郝俊鎖，尹 黔，李 勇，劉俊峰

(中鐵十八局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 研究背景

滇中引水工程是云南省貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記考察云南重要講話精神，努力實(shí)現(xiàn)“民族團(tuán)結(jié)進(jìn)步示范區(qū)、生態(tài)文明建設(shè)排頭兵、面向南亞?wèn)|南亞輻射中心”、“三大定位”的戰(zhàn)略支撐工程，是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)、國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)和水利部確定的172項(xiàng)重大節(jié)水供水工程中的標(biāo)志性工程之首，具有“六項(xiàng)世界之最”、“十大世界級(jí)技術(shù)難題”。其中，獅子山隧洞地處大理白族自治州洱海西岸，全長(zhǎng)29 419 m。隧洞DLⅡ46+857—47+073段處于FⅢ-102和F16斷裂構(gòu)造夾持帶，受區(qū)域構(gòu)造影響處于高-極高應(yīng)力狀態(tài)，頁(yè)巖巖體產(chǎn)生極嚴(yán)重的擠壓變形，極破碎，呈散體壓密結(jié)構(gòu)，具有顯著的卸壓失穩(wěn)、擠壓變形特征。

針對(duì)隧道及地下工程遇到的高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有文獻(xiàn)主要研究其大變形地質(zhì)問(wèn)題。例如，趙福善[1]以蘭渝鐵路兩水隧道為依托，采用分級(jí)動(dòng)態(tài)管理，結(jié)合信息化監(jiān)測(cè)，探索和研究了高地應(yīng)力條件下千枚巖及炭質(zhì)千枚巖散體壓密結(jié)構(gòu)地層變形控制技術(shù)。陳秀義[2]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和理論分析對(duì)關(guān)山隧道高地應(yīng)力狀態(tài)下硬質(zhì)碎裂圍巖的變形破壞特征與機(jī)理進(jìn)行了研究，并提出相應(yīng)治理措施。李守剛[3]通過(guò)數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)關(guān)山隧道大變形區(qū)段變形規(guī)律和防控技術(shù)進(jìn)行了研究，得出隧道圍巖的變形和應(yīng)力分布規(guī)律，并優(yōu)化隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)。周亞萍等[4]以新疆某高埋深水工隧洞為依托，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和強(qiáng)度理論推斷巖爆發(fā)生的可能性。高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)具有特殊的圍巖特征與變形特性，針對(duì)不同的圍巖地質(zhì)環(huán)境特征，選擇的施工工法、設(shè)備與地質(zhì)條件相適應(yīng)性以及支護(hù)變形控制仍有待進(jìn)一步深入研究。

本文依托滇中引水工程獅子山隧洞工程，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，總結(jié)分析了高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)的變形破壞特征；提出施工應(yīng)遵循“預(yù)支護(hù)、快掘進(jìn)、快支護(hù)、快閉合”的原則，實(shí)現(xiàn)安全快速施工、有效抑制圍巖變形破壞的目的，并進(jìn)一步闡述了適用于該地質(zhì)條件下的針對(duì)性施工措施。

2 圍巖地質(zhì)環(huán)境特征

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

獅子山隧洞位于青藏?cái)鄩K東南部“川滇棱形地塊”構(gòu)造部位，沿線斷裂及褶曲發(fā)育，如圖1所示。輸水線路大地構(gòu)造跨越揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(I)的麗江臺(tái)緣褶皺帶(I1)和川滇臺(tái)背斜(I2)兩個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，二者以程?！e川斷裂(F16) 為界。以西位于瀾滄江與金沙江分水嶺地帶，屬鶴慶—洱源臺(tái)褶束三級(jí)構(gòu)造單元，為NW向三角形構(gòu)造斷塊區(qū)，屬于帚狀構(gòu)造帶，主要以NW向主干斷裂構(gòu)造發(fā)育及多期巖漿巖侵入為主要特征，巖性以古生界硬質(zhì)巖居多。以東位于金沙江與紅河水系分水嶺地帶，為滇中復(fù)式向斜褶皺區(qū)西緣，屬滇中臺(tái)陷三級(jí)構(gòu)造單元，主要以多個(gè)近SN向區(qū)域性復(fù)式褶皺發(fā)育及“滇中紅層”沉積為主要特征，斷裂稀疏發(fā)育，以軟質(zhì)巖為主。

圖1 隧洞DL46+857—47+073段平面與縱斷面示意圖Fig.1 Plane diagram and longitudinal section of DL46+857-47+073 segment of Shizishan tunnel

