周建芳

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司，山東兗州 272117)

1 工程概況

六盤山隧道設(shè)計(jì)為單洞分離式隧道，左右線間隔31-48 m，屬超長(zhǎng)隧道。左線隧道起止R=3 060的圓曲線上，隧道縱坡為1.676/－2.782;右線隧道起止樁號(hào)為 K6+230，K15+710，隧道長(zhǎng)度9 480 m，右線進(jìn)口位于直線上，出口位于半徑為R=3 080的圓曲線上，隧道縱坡為1.68/－2.7。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)基本上是中間高兩側(cè)低，六盤山主脈地勢(shì)最高，海拔2 900 m左右，南北走向，為中低山嶺地段，區(qū)內(nèi)峰巒疊嶂、溝谷縱橫、山大溝深，路線經(jīng)過處寬度約10 km。區(qū)內(nèi)地貌以成因類型、形態(tài)可劃分為侵蝕構(gòu)造中低山、侵蝕構(gòu)造丘陵、渝河三級(jí)階地和侵蝕堆積河谷四種地貌類型。隧址內(nèi)出露地層主要為白堊系、第三系，并有覆蓋于基巖之上的第四系堆積層。地質(zhì)構(gòu)造主要表現(xiàn)為褶皺及斷裂。紅莊—山河鎮(zhèn)向斜北段開闊，南段收斂，向南東方向傾伏，褶皺軸形態(tài)與六盤山山體基本一致，繞六盤山呈半圓弧形分布。米缸山背斜東翼受斷層影響，地層傾角較陡。固原—涇源向斜在下白堊系地層在燕山期褶皺形成向斜，喜山期和下第三系地層又繼承性發(fā)展。兩條主要斷裂構(gòu)造:靳家溝—南臺(tái)逆斷層(F1)和六盤山(和尚鋪—涇源)深大斷裂(F2)，對(duì)線路都有一定影響。隧址區(qū)地處六盤山腹地，地下水賦存主要受地質(zhì)構(gòu)造、地貌、巖性、氣候和古地貌條件的控制。隧址區(qū)地表水不發(fā)育，進(jìn)口端溝谷具常年流水，是地下水以泉的形式補(bǔ)給。出口端多為無水干溝。六盤山隧道處于弱透水性巖層中，伴有干濕、凍融交替作用。

六盤山隧道出口段春節(jié)期間暫停施工15 d。春節(jié)前對(duì)隧道掌子面進(jìn)行噴混凝土封閉;未成環(huán)初支段采取了補(bǔ)打鎖腳錨管、施作臨時(shí)仰拱封閉等措施。春節(jié)前對(duì)左洞的斷面復(fù)測(cè)，初期支護(hù)均未侵入二次襯砌范圍。

2 監(jiān)控量測(cè)實(shí)施

2.1 監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容

隧道監(jiān)測(cè)重點(diǎn)為圍巖變形、地表沉降、圍巖與隧道結(jié)構(gòu)相互作用情況等內(nèi)容。根據(jù)六盤山隧道具體的地質(zhì)情況分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目?jī)刹糠帧?/p>

2.1.1 監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目

拱頂下沉和周邊位移是評(píng)價(jià)隧道安全狀況的最直接數(shù)據(jù)，因而是必測(cè)項(xiàng)目，并且需要隨著隧道的開挖全程連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)六盤山隧道的實(shí)際情況和規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，在Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)段按照每30 m布置一個(gè)斷面，Ⅴ級(jí)圍巖按照每20 m布置一個(gè)斷面。

地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察能夠最直接的反映隧道開挖過程中圍巖的變化情況，因而也需要進(jìn)行全程的跟蹤調(diào)查與記錄。原則上，地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)觀察隨開挖每循環(huán)進(jìn)行，特殊情況無法及時(shí)進(jìn)行的掌子面素描間隔不得超過兩個(gè)循環(huán)。

2.1.2 監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目

除必測(cè)項(xiàng)目外，隨隧道開挖，在高風(fēng)險(xiǎn)段落進(jìn)行選測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)控量測(cè)。

在高風(fēng)險(xiǎn)段落進(jìn)行圍巖壓力或錨桿軸力的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)隧道支護(hù)狀態(tài)。主要選測(cè)內(nèi)容如表1所示。

