徐鋒

（中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100000）

1 工程概況

1.1 地質(zhì)水文情況

古跡坪隧道位于甘肅省渭源縣與漳縣交界處，進(jìn)口位于渭源縣蓮峰鎮(zhèn)古跡坪村左側(cè)，線路里程DK142+310～DK151+500，全長(zhǎng)9.19km，設(shè)計(jì)為雙線隧道，隧道最大埋深753m，屬全線高風(fēng)險(xiǎn)隧道。二分部負(fù)責(zé)施工隧道進(jìn)口段DK142+310～DK146+520段共4210m，該段隧道屬于祁連褶皺系中的祁連中間隆起帶，屬于隴西系旋卷構(gòu)造插入秦嶺的旋回褶帶部分，該段共跨越三條大型斷層及其破碎帶，其里程部位及斷層性質(zhì)如表1所示。

表1 隧道斷層位置及性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

1.2 隧道設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2.1 超前支護(hù)

單層φ42mm小導(dǎo)管超前預(yù)支護(hù)，長(zhǎng)度4.0m，環(huán)向間距0.4m，縱向間距2.4m，注1：1水泥漿；

1.2.2 初期支護(hù)

I20b工字鋼鋼架，間距0.6m，全斷面設(shè)置，間距0.6m，采用φ22mm螺紋鋼筋鏈接，錨桿長(zhǎng)度4m，間距1.2×1.0m，梅花形布置。

1.2.3 二次襯砌

C35鋼筋混凝土，拱墻厚度0.5m，仰拱厚度0.55m，環(huán)向主筋φ22@200mm，間隔雙筋布置，縱向鋼筋φ14@200mm，箍筋φ8mm。

1.3 施工變形情況

斷層帶施工過程中沉降與水平收斂變形都很大，初期支護(hù)最大沉降變形達(dá)549mm，最大收斂變形為461mm，一般變形量為200～450mm。斷層帶沉降變形的總體情況如表2示。

表2 隧道斷層帶沉降變形統(tǒng)計(jì)表

2 隧道斷層帶沉降變形特點(diǎn)及原因分析

2.1 斷層帶沉降變形特點(diǎn)

（1）變形量大，分布不均勻

古跡坪隧道DK144+875～DK145+105段斷層帶施工過程中，最大沉降變形549mm，平均沉降值也達(dá)到423mm，水平收斂值最大461mm，平均值也達(dá)到377mm。施工過程中由于地質(zhì)、含水量、施工方法等原因變形量沿隧道縱向分布并不均勻。

在我國(guó)，農(nóng)村人口、占地仍占據(jù)大多數(shù)，而對(duì)于農(nóng)村而言，在種植無法得到足夠資金的情況下，養(yǎng)殖成為其不二選擇，但是，這也導(dǎo)致養(yǎng)殖污染現(xiàn)象及其普遍，若以治理工業(yè)污染的方式加以整治，明顯不可取。對(duì)此，提高全面生態(tài)意識(shí)，使群眾真正認(rèn)識(shí)到畜牧業(yè)污染的嚴(yán)重性，是治理畜牧業(yè)污染，推動(dòng)其可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。地方政府因重視，積極對(duì)群眾進(jìn)行環(huán)境保護(hù)教育與環(huán)境建設(shè)教育，提高農(nóng)民對(duì)畜牧業(yè)污染治理的意識(shí)與能力，以此境地污染，推動(dòng)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（2）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

在隧道斷面開挖支護(hù)完成后，一般1～6d沉降變形變化速率較快，一般會(huì)達(dá)到100～200mm不等的變形值，一般半個(gè)月以后變形速率逐步減小，45d大部分地段無法形成穩(wěn)定狀態(tài)，仍有3～5mm/d變形速率。其中DK144+927位置拱頂下沉及水平收斂變化情況如圖1～2所示。

