王全蒙

（蘭渝鐵路有限責任公司 甘肅省蘭州市 730050）

蘭渝鐵路木寨嶺隧道軟巖大變形分析及針對措施的探討

王全蒙

（蘭渝鐵路有限責任公司 甘肅省蘭州市 730050）

蘭渝鐵路木寨嶺隧道穿過了大段落的高地應力及軟弱圍巖大變形地段，施工技術(shù)條件極為復雜。尤其是厚層狀或帶狀炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)千枚巖地段，巖體扭曲、揉皺現(xiàn)象明顯，節(jié)理發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性很差，受地下水及地應力的影響，施工中易發(fā)生不同程度的圍巖變形、支護開裂和塌方，施工進度緩慢，施工風險較大。因此，對炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)千枚巖等軟弱圍巖的變形控制是本線面臨的一大技術(shù)難題。如何通過分析及檢測，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，施工特點及監(jiān)測數(shù)據(jù)，在實際中指導施工，減少施工中風險，切實處理好隧道軟巖大變形，具有重要意義。

木寨嶺隧道；軟巖大變形；分析；施工措施

1 工程概況

木寨嶺特長隧道位于西秦嶺中山區(qū)，隧道進口位于大草灘車站以南約600m、漳河左岸山前緩坡上，沿途穿越小溝、石咀溝等6條溝谷，為雙管單洞隧道。隧道最大埋深約700m，最小埋深約40m。全隧共設置8座輔助坑道，是極高風險隧道，蘭渝鐵路的重點控制工程。

2 木寨嶺隧道軟巖特性

炭質(zhì)板巖、千枚巖等軟巖的分布形態(tài)和巖性特征，可分為三種類型：①薄夾層狀存在于板巖和千枚巖中，灰黑色，片理面發(fā)育，片理面較平直，巖層傾角較穩(wěn)定，對圍巖的整體穩(wěn)定性好。②呈互層狀存在于板巖和千枚巖中，單層厚度不大，但連續(xù)延伸的段落相對較長，片理面受構(gòu)造擠壓作用的影響，有扭曲現(xiàn)象，節(jié)理發(fā)育。在地下水、地應力的作用下，炭質(zhì)板巖等易軟化變形，且受地下水、地應力影響時，局部會出現(xiàn)大變形現(xiàn)象。③呈厚層或帶狀分布于隧道洞身，圍巖大部或全部為炭質(zhì)板巖，受構(gòu)造等要素的作用，巖體抵抗剪切的水平弱并且對振動反應較強，巖體彎曲、褶皺問題顯著，節(jié)理發(fā)育，且伴隨有地下水滲透的問題，結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)面之間的融合不理想，較易分開，在地應力、地下水的影響下，圍巖硬度與穩(wěn)固性大幅減弱。在這種類型的圍巖中，較易產(chǎn)生塌方與支護出現(xiàn)裂縫等問題。

3 隧道監(jiān)控量測變形數(shù)據(jù)分析

蘭渝鐵路木寨嶺施工后，軟巖大變形現(xiàn)象日益凸顯，大部分斜井產(chǎn)生程度不同程度的變形現(xiàn)象，大變形重點表現(xiàn)在架構(gòu)水平出現(xiàn)形狀變化，且體現(xiàn)出變化幅度大、變化速度快等特征。以木寨嶺隧道大坪有軌斜井主井為例，變形數(shù)據(jù)分析如下：

大坪有軌斜井主井作業(yè)的初始階段變形有限，一直到6月份26日變形快速增大，不到十個小時的時間內(nèi)變形在600mm以上，周圍20m左右也出現(xiàn)了100～300mm的變形，通過采用有關舉措且更換拱架后變形得以平穩(wěn)。伴隨開挖的繼續(xù)深入，到f14斷層時，各個檢測點的變形進一步增大，并且體現(xiàn)出顯著的突變性，特別是8月22號，斜649處出現(xiàn)嚴重變形，變形曲線以很大斜率向上發(fā)展，當天的收斂變形為440mm，并且在處置過程中依舊不斷加大，到當前位置此處變形最突出，為1318mm，另外，斜617處變形曲線產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎點，變形迅速增大。變形突變處伴隨噴混凝土掉落、剛架歪曲，部分剛架乃至產(chǎn)生拉裂，停止作業(yè)增加臨時支護，變形才逐漸平穩(wěn)，見圖1。

圖1 大坪有軌斜井主井凈空收斂群曲線圖

4 隧道地質(zhì)原因分析

當前產(chǎn)生大變形的隧道所使用圍巖大多是炭質(zhì)板巖，并且?guī)r層走勢和隧道中心線的夾角很小，大多在20～40°區(qū)間內(nèi)。為此，聯(lián)系木寨嶺隧道項目地質(zhì)狀況和變形情況剖析可知，炭質(zhì)板巖是出現(xiàn)大變形最關鍵的地質(zhì)因素，其巖層走勢和隧道中心線夾角的高低也會影響到后續(xù)的變形，因為其夾角愈小，巖層膨脹所形成的側(cè)面壓力和開挖以后的地應力都比較大，容易出現(xiàn)側(cè)向的大變形。聯(lián)系地質(zhì)狀況剖析可知，因為受褶曲構(gòu)造帶及f14斷層帶的作用，結(jié)構(gòu)內(nèi)力比較大，圍巖是壓碎巖夾強風化炭質(zhì)板巖，和水相融會出現(xiàn)不同程度的膨脹現(xiàn)象，節(jié)理發(fā)育，巖層毀壞，滲透水位置眾多，自身的穩(wěn)定性弱，開挖以后伴隨圍巖應力的放出，加上有軌斜井坡度很大的影響，斜井支護架構(gòu)總體受重力與結(jié)構(gòu)內(nèi)力兩種力的影響，已經(jīng)增強的支護參數(shù)比較薄弱，原支護結(jié)構(gòu)順著水平方向、垂直方向和基地產(chǎn)生很大程度的隆起、開裂，且總體順著斜井方向向掌子面移動。