2.2 地層巖性

隧洞DL Ⅱ 46+857—47+073段埋深229～233 m，處于FⅢ-102和F16斷裂構(gòu)造夾持帶，巖性為D1l鈣質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，局部經(jīng)構(gòu)造動(dòng)力作用變質(zhì)，出現(xiàn)糜棱巖化特征，屬極軟巖。其飽和抗壓強(qiáng)度

2.3 巖體結(jié)構(gòu)

受構(gòu)造擠壓影響，軟弱擠壓泥化夾層發(fā)育，主要有4組結(jié)構(gòu)面：①構(gòu)造擠壓泥化條帶110°～130°∠65°～82°，純泥型，微起伏光滑發(fā)育，發(fā)育鏡面及擦痕；②構(gòu)造擠壓泥化條帶40°～52°∠51°～63°，延伸長(zhǎng)度>10 m，泥夾巖屑型，微起伏光滑發(fā)育，發(fā)育擦痕及擠壓鏡面現(xiàn)象；③頁(yè)理面產(chǎn)狀67°～85°∠42°～58°，延伸長(zhǎng)度>10 m，微張0.5～2.0 mm，純泥質(zhì)充填，平直光滑發(fā)育；④撓曲發(fā)育產(chǎn)狀122°～138°∠22°～35°，延伸長(zhǎng)度>10 m，張開(kāi)寬度1～3 mm，泥質(zhì)充填，微起伏光滑發(fā)育。受區(qū)域構(gòu)造影響，巖體破碎，呈散體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 隧洞圍巖局部擠壓構(gòu)造Fig.2 Local extruded structure of surrounding rock of tunnel

2.4 水文地質(zhì)

依據(jù)地下水蘊(yùn)藏介質(zhì)、水動(dòng)力特征、埋藏及分布條件等因素，該段地下水主要為基巖裂隙水，滲透系數(shù)較小，涌水量較小，主要表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面滲水，深部起隔水作用。掌子面局部有線狀水流出，流量約0.5～1.0 L/s。

綜上所述，獅子山隧洞DLⅡ46+857—47+073段地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，擠壓構(gòu)造作用強(qiáng)烈，巖質(zhì)極軟，極破碎，呈散體壓密結(jié)構(gòu)，屬典型的高應(yīng)力軟巖隧洞。

3 變形破壞特征

3.1 隧洞開(kāi)挖散體壓密結(jié)構(gòu)卸壓失穩(wěn)

3.1.1 散體壓密結(jié)構(gòu)特征

地下工程常遇到的散體狀巖體結(jié)構(gòu)主要為斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化及全風(fēng)化帶，其結(jié)構(gòu)特征主要為巖體破碎，巖塊夾巖屑或泥質(zhì)物，構(gòu)造和風(fēng)化裂隙密集，結(jié)構(gòu)面錯(cuò)綜復(fù)雜，多充填黏性土，形成無(wú)序小塊和碎屑，完整性遭極大破壞，穩(wěn)定性極差，接近松散體介質(zhì)。埋深較大時(shí)，受?chē)鷫杭案叩貞?yīng)力作用，呈散體壓密狀，主要特征表現(xiàn)為：①由構(gòu)造作用形成極破碎巖體，結(jié)構(gòu)體塊度一般<10 cm；②由巖塊和巖屑組成，受構(gòu)造擠壓影響，軟弱擠壓泥化夾層發(fā)育，成組性差；③出現(xiàn)擠壓變質(zhì)糜棱巖化，圍巖致密隔水；④開(kāi)挖卸載后，圍巖碎裂化并快速惡化失穩(wěn)。

3.1.2 卸壓失穩(wěn)坍塌呈“流砂”現(xiàn)象

施工過(guò)程中，當(dāng)管棚對(duì)周?chē)鷰r體固結(jié)效果不理想時(shí)，開(kāi)挖期間拱部出現(xiàn)散粒巖體、泥化巖體從管棚間溜塌的情況。這主要是由于該段先期應(yīng)力荷載強(qiáng)，開(kāi)挖后受應(yīng)力釋放，圍巖承受的變形松弛荷載較強(qiáng)，導(dǎo)致原本壓實(shí)閉合的結(jié)構(gòu)面張開(kāi)滑移，以及圍巖巖體進(jìn)一步碎裂化呈松散狀，碎石、巖屑通過(guò)超前大管棚間隙出現(xiàn)溜渣，表現(xiàn)為“流砂”現(xiàn)象，拱部管棚端部支撐脫落，在松散巖體滑移推動(dòng)作用下發(fā)生了撓曲、彎折變形，如圖3所示。

