譚忠盛，楊 旸，陳 偉，李松濤

(1. 北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044；2. 中鐵八局集團(tuán)昆明鐵路建設(shè)有限公司，云南 昆明 650200)

老撾位于亞歐板塊中南半島內(nèi)陸區(qū)域，是由多組微地塊長(zhǎng)期碰撞演化匯聚成的復(fù)合大陸，區(qū)域內(nèi)不同微地塊間由多個(gè)縫合帶拼接而成，地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，區(qū)域水平構(gòu)造應(yīng)力顯著[1-2]。中老鐵路作為泛亞鐵路中線的重要組成部分，南北向橫跨老撾境內(nèi)，沿線隧道施工揭示巖體軟硬不均，在構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈擠壓作用，部分隧道段落發(fā)生大變形現(xiàn)象，支護(hù)結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)破壞。

目前國(guó)內(nèi)外隧道大變形案例眾多，相關(guān)研究學(xué)者也針對(duì)問(wèn)題提出多種行之有效的控制措施[3-9]。蘭新鐵路烏鞘嶺隧道通過(guò)多重支護(hù)加大初支剛度，施做長(zhǎng)錨桿加固圍巖，適度增大預(yù)留變形量，超前錨管預(yù)支護(hù)，開(kāi)挖導(dǎo)洞應(yīng)力釋放等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道大變形的控制[10-12]；蘭渝鐵路木寨嶺隧道采用圓形斷面導(dǎo)洞擴(kuò)挖應(yīng)力釋放，三層套拱支護(hù)和錨桿徑向注漿加固，超前預(yù)支護(hù)注漿預(yù)加固等措施控制圍巖大變形[13-16]；成蘭鐵路楊家坪隧道采用兩臺(tái)階快速開(kāi)挖封閉成環(huán)，優(yōu)化開(kāi)挖輪廓面，長(zhǎng)短結(jié)合的早強(qiáng)錨桿等支護(hù)措施，有效改善支護(hù)結(jié)構(gòu)受力，控制變形增長(zhǎng)[17-18]；成蘭鐵路柿子園隧道采用加強(qiáng)初期支護(hù)、非對(duì)稱預(yù)留變形量、徑向注漿等措施有效控制隧道變形[19]。目前大變形隧道控制技術(shù)根據(jù)支護(hù)理念可分為剛性支護(hù)和柔性支護(hù)兩類，剛性支護(hù)理念通過(guò)提高支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度控制變形增長(zhǎng)，例如高強(qiáng)度鋼架支護(hù)，高強(qiáng)弧板支護(hù)，提早施做襯砌承載，增設(shè)長(zhǎng)錨桿、錨索支護(hù)，注漿加固等措施。柔性支護(hù)理念則允許圍巖產(chǎn)生一定變形，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載，例如伸縮型拱架，超前導(dǎo)洞應(yīng)力釋放等。此外還可按控制方法分為開(kāi)挖方法和支護(hù)技術(shù)兩方面，按支護(hù)類型也可分為常規(guī)支護(hù)、分層支護(hù)、讓壓支護(hù)三大類[20]。

不同大變形隧道控制措施的選擇需基于變形等級(jí)和變形特征的不同而因地制宜，合理有效的控制技術(shù)才能產(chǎn)生良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。中老鐵路沿線隧道基本采用單線設(shè)計(jì)，途經(jīng)板塊縫合帶，受多期次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加作用影響，縫合帶內(nèi)部發(fā)育有不同大小的斷裂和褶皺構(gòu)造，揭示巖性多為薄層炭質(zhì)板巖。單線鐵路隧道瘦高“馬蹄形”斷面的側(cè)墻曲率較小，不利于承受水平構(gòu)造應(yīng)力作用，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)擠壓破壞。因此如何針對(duì)中老鐵路隧道地質(zhì)環(huán)境的特殊性，提出經(jīng)濟(jì)有效的大變形控制技術(shù)將成為中老鐵路順利建成的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 工程概況

