復雜地質(zhì)隧道軟弱圍巖變形支護及監(jiān)測技術

摘? 要：云屯堡隧道地形地質(zhì)條件復雜，施工中出現(xiàn)多處大變形，基于此本文以云屯堡隧道工程為例，針對變形過大問題，通過采取合理的施工方案，對變形進行有效控制，同時做好變形監(jiān)測工作，確保變形處于可控范圍之內(nèi)，以此保障施工安全，同時為類似工程應用提供參考。

關鍵詞：隧道;軟弱圍巖;支護;變形監(jiān)測

中圖分類號：U456.33? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0引言

西南地區(qū)地形具有切割強烈、地質(zhì)構造復雜、地質(zhì)活動活躍、地震作用顯著等特點，巖性條件極為軟弱破碎[1]，易形成高應力、高地震烈度等地質(zhì)災害風險。由于地區(qū)環(huán)境復雜，在隧道軟弱圍巖施工中，極易發(fā)生大變形，因此對工程進展帶來較大的困難。

本文結合成蘭鐵路云屯堡隧道5#橫洞工區(qū)軟弱圍巖大變形地段，對施工過程中出現(xiàn)的變形原因進行分析，并結合現(xiàn)場變形特點，進行變形監(jiān)測以及變形控制，保證隧道的穩(wěn)定性與安全性[2]。

1工程概況

云屯堡隧道位于四川省境內(nèi)，地質(zhì)條件比較復雜，出現(xiàn)了典型的“四極三高”特征。該隧道線路上的巖體大多是軟弱破碎板巖、炭質(zhì)板巖、千枚巖等，由于該地區(qū)巖層構造比較復雜，地質(zhì)活躍，很容易出現(xiàn)擠壓變形、揉皺變形，巖性較差，因此其為Ⅱ級高風險隧道。在隧道施工過程中，出現(xiàn)了多處大變形現(xiàn)象，且各處變形類型不相同。

2軟弱圍巖變形段施工技術

2.1變形原因

云屯堡隧道位于龍門山斷裂褶皺帶與甘孜松潘褶皺帶的復合部位，所處地形比較特殊[3]，軟硬互層狀地層巖體極為破碎，具有“三高、四極、五復雜”的特征。在施工中受到人為因素與環(huán)境因素的影響，很容易因為受到擠壓而出現(xiàn)較大變形。

2.2施工方案

對于隧道變形的處理方案，施工中堅持“控制變形”為前提，“優(yōu)化輪廓、分步預留、錨撐結合、快速封閉、動態(tài)調(diào)整”為基本原則[4]。

（1）對于微型、中型變形，主要采取優(yōu)化洞形，強化措施，保護圍巖的原則進行控制。

（2）對于大變形地段，應該采取多層支護，分層施作的原則進行控制。在支護施工中，錨桿的選擇可以使用長短結合的方式，待混凝土噴射完成，要及時制作錨桿，并進行施工操作;另外，采取分步預留的方式對變形量進行預留。

（3）在隧道施工過程中，應該遵循仰拱先行的原則，注意仰拱的填充不能與仰拱混凝土同時灌注，不能留設縱向施工縫。待基底清理干凈才可以進行仰拱及底板的施工。

3大變形處理原則

3.1預留變形量

隧道內(nèi)輪廓不變，開挖輪廓線邊墻曲率加大，設計預留20～25cm變形量。根據(jù)現(xiàn)場實際圍巖變形情況，5#橫洞工區(qū)的大小里程調(diào)整預留變形量為30cm。

3.2開挖

采用臺階法加臨時仰拱施工，分上、下兩臺階及仰拱開挖，及時封閉成環(huán)狀，如圖1所示。上臺階開挖至仰拱初支封閉成環(huán)不應該超過12d。

Ⅴ級圍巖，上臺階每循環(huán)開挖進尺≤1鋼架間距，邊墻每循環(huán)開挖進尺≤2鋼架間距（嚴禁左、右側對稱開挖），仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進尺≦3m，仰拱開挖且封閉距離掌子面≦35m。二次襯砌應及時施工，二次襯砌距離掌子面的距離≦于70m。

