大涼山1號(hào)隧道高地應(yīng)力大變形處治

郭世杰 張國(guó)強(qiáng) 李文杰

（1.四川樂(lè)資銅高速公路有限公司，四川 成都 610041；2.四川樂(lè)西高速公路有限責(zé)任公司，四川 成都 610041；3.中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 700000）

大涼山1號(hào)隧道位于四川省涼山彝族自治州雷波縣與美姑縣交界地帶，是樂(lè)西高速馬邊至昭覺(jué)段控制性工程之一，隧道全長(zhǎng)15366m，是目前四川省乃至西南地區(qū)在建和已通車(chē)最長(zhǎng)的高速公路隧道。隧道穿越地質(zhì)地形復(fù)雜區(qū)域，有大變形、巖爆、低瓦斯、巖溶、涌突水等不利情況存在。本文主要對(duì)大涼山1號(hào)隧道k87+976段初支大變形段病害成因判斷，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)及規(guī)律，采用針對(duì)性處治方案，最終通過(guò)該大變形段為相關(guān)類似隧道處治提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

一、工程概況

樂(lè)西高速馬邊至昭覺(jué)段起于樂(lè)山市馬邊彝族自治縣境內(nèi)，經(jīng)涼山州雷波縣、美姑縣，止于昭覺(jué)縣南側(cè)，與G7611都香高速西昌至昭通段相接，穿越嘛咪澤省級(jí)保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)和雷波境內(nèi)30公里無(wú)人區(qū)，路線全長(zhǎng)151.75km，橋隧比82%。

大涼山1號(hào)隧道為該項(xiàng)目重大控制性工程，洞身斜井設(shè)置受自然保護(hù)區(qū)影響，項(xiàng)目首次在15.3km的大涼山1號(hào)超特長(zhǎng)隧道貫通平導(dǎo)中引入TBM施工工藝輔助主洞施工。大涼山1號(hào)隧道由左右線正洞、貫通平導(dǎo)和1座斜井組成，平導(dǎo)布設(shè)于左右線中間，左右洞、平導(dǎo)洞身間距19m。

大涼山1號(hào)隧道平面總體距四川“Y”字形構(gòu)造的“1”（NS向川滇構(gòu)造帶）右側(cè)平均直線105km，隧道總體構(gòu)造格架受NS向川滇構(gòu)造帶控制，導(dǎo)致隧址區(qū)地質(zhì)地形復(fù)雜。

大涼山1號(hào)隧道隧址區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造主要有兩大構(gòu)造分區(qū)：構(gòu)造一區(qū)為隧道進(jìn)口至F2斷層，以南北向構(gòu)造體系為主，為斯依阿莫倒轉(zhuǎn)背斜及兩翼；構(gòu)造二區(qū)為F2斷層至隧道出口，以北東向構(gòu)造體系為主，具體包括黃果洛向斜及哈都洛背斜。

二、大變形情況及原因分析

（一）大變形情況

隧道出口工區(qū)施工至隧道右洞k86+976、隧道左洞k86+998時(shí)，掌子面主要以砂巖、泥巖互層為主，受地質(zhì)構(gòu)造影響，圍巖從較破碎至破碎，局部極其破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體強(qiáng)度低，收斂變形大，施工過(guò)程中揭示較多軟弱夾層，夾層一般順線路或與隧道呈小角度相交，綜合判定為IV級(jí)圍巖，原設(shè)計(jì)襯砌支護(hù)類型為Z4d。

該段發(fā)生的主要病害有：主洞右線k87+160～k86+976段最大沉降變形19cm、收斂變形41cm，k87+030～k87+060中心溝蓋板處仰拱出現(xiàn)開(kāi)裂隆起；主洞左線zk87+153～zk86+998段最大沉降變形32.9 cm、收斂變形24.4 cm；平導(dǎo)pdk87+140～pdk87+000段最大沉降變形10cm、收斂變形18cm。

在處治過(guò)程中，本文主要采用的支護(hù)參數(shù)如表1所示。

表1 本文主要涉及支護(hù)參數(shù)表

（二）變形原因分析

現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)踏勘，并結(jié)合TBM超前平導(dǎo)在主洞開(kāi)裂段的施工情況，綜合對(duì)隧道總體地質(zhì)分析研究，大變形產(chǎn)生有以下原因：

主要原因：地質(zhì)構(gòu)造影響。大變形發(fā)生段落位于哈都洛背斜內(nèi)和黃果洛向斜轉(zhuǎn)折端，地層長(zhǎng)期褶皺活動(dòng)形成高地應(yīng)力。