圖3 隧洞開(kāi)挖卸壓失穩(wěn)Fig.3 Unloading instability caused by tunnel excavation

3.2 掌子面擠出

隧洞開(kāi)挖揭露顯示：在地層壓力的作用下產(chǎn)生掌子面擠出變形，易滑塌失穩(wěn)，如圖4所示。這主要是由于隧洞穿越散體壓密結(jié)構(gòu)地層，圍巖強(qiáng)度剛度很低，極破碎局部呈糜棱巖化、泥質(zhì)化，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度極低，不能形成拱效應(yīng)，圍巖松弛導(dǎo)致掌子面核心巖體發(fā)生擠出變形。

圖4 隧洞掌子面擠出Fig.4 Extrusion of tunnel face

3.3 支護(hù)變形

無(wú)論從強(qiáng)度應(yīng)力分析，還是從施工期變形監(jiān)測(cè)來(lái)看，該洞段均處于嚴(yán)重?cái)D壓變形狀態(tài)。圍巖的變形破壞表現(xiàn)為松動(dòng)圈深度擴(kuò)展特點(diǎn)，引起圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致巖體侵入隧洞設(shè)計(jì)界限，稱(chēng)之為侵限。例如，監(jiān)測(cè)變形情況為DL Ⅱ 46+893—914.5段侵限均超過(guò)100 mm，最大變形累計(jì)450 mm；DL Ⅱ 46+914.5—923段侵限范圍在100 mm以上，最大變形累計(jì)280 mm。且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈持續(xù)變化趨勢(shì)。該段初期支護(hù)出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)D壓變形，鋼拱架扭曲變形，拱頂、邊墻均出現(xiàn)不同程度的裂縫及混凝土脫落現(xiàn)象。如圖5所示，圖5(b)中紅色部分為侵限，顏色越紅，變形程度越大。

圖5 隧洞變形與三維監(jiān)測(cè)Fig.5 Deformation and three-dimensional monitoring of the tunnel

綜上，隧洞穿越高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)地層，典型變形破壞形式表現(xiàn)為：圍巖碎裂化、拱部呈“流砂”狀坍塌、掌子面擠出失穩(wěn)、圍巖與支護(hù)變形、初支開(kāi)裂、鋼架扭曲變形等。

4 針對(duì)性施工對(duì)策與方案適應(yīng)性評(píng)價(jià)

4.1 圍巖加固與超前預(yù)支護(hù)

4.1.1 圍巖加固與注漿工藝的選取

隧洞開(kāi)挖揭示散體壓密結(jié)構(gòu)具有易擾動(dòng)、損傷快速劣化的特點(diǎn)，且該段構(gòu)造規(guī)模大、坍塌風(fēng)險(xiǎn)極高，嚴(yán)重危及工程施工安全。因此，確保施工安全是此類(lèi)洞段在施工期的首要事項(xiàng)。注漿加固可增大巖體內(nèi)部塊間相對(duì)位移的阻力，提高圍巖的整體穩(wěn)定性；使破碎巖體重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)。

選用周邊固結(jié)注漿，施作范圍為起拱線以上，布置3環(huán)，間距1.6 m，排距1.2 m。長(zhǎng)度與超前大管棚長(zhǎng)度相同，均為15 m。鉆孔采用ST-20鉆機(jī)，鉆孔直徑120 mm，按先外圈、后內(nèi)圈的順序進(jìn)行，同一圈由下往上、左右交替間隔施作。按發(fā)散-約束型注漿“先外后內(nèi)、間隔跳孔”原則進(jìn)行。采用純水泥漿和水泥+水玻璃雙液漿，當(dāng)鉆孔出水量Q≤30 L/min時(shí)采用單液漿進(jìn)行灌漿，當(dāng)鉆孔出水量Q>30 L/min時(shí)直接采用水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行灌漿施工，純水泥漿水灰比為3∶1～0.5∶1.0。水泥-水玻璃雙液漿中，水泥漿與水玻璃漿液質(zhì)量比為1.0∶0.3～1.0∶0.6，其中水泥漿水灰比0.8∶1.0～1∶1，水玻璃漿水灰比0.3∶1.0～0.6∶1.0。在設(shè)計(jì)壓力3～5 MPa下，注漿注入率≤5 L/min繼續(xù)灌注30 min，即可結(jié)束。