開挖臺階上臺階高度：（1）Ⅴ級復合加強4.5m;（2）錨段4.5～4.95m;下臺階高度：（1）中部4.42m;（2）兩側開挖至鋼架C單元底部5.42m;仰拱高度2.53m。

3.3初期支護

3.3.1超前小導管預支護

拱部施作φ42超前小導管，間距0.4m×3.0m（環(huán)向×縱向），每根長4.5m，注水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。

3.3.2 H175型鋼鋼架支護

（1）鋼架架設時可利用系統(tǒng)錨桿作為定位錨桿，縱向間距60cm/榀。相鄰鋼架之間采用呈“Z”形布置的φ22鋼筋縱向連接，設于鋼架內(nèi)側（靠二次襯砌側）。為了提高穩(wěn)定性，要求鋼筋錯頭搭接。另外，臺階底部鋼架縱向墊設槽鋼，以此保證鋼架的穩(wěn)定性與安全性。

（2）采用洞內(nèi)組裝，安裝時可根據(jù)實際情況調(diào)整單元長度，并根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整接頭位置。但是要注意的是不得將鋼架接頭設置在拱頂，嚴格按照規(guī)范要求進行鋼架焊接及螺栓連接。每榀鋼架之間使用螺栓進行連接，拱腳、邊墻腳設置墊槽鋼。

（3）型鋼鋼架與初噴混凝土之間接觸緊密無空隙。如有空隙，應該采用混凝土墊塊進行楔緊，每一榀鋼架按照15處設置，每一處放置一塊1號墊與兩塊2號墊塊，施工過程中可以根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整其數(shù)量與位置。

3.3.3 鋼筋網(wǎng)

拱墻采用φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm。

3.3.4 邊墻系統(tǒng)錨桿

拱部施作長4.0m的Φ22組合中空注漿錨桿，邊墻施作的Φ32自進式錨桿，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向），采用錨桿鉆機鉆孔。

3.3.5 鎖腳錨桿

在鋼架拱腳及墻腳位置，施作8根φ42鎖腳錨管，每根長度為4.5m，注水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。施工過程中鎖腳錨桿的設置角度和方向應結合巖層傾角及走向、節(jié)理發(fā)育方向等確定。一般情況下，當圍巖壓力以垂直壓力為主時，建議增大α角度;當圍巖壓力以水平壓力為主時，建議減小α角度。鋼架腳必須放在牢固的基礎上。當不能利用時應另行設置φ22定位筋，定位筋長1.0m，按環(huán)向間距2.0m布置。

3.3.6 噴射混凝土

采用C30噴射混凝土，拱墻噴射厚度為27cm，仰拱噴射厚度為25cm。

4 監(jiān)控量測

4.1隧道圍巖收斂變形

通過全站儀監(jiān)測隧道圍巖收斂變形數(shù)值，監(jiān)測圍巖及支護系統(tǒng)的力學變化。監(jiān)測點布置如圖2所示。

4.1.1測點埋設

測點由基座和反射膜片組成，基座由5cm×5cm鋼板和φ16mm的鋼筋焊接而成。開挖完成后，將基座固定于初期支護上或錨固在巖壁上，并在基座上粘貼反射膜片。

4.1.2 數(shù)據(jù)采集

全站儀用于數(shù)據(jù)采集。首先在適當?shù)奈恢迷O置全站儀，使其能夠看到測點，然后將測點中心調(diào)平，測量收斂水平線兩端的相對坐標（XA、ya、ZA）和（XB、Yb、ZB）。