前期TBM超前平導(dǎo)施工至該段落平導(dǎo)掘進(jìn)至pdk87+140，實(shí)際揭露地質(zhì)砂巖夾泥巖，巖體軟硬不均，部分段落出現(xiàn)剝層狀垮塌和塊體垮塌，TBM盾尾出現(xiàn)不同程度的掉渣情況，前期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況將襯砌支護(hù)參數(shù)由TBM4b變更調(diào)整為T(mén)BM5a。

綜合地質(zhì)分析與前期TBM超前施工揭露情況，主洞掌子面軟弱圍巖在該高地應(yīng)力作用下，形成擠壓變形，導(dǎo)致初期支護(hù)沉降、收斂，繼而開(kāi)裂是發(fā)生此次病害的主要原因。

次要原因：施工過(guò)程中，該段落采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖，且上臺(tái)階斷面過(guò)大，可能導(dǎo)致變形較大。

（三）監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析

由變形區(qū)域內(nèi)典型斷面監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，k 87+160～k 87+100 段收斂變形較大且持續(xù)變形，最大變形達(dá)41cm，開(kāi)挖支護(hù)2個(gè)月無(wú)收斂趨勢(shì)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)k87+076～k86+976段初支局部出現(xiàn)開(kāi)裂、脫落現(xiàn)象。選擇其中代表k87+125監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)，趨勢(shì)圖如圖1所示。

圖1 典型斷面k87+125監(jiān)控量測(cè)斷面數(shù)據(jù)

三、處治方案

（一）處治措施

此次處治遵循“技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、安全快捷”的基本原則，根據(jù)大變形實(shí)際情況，按照輕重緩急、分階段制定以下處治措施：

1.前期k87+160～k86+976、zk87+153～zk86+998嚴(yán)重變形侵限地段，實(shí)施換拱處治，為確保施工安全，預(yù)先采用臨時(shí)鋼架與圍巖注漿加固被擾動(dòng)的圍巖，將其與已發(fā)生變形的初支結(jié)構(gòu)形成一個(gè)共同承載圈。

2.對(duì)前期變形較大侵入二襯厚度段落換拱處理，換拱有限采用Z5c襯砌，為確保安全，初支處理應(yīng)分段、跳槽進(jìn)行，嚴(yán)禁一次性將臨時(shí)支撐全拆除。

3.根據(jù)初期支護(hù)變形程度，該段判定為初級(jí)變形，綜合分析剛性和柔性兩種支護(hù)類型的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)具體施工情況，最終確定掌子面k86+976、zk86+998初期支護(hù)采用工字鋼Z5c，并結(jié)合前期監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)加大預(yù)留變形量。

（二）處治效果

通過(guò)處治，該段大變形情況得到有效控制，通過(guò)對(duì)該段后期典型斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，收斂變形得到控制，且為大變形段落二襯尋得較好時(shí)機(jī)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著極重山區(qū)交通工程建設(shè)，超特長(zhǎng)隧道數(shù)量將越來(lái)越多，長(zhǎng)大隧道大埋深高地應(yīng)力造成的大變形病害處治始終是一個(gè)值得深入研究和思考的課題。本文針對(duì)西南第一長(zhǎng)隧大涼山1號(hào)隧道大變形處治經(jīng)驗(yàn)，分析大變形成因、病害機(jī)理、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析及剛?cè)岽胧┻x用，處治較為緊湊，仍有部分問(wèn)題有待進(jìn)一步思考：首先，大涼山1號(hào)隧道需充分利用TBM超前平導(dǎo)導(dǎo)坑預(yù)報(bào)作用，待主洞施工至地質(zhì)構(gòu)造不利因素段落時(shí)，要嚴(yán)格按照適宜的分部開(kāi)挖方法施工，短進(jìn)尺、弱爆破，同時(shí)應(yīng)做好超前支護(hù)、鋼架縮腳等措施；其次，充分發(fā)揮隧道新奧法設(shè)計(jì)施工理論，利用好監(jiān)控量測(cè)和超前預(yù)報(bào)手段，為大變形段落施工方案及預(yù)留變形量提供依據(jù)；最后，強(qiáng)化超特長(zhǎng)隧道前期設(shè)計(jì)階段地應(yīng)力場(chǎng)分析，可采用宏觀地質(zhì)分析與微觀地應(yīng)力測(cè)試相結(jié)合方式，對(duì)超特長(zhǎng)隧道地應(yīng)力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)先判別，避免高地應(yīng)力段施工引起的安全和質(zhì)量損失。