表1 監(jiān)控量測(cè)選測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、目的

2.2 監(jiān)控量測(cè)過程

2.2.1 隧道斷面凈空收斂

2013年2月26日，監(jiān)控量測(cè)結(jié)果顯示隧道左線ZK15+475處凈空收斂數(shù)據(jù)突然變大，經(jīng)采取補(bǔ)打鎖腳錨管、填土反壓等措施隧道收斂變形速度未見減小。斷面ZK15+475上臺(tái)階監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 斷面ZK15+475上臺(tái)階收斂數(shù)據(jù)

2.2.2 圍巖壓力

在發(fā)現(xiàn)隧道斷面的拱頂下沉和水平收斂數(shù)據(jù)變大后，及時(shí)在斷面ZK15+440處進(jìn)行了圍巖與初砌接觸壓力監(jiān)測(cè)。

圍巖壓力監(jiān)測(cè)采用振弦式壓力計(jì)，埋設(shè)點(diǎn)位于斷面ZK15+440上臺(tái)階的拱頂與左右拱肩處。測(cè)量時(shí)，采用振弦式頻率讀數(shù)儀完成。

圍巖與初襯之間的壓力，通過以下計(jì)算公式得到:

其中，P為被測(cè)圍巖與初襯接觸壓力，MPa;K為儀器標(biāo)定系數(shù)，MPa/F;ΔF為壓力計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量頻率模數(shù)值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，F(xiàn);b為壓力計(jì)的溫度修正系數(shù)，MPa/℃;ΔT為壓力計(jì)的溫度實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，℃;B為壓力計(jì)的計(jì)算修正值，MPa。

圍巖壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖1。分析可以看出，圍巖存在明顯應(yīng)力偏壓情況。

圖1 斷面ZK15+440圍巖與初襯接觸壓力

2.3 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)勘察，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)的收斂數(shù)據(jù)與圍巖壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果，得到以下主要結(jié)論:本隧道大變形段落為砂質(zhì)泥巖，無明顯滲水，圍巖傾向與隧道走向交角30°;造成該段落發(fā)生大變形的原因主要是地層構(gòu)造應(yīng)力及殘余應(yīng)力對(duì)隧道初期支護(hù)的偏壓作用。

3 加固處理方案

在分析現(xiàn)有監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工規(guī)范，對(duì)原有施工設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，加強(qiáng)隧道大變形段落的支護(hù)措施。在施工中采取了以下主要措施:1)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，隧道開挖主要采用機(jī)械開挖，爆破作業(yè)只能采取松動(dòng)爆破，掌子面每循環(huán)進(jìn)尺在2榀拱架以內(nèi)。2)施工單位采取的施作混凝土臨時(shí)仰拱措施有效的控制了隧道圍巖變形的進(jìn)一步發(fā)展。3)補(bǔ)設(shè)鎖腳鋼管，長(zhǎng)度4.5 m，每榀鋼架左右拱腳各2根。4)仰拱要及時(shí)跟進(jìn)，ZK15+457～ZK15+440段仰拱增加型鋼拱架，并且每循環(huán)施作長(zhǎng)度不能超過3 m。5)仰拱距掌子面距離不宜超過40 m。6)此段仰拱施工完成后若仍持續(xù)變形，及時(shí)補(bǔ)作鋼架支護(hù)。7)此段換拱處理待前后二襯都施作完成且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后逐榀進(jìn)行替換。8)此段增加系統(tǒng)錨桿，以更好的約束其繼續(xù)變形。在采取了以上措施后，斷面收斂速度明顯降低，隧道大變形迅速得到控制，具體見表2。

4 結(jié)語

在六盤山隧道的施工過程中，遇到了因圍巖偏壓造成的隧道大變形。通過監(jiān)控量測(cè)斷面收斂數(shù)據(jù)，迅速發(fā)現(xiàn)了隧道變形趨勢(shì)，利用圍巖與初襯壓力數(shù)據(jù)，分析出隧道大變形的原因主要是圍巖偏壓。隧道發(fā)生大變形后，迅速采取加固處理措施，及時(shí)避免了工程事故，為此類工程實(shí)踐提供了借鑒。

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