中老鐵路北端起于中老邊境磨丁口岸，南部直至老撾首都萬(wàn)象市，全長(zhǎng)414.332 km，其中隧道75座，總長(zhǎng)度196.705 km，隧線比47.5%，設(shè)計(jì)施工均依據(jù)中國(guó)鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。沿線80%為山地和高原，地勢(shì)高低起伏較大，整體表現(xiàn)北高南低，隧道主要集中在北段和中段，南段多為路基橋梁。

中老鐵路地處蘭坪-思茅地塊和南海-印支地塊，屬古特提斯構(gòu)造域的兩個(gè)重要構(gòu)造單元，兩地塊間由瑯勃拉邦縫合帶連接，線路約42 km范圍穿越該縫合帶，縫合帶西側(cè)為景洪-素可泰火山弧次級(jí)構(gòu)造單元，東側(cè)為思茅-彭世洛次級(jí)構(gòu)造單元。此外按次級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐?，線路周邊存在多條板塊縫合帶，見(jiàn)表1。因受多組地塊邊界斷裂影響，沿線分布長(zhǎng)大斷裂帶30余條，不完整褶皺21個(gè)，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變。

表1 沿線縫合帶分布情況

全線隧道采用礦山法施工，Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法分部開(kāi)挖，支護(hù)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，主線采用單線設(shè)計(jì)，斷面形式見(jiàn)圖1，Ⅴ級(jí)圍巖標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 隧道初步設(shè)計(jì)斷面尺寸(單位: m)

表2 隧道初步設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

2 隧道變形及破壞特征

高地應(yīng)力軟巖隧道大變形是復(fù)雜地應(yīng)力環(huán)境下軟弱圍巖因隧道施工擾動(dòng)引發(fā)的支護(hù)結(jié)構(gòu)持續(xù)擠壓變形破壞的工程問(wèn)題，具有變形速度快、變形量大、變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、變形優(yōu)勢(shì)方向顯著等特點(diǎn)?？p合帶內(nèi)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果顯示，側(cè)壓力系數(shù)基本超過(guò)1.5，表現(xiàn)出以構(gòu)造應(yīng)力為主的地應(yīng)力特征?？p合帶內(nèi)線路隧道揭示圍巖以板巖和炭質(zhì)板巖為主，部分夾雜軟泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，單軸抗壓強(qiáng)度普遍低于25 MPa，薄層狀結(jié)構(gòu)明顯，屬典型軟質(zhì)巖，遇水軟化成泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖體節(jié)理裂隙高度發(fā)育，圍巖性狀見(jiàn)圖2。以上兩點(diǎn)因素已構(gòu)成中老鐵路穿越縫合帶隧道誘發(fā)大變形的客觀條件。然而線路部分隧道里程穿越大埋深，活動(dòng)斷層，高地震烈度區(qū)等巖體破碎段，構(gòu)造應(yīng)力更為復(fù)雜，大變形問(wèn)題嚴(yán)重。典型案例包括會(huì)富萊隧道、相嫩3號(hào)隧道、達(dá)隆1號(hào)隧道、達(dá)隆2號(hào)隧道、沙嫩山2號(hào)隧道，基本情況信息見(jiàn)表3。

表3 穿越縫合帶典型軟巖隧道的側(cè)壓力系數(shù)及最大變形量

圖2 大變形隧道揭示圍巖性狀

(1)變形特征

縫合帶內(nèi)隧道因巖石強(qiáng)度特征、巖石物理性質(zhì)、節(jié)理裂隙發(fā)育程度等因素差異，變形量級(jí)也有所不同，大變形多發(fā)于泥質(zhì)結(jié)構(gòu)或薄層狀結(jié)構(gòu)的軟弱炭質(zhì)板巖地層。隧道側(cè)墻位置是變形發(fā)展的主要部位，表現(xiàn)出水平向持續(xù)往凈空擠壓變形，拱頂沉降相對(duì)較小，斷面整體非均勻性變形特征明顯。據(jù)不完全變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，最大水平收斂量達(dá)148.63 cm，平均水平收斂量38.56 cm，平均變形速率約1.23 cm/d，仰拱封閉前部分里程變形速率能達(dá)10 cm/d以上，仰拱封閉后變形速率趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出變形量級(jí)大，開(kāi)挖期間變形快速增長(zhǎng)，仰拱封閉后變形速率降低，空間效應(yīng)顯著。大變形隧道部分?jǐn)嗝娴淖冃螘r(shí)程曲線，見(jiàn)圖3。