圖1 DK144+927位置拱頂下沉變化示意圖

圖2 DK144+927位置水平收斂變化示意圖

（3）遇水變形劇烈

在斷層帶施工過程中出現(xiàn)滲漏水的部位，拱頂沉降變形以及水平收斂變形都會(huì)明顯增大，特別是拱頂沉降一度出現(xiàn)過46mm/d的下沉速度。

（4）優(yōu)化支護(hù)和加固措施后變形控制效果明顯

在斷層帶施工過程中，針對(duì)隧道出現(xiàn)大變形的情況，在施工方法和支護(hù)體系方面采取了一系列改進(jìn)措施，在后期f4-2斷層帶施工過程中，隧道沉降變形以及水平收斂變形都得到了明顯的改善，拱頂沉降最大值279mm，平均值231mm，水平收斂最大值263mm，平均值219mm。

2.2 斷層帶沉降變形的原因分析

斷層破碎帶斷層上盤為三迭系中統(tǒng)灰?guī)r夾砂巖，局部夾頁(yè)巖，斷層帶內(nèi)為壓碎巖，壓碎巖（Cur）主要分布于斷層破碎帶內(nèi)，青灰、灰黑色，壓碎結(jié)構(gòu)，巖體被擠壓后產(chǎn)狀零亂，揉被、褶皺明顯，σ[0]=500kPa。

由于隧道埋深大于300m，地應(yīng)力較大，在掌子面爆破開挖完成后，由于圍巖破碎，層理較發(fā)育，整體性差，隨著暴露時(shí)間增長(zhǎng)，圍巖自穩(wěn)能力很快下降，周邊巖體出現(xiàn)松動(dòng)，變形量較大。

（2）斷層帶巖層含水量大

斷層帶巖層含水量較大，也是加劇變形的一個(gè)重要因素，壓碎巖、頁(yè)巖、灰?guī)r以及砂巖等圍巖暴露在空氣中遇水后強(qiáng)度迅速下降，圍巖整體性很快遭到破壞，自穩(wěn)能力很差，只有在爆破開挖后迅速施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)才能避免塌方等事故。

（3）施工方法

施工方法不當(dāng)也會(huì)造成隧道穩(wěn)定性變差，沉降變形加劇，主要表現(xiàn)在臺(tái)階法開挖臺(tái)階高度及長(zhǎng)度、開挖暴露時(shí)間、封閉成環(huán)時(shí)間、隧道滲流水的處理等幾個(gè)方面。

（4）支護(hù)及加固措施不充分

該段隧道按照Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)施工，設(shè)計(jì)預(yù)留變形量10～15cm，實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)該支護(hù)措施及預(yù)留變形量不能滿足隧道變形要求。

3 隧道斷層帶沉降變形控制措施

3.1 優(yōu)化三臺(tái)階開挖方法

隧道開挖采用三臺(tái)階七步開挖法：①每循環(huán)必須保證核心土預(yù)留到位，確保周邊圍巖穩(wěn)定，增強(qiáng)周邊圍巖自穩(wěn)能力；②上中下臺(tái)階長(zhǎng)度控制，縮短初期支護(hù)封閉成環(huán)時(shí)間，上、中、下臺(tái)階長(zhǎng)度調(diào)整后為4m、4m、6m，中、下臺(tái)階左右不得對(duì)稱開挖，錯(cuò)開2榀拱架以上間距；③循環(huán)開挖進(jìn)尺控制，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不超過0.6m；④隧道二襯安全步距控制在30～45m。通過以上開挖方法優(yōu)化，隧道初期變形得到明顯改善。

3.2 鎖腳錨桿加強(qiáng)

拱腳穩(wěn)定性及鎖腳錨桿的設(shè)置也是影響隧道變形的重要因素，每榀拱架立架時(shí)在拱腳處整平夯實(shí)地面，墊臨時(shí)支撐木板，保證拱腳穩(wěn)定。原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度4m的砂漿錨桿改為長(zhǎng)度為6m的R32N自進(jìn)式錨桿，并及時(shí)注漿。鋼架拱腳部位往往是隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，通過加強(qiáng)鎖腳錨桿錨固深度，增強(qiáng)拱腳穩(wěn)定性。

