王超超

（中鐵二十四局集團有限公司，上海200071）

隨著中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入，西部地區(qū)鐵路運輸建設正經歷著大闊步的發(fā)展速度。新建麗江至香格里拉鐵路位于云南省的西北部，線路連接大理至麗江鐵路，并通過該鐵路和廣大鐵路與成昆鐵路相連。麗香鐵路建設是推動滇西北旅游業(yè)發(fā)展的需要，將有效促進云南西北地區(qū)土地資源開發(fā)，發(fā)展沿線經濟，促進少數民族地區(qū)經濟繁榮，鞏固區(qū)域扶貧成果，具有重要意義。

云南地區(qū)地質條件復雜多變，構造應力大且為保證接線隧道設置埋深大，導致隧道修建過程中多出現(xiàn)大變形情況，嚴重威脅施工安全以及施工進度［1-2］，本文以新建麗香鐵路白巖子隧道軟巖大變形施工為工程背景，依據大變形破壞形式，對其大變形進行了分類。通過對比不同施工方式對大變形的抑制效果，提出了相對合理的大變形施工控制措施。

1 工程概況

白巖子隧道位于虎跳峽站與螺螄灣站段內，進口端為D1K61+600，出口端為D1K65+683，隧道全長4 083 m。隧道最大深度約為680 m，隧道的進口部分為28.5‰（50 m）的上坡，其后依次為28.2‰（3 150 m）、21‰（350 m）、6‰（533 m）上坡。

截至2019年4月17日，掌子面施工至D1K62+800，根據超前地質預報資料及現(xiàn)場掌子面揭示，地層巖性為灰、灰黑色，薄層狀、弱風化板巖夾炭質板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，層面光滑，傾角平緩，結合差，發(fā)育條帶狀石英脈，存在軟弱夾層，巖體松馳破碎，遇水易軟，掌子面濕潤，圍巖穩(wěn)定性極差，圍巖級別為Ⅴ級。采用大變形ⅡA型復合式襯砌，臺階法施工。受軟巖大變形影響，初支開裂變形較為嚴重，其中D1K62+493處線路右側最大累計水平收斂已達760 mm（預留變形量400 mm）。自2018年以來，由于圍巖較差，初支收斂變形大，頻繁拆換拱，1月到7月該掌子面平均月進尺18 m（不足20 m），導致工期嚴重滯后。

2 白巖子隧道軟巖大變形施工控制措施

根據強度特征、泥質含量、結構面特征和塑性變形特征的不同，按照上述特征差異［3］，結合產生大變形的機理，軟巖一般分為這四類：膨脹軟巖（低強度軟巖）、高地應力軟巖、節(jié)理軟巖及復合軟巖［4-5］。依據白巖子隧道施工后揭示的地質情況，將白巖子隧道大變形歸類為高地應力作用下的軟弱節(jié)理圍巖引起的擠壓性大變形。

2.1 大變形ⅡA型襯砌斷面（I20b型鋼鋼架）

D1K62+420～D1K62+530段采用大變形ⅡA型復合式襯砌，全環(huán)采用I20b型鋼鋼架，間距0.5～0.6 m/榀，拱部采用組合中空錨桿，側壁采用φ22砂漿錨桿，長度均為4 m。大變形ⅡA型的襯砌斷面圖見圖1。

圖1 大變形ⅡA型襯砌斷面圖（I20 b型鋼鋼架）

在使用該參數施工后，局部變形得到控制，但后期徐變引起的變形對初支鋼架起拱線處影響較大，導致大段落的侵限拆換拱現(xiàn)象，初支侵限及拱架扭曲見圖2。

圖2 D1K62+487處初支變形侵限及鋼架扭曲

2.2 大變形ⅡA型襯砌斷面（I20 b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架）

D1K62+530～D1K62+560段采用大變形ⅡA型復合式襯砌（雙層初支試驗段，I20b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架），間距0.5 m/榀，拱部采用組合中空錨桿，側壁采用φ22砂漿錨桿，長度均為4 m。大變形ⅡA型襯砌斷面見圖3。

圖3 大變形ⅡA型襯砌斷面圖（雙層初支試驗段，I20b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架））

具體施工流程為：

1）先分3次施作3榀外層鋼架（遠離斷面中心），即初噴混凝土，掛設鋼筋網，架設型鋼拱架，并鉆設超前錨管、鎖腳錨管及徑向錨桿復噴至設計厚度。

2）待3榀鋼架施工完畢后，施工第4榀外層鋼架。同時開始施工內層鋼架（靠近斷面中心）。

3）待Ⅱ內工序施工完畢后，以防斷面垮塌，及時施工第4榀外層支護噴混凝土作業(yè)。

4）待施工第4榀外層支護噴混凝土作業(yè)完畢后，及時施工第1榀內層支護噴混凝土作業(yè)。

按照雙層初支鋼架施作后（外層全環(huán)架設I20b型鋼鋼架，內層全環(huán)采用I18型鋼鋼架），初支收斂變形得到有效控制，其中D1K62+535～D1K62+555段收斂變形情況見圖4。

