早強(qiáng)噴射混凝土初期強(qiáng)度發(fā)展快速的特點(diǎn)，使隧道變形速度得以控制。

4 ?結(jié)語

通過本文的研究，認(rèn)識(shí)到蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形問題較為突出，主要的大變形類型包括松散型大變形和擠壓型大變形。為了提高施工的質(zhì)量及安全性，便需采取有效施工措施，處理大變形問題。一方面，需了解隧道大變形的特征及產(chǎn)生的原因;另一方面，掌握施工工藝手段以及變形控制技術(shù)方法等。總之，相信通過隧道大變形控制措施的實(shí)施，能夠使隧道大變形得到有效控制，進(jìn)一步為該工程施工整體質(zhì)量及安全性的增強(qiáng)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀鐵剛.鐵路施工項(xiàng)目的成本控制措施[J].產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究，2018（08）：91-92.

[2]葉康慨.蘭渝鐵路木寨嶺隧道嶺脊核心段擴(kuò)拆技術(shù)[J].隧道建設(shè)（中英文），2018，38（04）：640-648.

[3]李軍，雷明鋒，林大涌.城市地鐵盾構(gòu)隧道下穿運(yùn)營(yíng)鐵路施工控制技術(shù)研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（02）：174-179.

[4]章衛(wèi)衛(wèi)，張小翠.蘭海高速木寨嶺隧道主要工程地質(zhì)問題及勘察對(duì)策[J].資源信息與工程，2018，33（02）：155-156.

[5]黃彥彬.蘭渝鐵路木寨嶺隧道嶺脊段無砟軌道改為有砟軌道結(jié)構(gòu)形式分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2018，62（04）：68-72.

[6]卜曉東.鐵路施工安全質(zhì)量管理與控制措施探討[J].科技與企業(yè)，2014（14）：88.

[7]黃明利，趙建明，譚忠盛，李沿宗.蘭渝鐵路木寨嶺隧道嶺脊段襯砌-圍巖結(jié)構(gòu)體系變形受力特征分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2016，53（06）：89-99.

[8]張桂.鐵路電務(wù)信號(hào)停用的施工控制措施分析[J].科技與企業(yè)，2016（09）：234.