圖3 典型隧道大變形時(shí)程曲線

(2)支護(hù)破壞特征

隧道施工至軟弱炭質(zhì)板巖地層時(shí)采用表2初始支護(hù)參數(shù)后普遍出現(xiàn)變形侵限，支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，見(jiàn)圖4。支護(hù)破壞多發(fā)于側(cè)墻部位，其中上、中、下臺(tái)階拱架連接板附近尤為嚴(yán)重。隨變形發(fā)展噴射混凝土先出現(xiàn)不等寬的縱向和橫向裂縫，裂縫寬度約0.5 cm，變形進(jìn)一步增長(zhǎng)后，噴射混凝土裂縫逐步加寬，最終發(fā)生脫落，支護(hù)拱架發(fā)生沿縱向和環(huán)向扭曲變形，部分嚴(yán)重段拱架發(fā)生剪斷破壞。隨即現(xiàn)場(chǎng)采取徑向注漿加固，增設(shè)鎖腳錨管，但變形破壞仍進(jìn)一步加劇，控制效果不佳。

圖4 隧道施工現(xiàn)場(chǎng)變形破壞情況

3 隧道大變形分級(jí)

3.1 大變形分級(jí)方法

目前隧道大變形的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)已提出了多種評(píng)價(jià)方法，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比和相對(duì)變形量是目前最常采用的兩種評(píng)價(jià)方法[21-23]。圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比分級(jí)方法是根據(jù)不同圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比與隧道相對(duì)變形關(guān)系得出，Hoek等[24]通過(guò)計(jì)算無(wú)支護(hù)條件下圍巖相對(duì)位移對(duì)應(yīng)圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比關(guān)系，提出了不同擠壓變形程度的判定條件。成蘭鐵路隧道大變形分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)則結(jié)合大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)抗力，采用數(shù)值計(jì)算分析圍巖相對(duì)位移與圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比關(guān)系而建立。中老鐵路隧道大變形等級(jí)判定采用現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[25]的軟巖大變形分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和成蘭鐵路隧道大變形分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比進(jìn)行判斷，判定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

2.光風(fēng)資源。二連浩特位于蒙古高原的腹地，受海拔高度、氣候環(huán)境、海陸熱力性質(zhì)差異及內(nèi)陸高氣壓的影響，蒙古高原一直是光能、風(fēng)能資源非常豐富的地區(qū)，在二連浩特市區(qū)南部沿公路和鐵路向南延伸的方向，大批風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車整齊的排列著，部分牧區(qū)居民使用太陽(yáng)能發(fā)電裝置，這對(duì)提高二連浩特資源利用效率、降低高污染產(chǎn)能使用和排放具有重大影響。

表4 隧道大變形分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 不同等級(jí)大變形分布

巖體為包含結(jié)構(gòu)面和礦物結(jié)構(gòu)體兩種基本要素，受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的具有不連續(xù)性、非均質(zhì)性和各向異性的地質(zhì)體。因巖體內(nèi)部的節(jié)理裂隙破壞了巖石自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致巖體強(qiáng)度相較巖石強(qiáng)度更低，沿軟弱結(jié)構(gòu)面更易發(fā)生失穩(wěn)破壞。Hoke和Brown根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和格里菲斯理論的分析，提出經(jīng)驗(yàn)性的Hoek-Brown屈服準(zhǔn)則[26-27]。該方法根據(jù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度、擾動(dòng)參數(shù)、地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI相關(guān)關(guān)系，建立巖體強(qiáng)度換算準(zhǔn)則。目前該方法在巖體工程中應(yīng)用廣泛，因此采取該方法進(jìn)行隧道大變形等級(jí)判定中巖體強(qiáng)度計(jì)算，表達(dá)式為