圖4 D1K62+535～D1K62+555段隧道水平收斂變形情況

根據監(jiān)控量測水平收斂曲線圖顯示，控制累計變形（30 d）在360 mm以內，變形速率控制在5 mm/d以內，達到預期效果。雖然初期支護收斂變形得到有效控制，但施工工效低，施工進度緩慢，造價高。該施工方案工序循環(huán)耗時見表1。

表1 工序循環(huán)耗時情況一

2.3 大變形ⅡA型襯砌斷面（I25 b型鋼鋼架）

D1K62+560～D1K62+800段采用大變形ⅡA型復合式襯砌，全環(huán)用I25b型鋼鋼架，間距設置在0.6 m/榀，拱部用Φ25組合中空錨桿，長度4 m，側壁采用φ22早強砂漿長錨桿，長度6.5 m，大變形ⅡA型襯砌斷面見圖5。按照單層初支鋼架（I25b型鋼鋼架），同時邊墻系統(tǒng)錨桿采用Ф22早強砂漿長錨桿（6.5 m）施作后，初支收斂變形得到有效控制，其中D1K62+565～D1K62+580段收斂變形情況見圖6。

圖5 二次襯大變形ⅡA型襯砌鋼架圖（I25b型鋼鋼架）

根據監(jiān)控量測水平收斂曲線圖顯示，控制累計變形在360 mm以內，變形速率控制在8 mm/d以內，達到預期效果，工序循環(huán)耗時情況見表2。采用I25b型鋼鋼架，針對變形較大側增大預留變形量，邊墻采用Ф22早強砂漿長錨桿（6.5 m）措施，有效抑制初支變形，安全、質量、進度顯著提升。

表2 工序循環(huán)耗時情況二

圖6 D1K62+565～D1K62+580段隧道水平收斂變形情況

3 經濟性分析

1）采用大變形ⅡA型復合式襯砌，全環(huán)采用I20b型鋼鋼架，間距設置在0.6 m/榀。主要工程數量見表3，其工程數量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，每延米費用約為58 651元。

2）采用大變形ⅡA型復合式襯砌，全環(huán)采用I25b型鋼鋼架，間距設置在0.6 m/榀。主要工程數量見表4，其工程數量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，每延米費用約為63 125元。

3）采用大變形ⅡA型復合式襯砌，全環(huán)設置雙層初支鋼架（外層全環(huán)架設I20b型鋼鋼架，內層全環(huán)采用I18型鋼鋼架），間距0.5 m/榀。主要工程數量見表5，其工程數量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，費用約為82 905元/m。

表3 大變形ⅡA型復合式襯砌（I20b型鋼鋼架）工程數量

表4 大變形ⅡA型復合式襯砌（I25b型鋼鋼架）工程數量表

表5 大變形ⅡA型復合式襯砌（雙層初支鋼架）工程數量

根據以上支護參數工程數量計算費用，進行經濟性對比分析，采用雙層初支鋼架雖然能有效抑制變形，但施工成本過高（較I20b型鋼鋼架增加費用24 254元/m）；而采用I25b型鋼鋼架既能有效抑制變形，又能合理控制投資（較I20b型鋼鋼架增加費用4 474元/m）。

4 結 語

本文以新建鐵路麗江到香格里拉線白巖子隧道軟巖大變形施工技術為研究背景，對比分析了不同支護條件下隧道大變形控制效果及造價，提出了相對合理的大變形施工控制措施，主要結論如下：

1）依據白巖子隧道施工后揭示地質情況，將白巖子隧道大變形歸類為高地應力作用下的軟弱節(jié)理圍巖引起的擠壓性大變形；

2）對比分析了I20b型鋼鋼架、I25b型鋼鋼架、雙層初支鋼架對隧道大變形控制效果，雙層初支鋼架抑制效果最好，I25b型鋼鋼架次之，I20b型鋼鋼架最差；

3）對比分析了I20b型鋼鋼架、I25b型鋼鋼架、雙層初支鋼架造價，以I20b型鋼鋼架施工費用為基礎，I25b型鋼鋼架較I20b型鋼鋼架增加費用4 474元/m，雙層初支鋼架較I20b型鋼鋼架費用增加了24 254元/m；

4）綜合對比分析，認為I25b型鋼鋼架較為合理，既能有效抑制變形，又能合理控制投資。