4.2隧道拱頂下沉監(jiān)測

通過對隧道拱頂下沉量的監(jiān)測好額數(shù)據(jù)分析，可以看到隧道圍巖和支護系統(tǒng)的力學變化，從而判斷隧道的安全性和穩(wěn)定性。

4.2.1 測點埋設

測點埋設方法與隧道圍巖收斂變形中的埋設方法相同，其中基座換成5cm鋼板及φ<22mm的鋼筋焊接而成。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集

在測量埋設完成以后，將全站儀架設在合適的位置上，并且對中整平，然后開始進行測量任務，將后視基點命名為1，則可以測出與之對應的高程Z1，然后再前視，得到斷面拱頂反射片，獲得與之對應的會高程Z0，那么斷面拱頂反射片中心的高程：H=H1+Z0-Z1。

4.3量測斷面布置

在同一個斷面上，分別布置拱頂沉降、水平收斂變形量測點，布置見表1。

注：按每5m一個斷面

4.4監(jiān)控量測頻率

圍巖拱頂沉降、水平收斂變形采用相同的量測頻率（具體數(shù)據(jù)見表2）。在實際的施工中，量測頻率要結合變形速度和開挖面距離來合理選擇。大變形地段的監(jiān)測頻率應加大，必要時進行實時監(jiān)測。

4.5信息反饋

根據(jù)變形監(jiān)測結果，得出圍巖量測的相關信息，接著進行隧道安全性評價，根據(jù)評價結果制定工程施工方案。

5結語

云屯堡隧道通過實施大變形綜合控制措施，以斷面D6K234+380為例，通過壓力盒檢測圍巖與初支接觸面壓力明顯減小，拱頂總累計收斂569.4mm，上臺階總累計收斂766.9mm，下臺階總累計收斂428.9mm，收斂數(shù)值趨于穩(wěn)定。通過斷面儀檢測，符合要求，因此隧道大變形得到了有效的控制。

（1）隧道極易發(fā)生大變形且難以準確預測，將云屯堡隧道大變形處理段納入動態(tài)設計管理，加強超前地質(zhì)預報。

（2）鑒于隧道地應力復雜多變，應增加地應力測試及結構內(nèi)力監(jiān)測，并開展相關理論分析工作，為大變形段處理措施提供相關參數(shù)，優(yōu)化設計。

（3）根據(jù)設計方案系統(tǒng)開展大變形段的變形和受力監(jiān)測工作，并建立長效監(jiān)測機制。

參考文獻

[1]徐飛，張偉，石少帥，等.強震區(qū)千枚巖隧道塌方預報、成因機制及關鍵治理技術研究[J].鐵道建筑技術，2016（12）：28-32.

[2]姚欣鵬.大干溪Ⅰ號隧道軟弱圍巖大變形機理及其處治技術研究[D].長沙：長沙理工大學，2015.

[3]鄭昌明.高地應力條件下隧道軟巖大變形段的施工控制[J].工程技術研究，2018（08）：146-147.

[4]王浩.成蘭鐵路茂縣段軟巖大變形預測與支護措施研究[D].成都：西南交通大學，2017.

收稿日期：2019-08-10

作者簡介：王鐵（1984—），男，河北霸州人，本科，工程師，研究方向：隧道工程施工技術管理。

Deformation Support and Monitoring Technology of Soft Surrounding Rock in Complex Geological Tunnel

WANG Tie

（China Railway 16th Bureau Group Second Engineering Co.Ltd.，Tianjin? 300000）

Abstract：Yuntunpu tunnel has complex topographical and geological conditions and many large deformations in construction. Based on this， this paper takes yuntunpu tunnel project as an example， aiming at the problem of large deformation， through taking a reasonable construction scheme， effectively control the deformation， and at the same time， do a good job in deformation monitoring to ensure that the deformation is within the controllable range， so as to ensure the construction safety and provide for similar engineering applications Reference resources.

Keywords：tunnel; weak surrounding rock; support; deformation monitoring