(1)

式中：σ1為巖體破壞時(shí)最大主應(yīng)力；σ3為巖體破壞時(shí)最小主應(yīng)力；σc為巖石試樣單軸抗壓強(qiáng)度；mb、S、a為巖體力學(xué)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，與地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI和施工擾動(dòng)參數(shù)參數(shù)相關(guān)。

依據(jù)隧道變形情況，對(duì)上述五座隧道變形較大里程進(jìn)行巖體強(qiáng)度換算。結(jié)果顯示整體巖體強(qiáng)度普遍較低，其中會(huì)富萊隧道平均巖體強(qiáng)度0.88 MPa，相嫩3號(hào)隧道平均巖體強(qiáng)度1.34 MPa，達(dá)隆1號(hào)隧道平均巖體強(qiáng)度1.51 MPa，達(dá)隆2號(hào)隧道平均巖體強(qiáng)度1.45 MPa，沙嫩山2號(hào)隧道平均巖體強(qiáng)度1.73 MPa。依據(jù)區(qū)域地應(yīng)力特征，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)不同隧道各等級(jí)大變形里程分布見(jiàn)表5～表9。

表5 會(huì)富萊隧道大變形等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

表6 相嫩3號(hào)隧道大變形等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

表7 達(dá)隆1號(hào)隧道大變形等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

表8 達(dá)隆2號(hào)隧道大變形等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

表9 沙嫩山2號(hào)隧道大變形等級(jí)統(tǒng)計(jì)表

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，隧道大變形共計(jì)1 728 m，其中輕微大變形39.2%，中等大變形58.2%，嚴(yán)重大變形2.6%，沿線隧道大變形等級(jí)基本屬于輕微—中等大變形，僅會(huì)富萊隧道的45 m范圍達(dá)到嚴(yán)重大變形。各隧道不同等級(jí)大變形長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖5。

圖5 隧道各等級(jí)大變形長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)

4 隧道大變形控制技術(shù)

4.1 控制理念和原則

中老鐵路沿線周邊賦存四條板塊縫合帶，并與瑯勃拉邦縫合帶斜向交織，長(zhǎng)期地質(zhì)構(gòu)造疊加運(yùn)動(dòng)形成水平構(gòu)造應(yīng)力為主的地應(yīng)力特征，單線鐵路隧道穿越炭質(zhì)板巖段表現(xiàn)出側(cè)向擠壓為主，空間效應(yīng)影響顯著的大變形特征，大變形等級(jí)基本屬輕微至中等。針對(duì)隧道大變形特征和等級(jí)，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本與控制效果同時(shí)，以主動(dòng)控制為核心支護(hù)理念，遵循“優(yōu)化斷面，局部補(bǔ)強(qiáng)，快挖快支，盡早封閉”的支護(hù)原則，基于隧道斷面、支護(hù)鋼架、系統(tǒng)錨桿、開(kāi)挖方法優(yōu)化提出縫合帶隧道大變形控制技術(shù)。

4.2 優(yōu)化隧道斷面

縫合帶內(nèi)隧道水平構(gòu)造應(yīng)力顯著，區(qū)域地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明側(cè)壓力系數(shù)均超過(guò)1.5，隧道側(cè)墻位置受強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)力擠壓作用影響，水平收斂變形極大。根據(jù)鐵路單線隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)采用瘦高的“馬蹄形”斷面，斷面由4心圓拼接而成，然而“馬蹄形”斷面?zhèn)认驁A弧曲率小，當(dāng)承受較大水平構(gòu)造應(yīng)力時(shí)極易產(chǎn)生彎曲變形破壞。圓形斷面具備更好的應(yīng)力傳遞效果，支護(hù)結(jié)構(gòu)整體性更強(qiáng)，但采用圓形斷面造成支護(hù)強(qiáng)度盈余，成本浪費(fèi)。因此針對(duì)隧道受構(gòu)造應(yīng)力影響顯著，通過(guò)適當(dāng)增加側(cè)墻位置圓弧曲率，改善結(jié)構(gòu)受力形式，給予更大空間預(yù)留變形量。隧道斷面優(yōu)化前后輪廓情況見(jiàn)圖6，兩種斷面輪廓基本參數(shù)見(jiàn)表10。