3.3 鋼架橫向連接加強(qiáng)

原設(shè)計(jì)鋼架縱向連接采用φ22mm螺紋鋼筋，環(huán)向間距1m。為增強(qiáng)強(qiáng)鋼架整體性和抵御隧道縱向位移能力，提高初期支護(hù)穩(wěn)定性，在上中下臺(tái)階拱腳位置增設(shè)2根通長(zhǎng)縱向連接鋼筋。

3.4 徑向注漿加固

針對(duì)隧道斷層帶圍巖自穩(wěn)能力較差以及遇水松散的特性，隧道開挖后對(duì)隧道全斷面進(jìn)行徑向注漿，降低圍巖滲透系數(shù)，到達(dá)加固圍巖并堵水的效果，防止圍巖過大變形。徑向注漿鉆孔孔徑φ52mm，鉆孔深度3m，環(huán)向間距1.8m，縱向間距2.6m，孔口管采用φ50×3.5mm熱軋無縫鋼管，單根長(zhǎng)度1m，注1：1水泥漿。

3.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

增加監(jiān)控量測(cè)斷面（如圖3所示）和監(jiān)測(cè)頻率，量測(cè)斷面縱向間距5m，監(jiān)測(cè)頻率加強(qiáng)，變形速度超過10mm/d時(shí)，每天量測(cè)4h/次。通過量測(cè)及時(shí)掌握施工各階段圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，并及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)施工中，及時(shí)調(diào)整預(yù)留量、支護(hù)參數(shù)等。

圖3 圍巖監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.6 調(diào)整預(yù)留變形量

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析隧道變形規(guī)律，并據(jù)此動(dòng)態(tài)調(diào)整下一步施工預(yù)留變形量，DK144+095～+155段最大預(yù)留變形量40cm，DK144+875～DK145+105段預(yù)留變形逐步調(diào)整為最大60cm，DK145+595～+880段逐步調(diào)整為30cm。

4 隧道斷層帶沉降變形控制效果分析

在采取了一系列沉降變形控制措施后，隧道沉降變形、鋼架扭曲開裂等現(xiàn)象得到了明顯改善，特別是全斷面徑向注漿后，初期支護(hù)后期穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，沉降變形逐步趨于穩(wěn)定，在DK145+595～+880段f4-2斷層施工過程中，拱頂沉降和水平收斂變形的最大值、變形速率及穩(wěn)定時(shí)間都得到了很好的控制，該段拱頂沉降變形及水平收斂變形累計(jì)值數(shù)據(jù)特點(diǎn)如圖4所示，其中一個(gè)典型斷面變形規(guī)律如圖5所示。

圖4 f4-2斷層累計(jì)變形值曲線

圖5 DK145+765斷面變形規(guī)律曲線

5 結(jié)語(yǔ)

古跡坪隧道屬高風(fēng)險(xiǎn)隧道，斷層帶圍巖破碎、富水，地應(yīng)力較大，施工過程中隧道出現(xiàn)大變形，初支扭曲變形。過程中通過優(yōu)化開挖方式加快初期支護(hù)封閉成環(huán)，通過加強(qiáng)鎖腳錨桿和鋼架橫向連接等措施增強(qiáng)支護(hù)體系的穩(wěn)定性，通過徑向注漿加固周邊圍巖，增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力，同時(shí)合理預(yù)留變形量，保證二次襯砌凈空，避免出現(xiàn)拆換拱現(xiàn)象。通過上述措施隧道拱頂沉降變形以及水平收斂變形逐步得到控制，在后期f4-2斷層帶施工過程中取得了良好的實(shí)際效果。