高應力軟巖大變形隧道仰拱上浮治理技術研究

程廣威

(中鐵十七局集團第一工程有限公司 山西太原 030032)

1 工程背景

成蘭鐵路茂縣隧道位于茂縣車站～龍塘車站區間，全長9 913 m，隧道最大埋深1 653 m，正線線間距30 m。隧道D8K127＋560～D8K128＋200段穿越茂汶活動斷裂帶，埋深410～655 m，茂汶活動斷裂為一條北東向的壓扭性大斷裂，斷層走向N40°E，傾向NW，傾角70°～80°，破碎帶寬度300～400 m。開挖揭示圍巖為志留系茂縣群(Smx5)的絹云千枚巖、炭質千枚巖[1]。掌子面圍巖破碎，夾石英巖脈。進入斷層核部后破碎程度逐漸加劇，開挖后，圍巖手捏即碎，呈粉末狀，無水，如圖1所示；緊接活動斷裂帶為大理巖，富水，隧道最大出水量30 000 m3/d，如圖2所示。

圖1 炭質千枚巖

圖2 大理巖富水

隧道以構造水平應力為主，最大水平主應力為27.51 MPa，最大主應力方向為N19.3°W，與洞軸線(N56°W)交角為 36.7°。

2 拱墻初支破壞及仰拱上浮特征

2.1 拱墻初支破壞特征

茂縣隧道左線大變形段2017年10月貫通，貫通后，持續進行監控量測。大部分斷面在3個月左右整體變形趨于收斂。

2018年7月，隧道左線監測顯示變形速率增大，之后出現初支噴砼起皮、掉塊，并發展為拱架扭曲、折斷，最終有較大范圍的初支侵限。

表現形式:初支破壞從輕微到嚴重依次表現為局部初支砼輕微剝落、鋼架連接板砼縱向呈直線剝落、鋼架縱橫向扭曲、鋼架肋板斷裂擠出上下錯動、初支及鋼架大范圍橫向擠出等。

破壞部位:主要表現在拱腰及邊墻(矮邊墻至內軌頂以上6.5 m范圍內)，拱部無明顯破壞特征(僅有少量初支砼剝落現象)。拱頂和邊墻變形趨勢關聯，即邊墻變形大的斷面其拱頂下沉量也相對較大[2]。……