從實(shí)際注漿效果來(lái)看，由于散體壓密結(jié)構(gòu)本身為弱透水地層，可注性不佳。其主要原因是圍巖在水作用下軟化，泥質(zhì)充填物在注漿壓力作用下擠壓密實(shí)，注漿漿液流受到泥質(zhì)充填物阻擋而使其擴(kuò)散范圍減小或削弱，難以達(dá)到有效固結(jié)圍巖的效果。但在3～5 MPa的高壓灌注下以注漿孔為中心向四周層間擠壓形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，起到改善地層、提高圍巖承載能力和穩(wěn)定性的作用。注漿效果如圖6所示。同時(shí)，掌子面錨桿+注漿的組合加固能提高掌子面的穩(wěn)定性，抑制掌子面的擠出和松弛區(qū)域的擴(kuò)大。

圖6 散體壓密結(jié)構(gòu)注漿效果Fig.6 Grouting effect of loose consolidated structure

4.1.2 超前大管棚支護(hù)與施工設(shè)備配套選型

該段處于構(gòu)造夾持帶，為防止圍巖下沉或坍塌，設(shè)置Φ108(直徑單位均為mm,下同)管棚超前預(yù)支護(hù)，確保暗挖安全順利施工。在散體壓密結(jié)構(gòu)地層施作大管棚遇到的難點(diǎn)有：①鈣質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖地層遇水快速泥化崩解；②散體壓密地層易塌孔；③超長(zhǎng)段需要加固和洞內(nèi)空間作業(yè)場(chǎng)地狹窄。

針對(duì)DLⅡ46+857—47+073段地質(zhì)情況和施工難點(diǎn)，結(jié)合加固效果、設(shè)備的適應(yīng)性及施工效率等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，選用施工工藝如下：①采用常規(guī)的國(guó)產(chǎn)履帶式鉆機(jī)，先造孔后一次性插桿法施作，難以解決散體壓密地層塌孔的問(wèn)題；②選用XY-2BA地質(zhì)鉆機(jī)，配套自進(jìn)式長(zhǎng)大管棚[5]，以管棚桿體作為鉆桿，一次性鉆進(jìn)到位，避免塌孔造成的返工，其缺點(diǎn)是地層注漿加固效果差，在散體壓密地層減小鋼管間距需形成管幕才能有效防止拱部“流砂”現(xiàn)象發(fā)生；③選用ST-20管棚鉆機(jī)，先造孔后一次性插桿法施作，可實(shí)現(xiàn)邊鉆邊注漿加固，解決散體壓密地層塌孔的問(wèn)題。成孔后安裝注漿花管，采取孔口高壓注漿可有效加固地層。

4.2 及時(shí)強(qiáng)支護(hù)與抑制變形措施

4.2.1 及時(shí)強(qiáng)支護(hù)

及時(shí)強(qiáng)支護(hù)包含兩層涵義：①隧洞開(kāi)挖后及早施作支護(hù)結(jié)構(gòu)；②加大支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度[6]。該段初期支護(hù)措施如下：隧洞開(kāi)挖斷面尺寸為12.6 m×12.6 m的馬蹄型，預(yù)留變形量20 cm；拱部180°范圍設(shè)置Φ108(壁厚d=6 mm)超前大管棚，長(zhǎng)15 m，環(huán)向間距為30 cm；Ⅰ20a 型鋼架@50 cm，底腳加橫撐，Φ25連接筋@100 cm；噴20 cm厚C20粗纖維混凝土；全斷面鋪設(shè)150 mm×150 mm的Φ8鋼筋網(wǎng)；設(shè)Φ25系統(tǒng)錨桿。針對(duì)高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)，圍巖呈碎塊或碎屑狀，其抗拉強(qiáng)度極低，此時(shí)支護(hù)目的是消除或減小拉應(yīng)力。由于隧洞開(kāi)挖卸荷松動(dòng)向深部轉(zhuǎn)移，引起圍巖應(yīng)力重分布導(dǎo)致應(yīng)力集中，過(guò)大的切向應(yīng)力使自身強(qiáng)度極低的圍巖達(dá)到并超過(guò)其屈服極限，圍巖處于塑性狀態(tài)，塑性區(qū)的范圍影響隧洞破壞的程度[7]。因此，及時(shí)支護(hù)抑制圍巖松動(dòng)發(fā)展和強(qiáng)支護(hù)體系抵抗圍壓是維持隧洞穩(wěn)定的必要手段。

