邵 峰

(中鐵十八局集團有限公司隧道工程公司， 重慶 404100)

千枚巖隧道動態(tài)變形及其控制

邵 峰

(中鐵十八局集團有限公司隧道工程公司， 重慶 404100)

通過千枚巖隧道實際施工的分析，闡述了隧道動態(tài)變形，變形控制施工方式以及關(guān)鍵施工工序，探討了相關(guān)技術(shù)在隧道管理中的重要性。

千枚巖隧道； 動態(tài)變形； 控制

0 引 言

千枚巖板巖為薄層狀，局部夾有石英脈，層理不明顯；局部結(jié)構(gòu)面充填泥質(zhì)物，但表面光滑，穩(wěn)定性不強；千枚巖松軟易碎，經(jīng)擠壓揉碎后，石英脈都呈現(xiàn)酥碎砂狀，主要是散體結(jié)構(gòu)。

1 千枚巖隧道情況

1.1地質(zhì)情況

以馬鞍子梁隧道進口為例，露出千枚巖多為深灰色或黑色，根據(jù)千枚巖的構(gòu)成，局部云母含量較高，泥質(zhì)凝結(jié)，敲擊聲低啞，用手就可掰開，并會留下痕跡。巖體受到結(jié)構(gòu)影響嚴重的呈現(xiàn)為褶曲狀，巖體破碎，多為顆粒狀，觸感光滑，并有光澤。工程開挖后，掌子面不會出現(xiàn)明顯滲水的現(xiàn)象，會有少量水滲漏，以滴狀或面狀濕潤，拱部會出現(xiàn)掉塊、坍塌現(xiàn)象，并且容易風化。圍巖的整體性不高，Ⅴ,Ⅳ級的圍巖較多[1]。具體情況見表1。

1.2地下水的作用

隧道施工中的地下水對圍巖的穩(wěn)定性起到了重要作用，尤其是地質(zhì)較軟的千枚巖區(qū)，還能在一定程度上起到控制作用。主要為千枚巖進行洞身開挖時，開始不會有地下水，之后會出現(xiàn)滴水，甚至股水。千枚巖在遇到水后，會軟化似彈簧土，泥化呈淤泥狀，這種現(xiàn)象降低了圍巖的穩(wěn)定性，甚至可能造成變形。

表1 馬鞍子梁隧道圍巖類型統(tǒng)計

1.3千枚巖隧道的變形過程

從隧道的結(jié)構(gòu)來看，周圍巖體和各種支護結(jié)構(gòu)構(gòu)成了隧道的結(jié)構(gòu)體系，也可以說是周圍地質(zhì)體加上支護構(gòu)件等于洞室結(jié)構(gòu)體系；同時工作人員應(yīng)當認識到挖掘坑道后，在一定范圍內(nèi)，圍巖的應(yīng)力會受到重新分布的影響，還會釋放局部底殼殘余的應(yīng)力；通過應(yīng)力重新分布的作用，圍巖會在一定程度內(nèi)發(fā)生位移和松弛，同時也改變圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)。在這種情況下，坑道圍巖在薄弱處很容易出現(xiàn)損壞，更嚴重會造成整個坑道的崩塌，相關(guān)單位及工作人員要正確認識千枚巖的變形動態(tài)過程，并在工程實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，及時優(yōu)化[2]。

應(yīng)力釋放的過程就是開挖工作的本質(zhì)，控制應(yīng)力的過程可以通過人工支護來實現(xiàn)。工作人員要努力解決這個應(yīng)力釋放與控制的過程，換句話就是要在隧道施工中解決由于開挖工作而帶來圍巖變形?？傊?，應(yīng)力釋放和應(yīng)力控制的過程就是隧道工程的實質(zhì)。應(yīng)力釋放的直接結(jié)果會導(dǎo)致圍巖的變形和松弛，對這個過程進行控制就是應(yīng)力控制的實質(zhì)。隧道施工的主要原則是在開挖和支護過程中不造成圍巖的松弛和改變[3]。

2 千枚巖隧道變形動態(tài)以及控制技術(shù)與方法

在隧道施工過程中，通過開挖和支護兩方面來實現(xiàn)，圍巖的原始狀態(tài)是開挖和支護長期穩(wěn)定的產(chǎn)物，這里所用的控制技術(shù)就是開挖和支護中的控制技術(shù)。應(yīng)力釋放的方法是開挖，開挖方式的不同，對應(yīng)力釋放的過程和程度也是不同的，應(yīng)力控制的方式則是支護的含義，支護方法的不同，應(yīng)力的控制過程也是不同的。除了開挖和支護兩項工作外，其它作用都是輔助性的，比如排水、通風、運輸、測量、地質(zhì)的超前預(yù)報等。但這些作業(yè)也是左右開挖、支護成功與否的關(guān)鍵，不能忽視它的作用[4]。