5 軟巖隧道施工現(xiàn)場變形處理方法

以上分析結(jié)果證明，隧道地質(zhì)狀況比如巖石產(chǎn)狀、斷層、巖石性質(zhì)等是產(chǎn)生大變形的主要因素，地層所具有的高地應力是變形產(chǎn)生的另一個重要原因，而支護相對較弱、巖層破碎、地下水、施工工藝控制等因素則是大變形產(chǎn)生的誘因。各斜井大變形均體現(xiàn)出比較明顯的突變性，依據(jù)變形實際因素，現(xiàn)場運用了加設套拱、整合斷面、及早封閉、回填注漿、更換拱架等舉措，通過實際測量，變形都被有效控制。經(jīng)過前面階段大變形控制項目實踐，當前效果比較理想的大變形管控舉措可總結(jié)為下述幾點：①增大支護程度，通常采用套拱或拆換拱架方式。②改進斷面型式，也就是增大斷面曲率。③增強縱向連接、變形處用注漿回填等。④運用早高強濕噴混凝土技術(shù)。

6 軟巖隧道大變形工程施工技術(shù)、應對措施

（1）由上文的剖析可知，軟巖的變形和時長、工序有很大關系，為此，處理軟巖變形的問題，作業(yè)過程中應當以“快”為準則，也就是盡快支護、盡快封閉?！氨M快支護”要求開挖以后用最短的時間將巖面封閉，用最短的時間做噴錨網(wǎng)等支護舉措，避免軟巖在裸露時間長、變形幅度過大的狀況下深入惡化圍巖條件，大大減弱圍巖硬度，出現(xiàn)幅度更顯著的塑性范圍和更明顯的變形。“盡快封閉”則需要支護架構(gòu)盡快起到自身職能，而要實現(xiàn)此要求，唯有支護盡早完成。施工要貫徹“快”的要求，軟巖中最佳的施工方法是超短臺階開挖，工序平行推進。超短臺階法可以做到開挖早落底、支護早成環(huán)、仰拱早封閉，必要的時候上臺階可以臨時封閉，以抑制變形速率。

（2）結(jié)合蘭渝鐵路炭質(zhì)板巖等軟巖特點，施工技術(shù)及參數(shù)如下：①炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)千枚巖呈厚層狀，對圍巖的整體穩(wěn)定性影響大時，宜采用大拱腳臨時仰拱法，必要時采用CRD法，各級臺階應采用超短臺階施工；②隧道開挖后應立即進行初噴，及時封閉巖面，防止風化惡化圍巖條件；③加大預留變形量，預留圍巖變形及初支補強的空間，根據(jù)監(jiān)控量測資料對變形加速的段落適時采取補強措施；④二次襯砌宜提前施做，但作為立即承受荷載的結(jié)構(gòu)，應保證拆模時有足夠的強度，原則上拆模強度應達到設計強度的100％，以防止二襯開裂；⑤對于較難控制大變形的產(chǎn)生和發(fā)展的圍巖地段，可考慮對地應力的主強方向，鑿洞導流或開挖較小斷面的平導加強應力釋放，以減少地應力對主隧道圍巖的地應力作用。

（3）軟巖隧道的變形應對措施，對于具有大變形圍巖特征的木寨嶺隧道，在施工中應遵循“早封閉、強支護”原則，并提出以下要求進行實施：①優(yōu)化斷面曲率，結(jié)構(gòu)型式統(tǒng)一采用圓形或近圓形，單側(cè)大跨處至拱底水平距離有軌斜井≮40cm，無軌斜井≮50cm。開挖輪廓在滿足限界和投資允許的情況下盡量圓順，以保證有良好的受力條件；②大變形發(fā)生后，必須及時進行臨時支撐，并在支撐加固后對兩側(cè)進行初支后回填注漿，以增大初支結(jié)構(gòu)與地層的聯(lián)結(jié)力；③易產(chǎn)生較大變形段斜井開挖時預留變形量按單側(cè)15cm進行控制，同時，再預留20cm作為二次支護空間，以保證施工所需隧道凈空要求；④嚴格按照臺階法施工，開挖后應及時進行初噴。變形達10cm時，邊墻及拱腳施作6m長深孔錨桿（管），有軌斜井需考慮仰拱加固，達15～20cm時采用二次套拱，套拱型號暫按I12，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可進一步優(yōu)化，其它加固措施待與設計溝通后實施。

綜上所述，蘭渝鐵路的軟巖大變形大多為厚層狀或帶狀炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)千枚巖地段，巖體扭曲、揉皺現(xiàn)象明顯，節(jié)理發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性很差，受地下水及地應力的影響，施工中易發(fā)生不同程度的圍巖變形、支護開裂和塌方，施工進度緩慢，施工風險較大。結(jié)合變形特點，堅持“早封閉、強支護”原則，加強施工輔助措施，加大變形段支護強度。通過采取濕噴和早高強混凝土等技術(shù)的應用，并在施工中嚴格現(xiàn)場技術(shù)管理，規(guī)范施工工藝控制，減小變形處理對施工安全及進度造成的影響。通過施工中各項管理措施，實踐表明，蘭渝鐵路的軟巖大變形已經(jīng)初有成效，并為后期工程施工和以后類似工程施工積累了資料和經(jīng)驗。在實際中指導施工，減少施工中風險，切實處理好隧道軟巖大變形，具有重要意義。

U451.2

A

1004-7344（2016）36-0207-02

2016-9-15