圖6 隧道大變形段斷面優(yōu)化示意

表10 開(kāi)挖斷面參數(shù)

4.3 增強(qiáng)隧道支護(hù)剛度

隧道原設(shè)計(jì)根據(jù)不同圍巖等級(jí)，支護(hù)拱架由弱至強(qiáng)分別采用I14、I16、I18型鋼，然而對(duì)于大變形段采用此類常規(guī)支護(hù)型鋼常因剛度不足而發(fā)生結(jié)構(gòu)屈曲破壞。目前大變形隧道基本采用高強(qiáng)度支護(hù)拱架結(jié)構(gòu)，達(dá)到支護(hù)主動(dòng)控制變形的效果，對(duì)于輕微、中等大變形隧道采用單層支護(hù)結(jié)構(gòu)已能夠滿足變形控制要求，對(duì)于嚴(yán)重變形段則需采取多層支護(hù)結(jié)構(gòu)。

表11 隧道大變形段支護(hù)拱架參數(shù)

4.4 增加錨桿長(zhǎng)度

地下洞室開(kāi)挖后巖體由三向平衡應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閮上虿环€(wěn)定應(yīng)力狀態(tài)，因巖體強(qiáng)度和地應(yīng)力特征不同，洞室周邊體形成不同范圍的松動(dòng)區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，大變形隧道中松動(dòng)圈和塑性區(qū)圍巖是產(chǎn)生擠壓變形的主要范圍。圓形斷面均質(zhì)地層，各向應(yīng)力相等時(shí)形成松動(dòng)圈為圓形，非均質(zhì)地層松動(dòng)圈范圍將會(huì)因巖體強(qiáng)度差異產(chǎn)生變化[28]。因此針對(duì)鐵路大變形隧道較大松動(dòng)范圍采用加長(zhǎng)系統(tǒng)錨桿注漿加固，將使松動(dòng)圈范圍內(nèi)軟弱圍巖形成組合拱結(jié)構(gòu)，與初期支護(hù)拱架共同抵抗圍壓擠壓變形。采用全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿則能夠通過(guò)水泥砂漿等類似黏結(jié)材料加固松動(dòng)圈范圍破碎圍巖，實(shí)現(xiàn)對(duì)松動(dòng)區(qū)圍巖加固作用，控制變形增長(zhǎng)梯度。

根據(jù)隧道大變形段松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果顯示，側(cè)墻位置松動(dòng)范圍基本在5.5～7 m之間，為保證系統(tǒng)錨桿對(duì)松動(dòng)區(qū)圍巖錨固效果，應(yīng)使錨桿超出松動(dòng)范圍。綜上考慮隧道全環(huán)采用4.0 m錨桿，側(cè)墻部位采用8.0 m長(zhǎng)全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿。錨桿基本參數(shù)，見(jiàn)表12。

表12 隧道大變形段錨桿支護(hù)參數(shù)

4.5 及時(shí)封閉仰拱

如圖7所示，隧道某斷面變形時(shí)程曲線，變形發(fā)展表現(xiàn)出典型空間效應(yīng)，施工擾動(dòng)明顯，仰拱封閉后變形速率降低。因此應(yīng)通過(guò)縮短臺(tái)階步距，加快工序循環(huán)，減少施工階段因隧道開(kāi)挖產(chǎn)生的變形增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)“快挖快支，盡早封閉”。

圖7 D2K130+355斷面變形時(shí)程曲線

過(guò)度縮短臺(tái)階步距將直接影響施工組織，因此應(yīng)依據(jù)施工的配套機(jī)械設(shè)備，考慮施工組織可行性，提出合理臺(tái)階步距。隧道大變形段采用弱爆破開(kāi)挖，配套小型鑿巖機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸車進(jìn)行掌子面開(kāi)挖和渣土運(yùn)輸處理，支護(hù)拱架和噴射混凝土分別為人工安裝和混凝土濕噴機(jī)施工，設(shè)備配置見(jiàn)表13。