2.1開挖與支護的關(guān)系

開挖與支護在施工中密切相關(guān)，基本可以分為3類：

1)無需支護的開挖。這種方法一般運用在無需支護的硬質(zhì)圍巖中，堅硬且自支護能力比較高是其適用的條件，應(yīng)力釋放后能夠自行穩(wěn)定的圍巖。

2)先挖后支護。這種方式用于一般地質(zhì)、一般地形條件的開挖后的支護工作及較堅硬和自支護能力相對較高的支護工作中，以及應(yīng)力釋放后能夠保持一定時間自我穩(wěn)定的圍巖等。

3)先支護后開啟。這是針對特殊地質(zhì)和地形條件開展的方法，較軟弱、自支護能力不強是其適用的條件，圍巖在應(yīng)力釋放后無法自行穩(wěn)定[5]。

2.2換拱過程中的應(yīng)用

采用Φ50 mm×4 mm注漿鋼管進行周壁注漿，1.2 m×1.2 m是其環(huán)向×縱向的間距，注漿的方法是采用水泥-水玻璃雙液注漿，并且在這個過程中，要對注漿壓力進行控制，范圍在1.5～2.0 MPa。并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，及時對注漿情況進行調(diào)整。先拱墻、后拱部是其注漿順序，方式為隔孔注漿，注漿完畢的標志是注漿壓力不斷提高，最后達到設(shè)計終壓，并再持續(xù)注漿15 min以上，采用Φ50 mm×4 mm小導(dǎo)管進行超前支護，設(shè)置拱部數(shù)量為40根，間距為25 cm，超前注漿的排管長度為4 m，還要將排距控制在2 m的范圍內(nèi)，而且每次循環(huán)都要遵守這個規(guī)律，漿液是水泥-水玻璃雙液[6]。

2.3初期支護

施工過程中，I20工字鋼是鋼支撐采用的工具，Φ25螺紋鋼筋是縱向連接的鋼筋，間距是1 m；Φ8圓鋼焊制而成的鋼筋網(wǎng)，20 cm×20 cm是網(wǎng)片網(wǎng)格間距。架起鋼支撐之后，應(yīng)立即做鎖腳錨桿，Φ50 mm×4 mm管式注漿錨桿是鎖腳錨桿的定義，其長度為4 m，每個上斷面做出8根，并將兩節(jié)拱架和拱腳控制在0.5 m的范圍內(nèi)，下斷面為4根，拱腳設(shè)置范圍是1.0～1.3 m。Φ22砂漿錨桿是系統(tǒng)采用的工具，噴射混凝土標號C20。

在工程施工中，由于受到噪聲、振動爆破的限制，及時運用控制爆破的方式也無法將爆破振動限制在一個范圍內(nèi)。在一些場合，更為有效和經(jīng)濟的方式就是并用爆破開挖和機械開挖。具體來講，就是使用割巖的方式進行掏槽，促使自由面的形成，然后向外側(cè)進行一定順序的爆破開挖，或采用槽式鉆機在開挖周圍設(shè)置溝槽，以此實現(xiàn)自由面由前至后依次爆破，在最外周溝槽的鉆設(shè)和自由面的形成，采取非電雷管在隧道內(nèi)部進行爆破，使爆破振動的影響得到了降低。

3 千枚巖隧道變形動態(tài)及其控制技術(shù)的一些建議

實際要求和支護類型的不相適應(yīng)是造成隧道變形的主要誘發(fā)原因。通過對支護參數(shù)的加強，相關(guān)單位應(yīng)對變形路段進行有效的管理，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，在后續(xù)的施工中吸取教訓(xùn)，使支護參數(shù)有所加強，避免同樣地質(zhì)的情況下變形傾斜現(xiàn)象的出現(xiàn)。對千枚巖施工的幾點意見如下。

3.1隧道開挖對千枚巖的影響

千枚巖因為其地質(zhì)條件、特征及其構(gòu)造、施工難度較大，還會受到千枚巖的特性和地下水的影響[7]。板巖和千枚巖相間的位置，軟硬巖相間難以控制爆破藥量，一般來講，會使軟巖部分超挖，硬巖部分相對較少，造成開挖成型差。這種情況會造成不同位置的應(yīng)力釋放出現(xiàn)差異，不利于應(yīng)力的分布，會造成不同程度的局部坍塌和掉塊。而若是在全千枚巖區(qū)域，巖體非常破碎、并呈團塊狀。鱗片狀在開挖時容易鉆進，同時容易塌孔。并且根據(jù)千枚巖遇水的特性，初期支護實施之后，圍巖的變形較大，且恢復(fù)時間較長，部分區(qū)域4～5個月都不會穩(wěn)定，所以開挖時要確保無地下水，后期的地下水增大，會影響到隧道結(jié)構(gòu)質(zhì)量與施工安全。

3.2千枚巖路段施工建議

盡量縮短千枚巖各施工程序之間的距離，并使整個斷面襯砌封閉的進程加快，使暴露的巖層減少，并減少其松動，增大低壓。

1)盡早進行成環(huán)封閉，及時進行仰拱和二襯，認真遵守鐵道部的相關(guān)文件并嚴格控制隧道步長關(guān)系；

2)盡量保證隧道內(nèi)無水殘留，或及時將水排除。

在千枚巖隧道施工中，對地下水的處理會影響圍巖的穩(wěn)定性，尤其在軟弱的千枚巖區(qū)域，更能起到控制的作用。當以千枚巖為主進行洞身開挖時，開始沒有地下水，但會出現(xiàn)滴水甚至是股水，千枚巖遇水會變成泥，并且容易風化，所以在施工中要及時將隧道中的積水排出，特別是掌子面中的積水。在施工過程中，可以預(yù)留一蓄水池，將洞中的水集中抽出。

在開挖作業(yè)中，運用爆破法進行推進時，應(yīng)嚴格掌握炮眼數(shù)目、深度和裝藥量，并進行分步開挖法，使其下部開挖能夠適應(yīng)左右兩側(cè)交替進行。支護作業(yè)中，斷層地帶的支護應(yīng)寧強勿弱，并定期進行加固，噴射一層混凝土在斷層地帶的開挖面，并配備卒后輕度的支撐鋼架。在襯砌作業(yè)中，襯砌應(yīng)跟緊開挖面，并盡早封閉襯砌斷面[8-9]。

3.3加強初期支護，防止圍巖的松弛、坍塌

在保證開挖工作穩(wěn)定的施工中，主要采用的施工方法是“先挖后支”或“邊挖邊支”，不斷使初期支護力度加強，使圍巖的松弛、坍塌得到控制，開挖工作面穩(wěn)定，達到提高和維系圍巖固有自支護能力的目的。基本措施有：

1)采用全斷面法或超短臺階的全斷面法；

2)使初期支護的力度和效果得以提高，隧道變形的發(fā)展得到控制和收斂；

3)使各開挖工作面的步距得到控制并盡快閉合；

4)單項作業(yè)的機械化程度得到提高，各單項作業(yè)的時間得以縮短，循環(huán)次數(shù)增加，達到快速施工的目的。

4 結(jié) 語

馬鞍子梁隧道全線為十天高速公路中的第二長隧道，總長度為4 929 m，位置處于巴山腹地，地質(zhì)復(fù)雜多樣，是全線控制性的工程。馬鞍子梁隧道曾因不良的地質(zhì)條件和破碎帶的影響，發(fā)生多次變形和侵限。文中首先對隧道的地質(zhì)條件進行了分析，闡述了千枚巖隧道動態(tài)變形及其控制技術(shù)，包括開挖與支護的關(guān)系、換拱工程的應(yīng)用、初期支護等，并以此對千枚巖隧道的施工技術(shù)進行詳細探討，為相關(guān)人員提供借鑒和參考。

[1] 李權(quán).軟巖大變形公路隧道變形規(guī)律及控制技術(shù)研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2012(5):159-160.

[2] 周藝,何川,汪波,等.基于支護參數(shù)優(yōu)化的強震區(qū)軟巖隧道變形控制技術(shù)研究[J].巖土力學(xué),2013(4):167-168.

[3] 張宇.隧道三維變形規(guī)律研究及其在烏鞘嶺隧道工程中的應(yīng)用[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2012(6):148-149.

[4] 吳紅剛.隧道-滑坡體系的變形機理及控制技術(shù)研究[D]：[博士學(xué)位論文].北京：中國鐵道科學(xué)研究院,2012.

[5] 趙旭峰.擠壓性圍巖隧道施工時空效應(yīng)及其大變形控制研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報,2011(5):179-180.

[6] 王更峰.炭質(zhì)板巖蠕變特性研究及其在隧道變形控制中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2012(5):149-150.

[7] 張帥軍，胡明研，陳峰賓.軟巖隧道圍巖變形力學(xué)特征及其控制技術(shù)研究[J].西部探礦工程,2013(2):159-160.

[8] 張帥軍,胡明研，陳峰賓.軟巖隧道圍巖變形力學(xué)特征及其控制技術(shù)研究[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011，32(2):142-143.

[9] 李洲.杜家山隧道軟弱圍巖支護穩(wěn)定性研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報,2011(9):187-188.

Phyllite tunnel dynamic deformation and its control

SHAO Feng

(Tunnel Engineering Co. Ltd. of No. 18 Bureau of China Railway Group Company, Chongqing 404100， China)

Analyzing the phyllite rock tunnel construction, we study the dynamic deformation of the tunnel , control methods and key construction process. The importance of the related technologies applied in the tunnel management is discussed.

phyllite tunnels; dynamic deformation; control.

2014-06-10

邵 峰(1980-)，男，漢族，湖北襄陽人，中鐵十八局集團有限公司隧道工程公司工程師,碩士，主要從事工程施工技術(shù)方向研究,E-mail:273469910@qq.com.

U 456.31

A

1674-1374(2014)05-0572-04