表13 隧道機(jī)械配套說(shuō)明

基于機(jī)械設(shè)備尺寸及最小作業(yè)空間需要，臺(tái)階作業(yè)平臺(tái)設(shè)置約5～7 m，臺(tái)階高度控制在3～4 m范圍，仰拱封閉距離縮短至16～23 m范圍。優(yōu)化后臺(tái)階開(kāi)挖尺寸見(jiàn)表14。

表14 大變形隧道開(kāi)挖短臺(tái)階尺寸 m

4.6 變形控制效果分析

受縫合帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和施工空間效應(yīng)影響，中老鐵路單線隧道側(cè)墻范圍容易發(fā)生擠壓變形，由于變形量大，變形速率高，常規(guī)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抵抗變形能力不足，因此根據(jù)不同變形誘導(dǎo)因素提出以上針對(duì)性變形控制措施，每項(xiàng)控制措施及針對(duì)問(wèn)題見(jiàn)表15。

表15 隧道大變形控制技術(shù)針對(duì)問(wèn)題

采取變形控制措施前后的某兩個(gè)斷面變形時(shí)程曲線見(jiàn)圖8，由圖8可知，采用上述控制技術(shù)后變形量級(jí)明顯下降，平均變形速率由15.6 mm/d降至8.9 mm/d；各施工步序時(shí)間明顯縮短，仰拱封閉時(shí)間由原來(lái)20 d以上降至12 d左右，累積最大水平收斂由472.5 mm降至205.1 mm。該控制技術(shù)能夠達(dá)到對(duì)縫合帶內(nèi)大變形施工過(guò)程中的變形控制，對(duì)比各施工階段變形速率可以看出，掌子面開(kāi)挖至仰拱施工前兩種方法產(chǎn)生的變形速率得到明顯降低，水平收斂1變形速率由9.87 mm/d降至2.99 mm/d，水平收斂2變形速率由28.71 mm/d降至21.86 mm/d，改善了由空間效應(yīng)引發(fā)的變形快速增長(zhǎng)。綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)改善支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，優(yōu)化施工工法能夠基本控制隧道空間效應(yīng)引發(fā)的大變形問(wèn)題。

圖8 不同支護(hù)措施隧道大變形時(shí)程曲線對(duì)比

5 結(jié)論

基于主動(dòng)控制理念，針對(duì)中老鐵路隧道變形特征提出大變形控制技術(shù)，變形控制效果顯著，得出以下結(jié)論：

(1)中老鐵路受中南半島多組微地塊間縫合帶影響，沿線地應(yīng)力以水平構(gòu)造應(yīng)力為主，當(dāng)單線隧道穿越炭質(zhì)板巖為主的軟弱破碎圍巖段時(shí)，易發(fā)生輕微、中等大變形問(wèn)題，少部分里程段達(dá)到嚴(yán)重大變形等級(jí)。

(2)基于中老鐵路隧道水平收斂為主的大變形特征，針對(duì)側(cè)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的屈曲變形破壞，依據(jù)“優(yōu)化斷面，局部補(bǔ)強(qiáng)”支護(hù)原則，通過(guò)優(yōu)化開(kāi)挖斷面?zhèn)葔η?，增?qiáng)支護(hù)拱架剛度，局部增設(shè)長(zhǎng)錨桿，能夠有效控制圍巖側(cè)向擠壓變形量。

(3)中老鐵路隧道大變形施工空間效應(yīng)影響顯著，依據(jù)“快挖快支，盡早封閉”為施工原則，采用短臺(tái)階施工方法，保證施工可行性同時(shí)，將臺(tái)階長(zhǎng)度控制在5～7 m范圍，仰拱封閉距離控制在16～23 m，仰拱封閉時(shí)間縮短約40%，有效控制因臺(tái)階開(kāi)挖產(chǎn)生的變形增長(zhǎng)。