4.2.2 抑制變形措施

“及時(shí)強(qiáng)支護(hù)”體系過(guò)早地約束了圍巖變形，有效控制了圍巖卸荷松動(dòng)擴(kuò)展深度。這樣，巖體形變未能充分釋放，即未通過(guò)“讓”來(lái)降低作用在支護(hù)上的圍巖壓力，而是以“抗”為主，由支護(hù)體系來(lái)抵御形變荷載[8]。因此，在減小鋼拱架間距增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度的同時(shí)，有必要增設(shè)主動(dòng)支護(hù)錨固體系、長(zhǎng)鎖腳錨管等抑制變形措施。

4.2.2.1 主動(dòng)支護(hù)錨固體系

系統(tǒng)錨桿采用Φ25讓壓錨桿，梅花形布置，間距×排距=1.25 m×1.25 m，長(zhǎng)L=6 m。設(shè)置主動(dòng)支護(hù)的錨固體系是為了充分調(diào)動(dòng)圍巖承載能力[9]。經(jīng)讓壓錨桿施錨后的圍巖，相當(dāng)于獲得了由上、下各一對(duì)對(duì)向的錨桿向施錨區(qū)圍巖施壓的一簇恒定支護(hù)力。同時(shí)，在施錨區(qū)的圍巖塑性軟化區(qū)內(nèi)施作了壓力灌漿。這樣，施錨區(qū)內(nèi)圍巖的整體性及其變形剛度和抗剪強(qiáng)度均有相當(dāng)程度的提高，沿隧洞周圈圍巖形成承載結(jié)構(gòu)的“組合拱”。

4.2.2.2 設(shè)置加強(qiáng)鎖腳錨管

隧洞穿越散體壓密結(jié)構(gòu)采用多臺(tái)階分部開(kāi)挖，工程實(shí)際中支護(hù)閉合滯后，變形則較難控制，設(shè)置鎖腳是抑制變形的有效手段[10]。加強(qiáng)鎖腳施工示意圖如圖7所示。

圖7 加強(qiáng)鎖腳施工示意圖Fig.7 Construction schematic of strengthening lock feet

每排錨管橫向設(shè)置2根錨管；上臺(tái)階每榀鋼支撐設(shè)12根鎖腳錨管(L=6 m，外徑Φ42，壁厚3.5 mm)，在拱頂兩個(gè)連接板處分別設(shè)置單排鎖腳錨管，兩側(cè)拱腳處設(shè)置為雙排，第一排位置為拱腳上方50 cm以?xún)?nèi)，第二排距第一排1 m；中臺(tái)階每榀鋼支撐設(shè)8根鎖腳錨管(L=6～9 m，外徑Φ76，壁厚6 mm)，兩側(cè)拱腳處設(shè)置為雙排，第一排位置為拱腳上方50 cm以?xún)?nèi)，第二排距第一排1 m；下臺(tái)階每榀鋼支撐設(shè)4根鎖腳錨管(L=6 m，外徑Φ42，壁厚3.5 mm)，設(shè)置位置為兩側(cè)拱腳處上方50 cm以?xún)?nèi)。全斷面每榀鋼支撐共設(shè)24根鎖腳錨管，鎖腳鉆孔時(shí)角度斜向下20°～25°。

4.3 施工監(jiān)測(cè)與安全變形監(jiān)控

隧洞支護(hù)完畢后，由于高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)易發(fā)生擠壓突變，需對(duì)圍巖變形等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)潛在危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警，并進(jìn)行局部加強(qiáng)支護(hù)[11]。

4.3.1 監(jiān)控量測(cè)

施工監(jiān)控量測(cè)包括拱頂下沉、凈空變化、拱腳下沉、掌子面變形等。從DLⅡ46+857開(kāi)始按5 m一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)用三維激光掃描儀進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，主要掌握微臺(tái)階法工法對(duì)圍巖變形的影響及鎖腳的受力情況。隧洞上中下臺(tái)階施工完成后，如該段量測(cè)數(shù)據(jù)變化較大，變形速率達(dá)40 mm/d或總變形量接近100 mm時(shí)，或支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生混凝土開(kāi)裂、脫殼等現(xiàn)象，及時(shí)采取臨時(shí)應(yīng)急加固措施，增加臨時(shí)橫撐。

圖8為三維激光掃描的典型斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，斷面外數(shù)字表示變形超出設(shè)計(jì)斷面的距離(m)，斷面內(nèi)數(shù)字表示變形小于設(shè)計(jì)斷面的距離。根據(jù)圍巖量測(cè)與斷面掃描數(shù)據(jù)分析可知：①DLⅡ46+897—907段總變形量超過(guò)100 mm，且未明顯趨于收斂；②隧洞產(chǎn)生非對(duì)稱(chēng)變形，主要是由于洞室圍巖變形破壞受最大主應(yīng)力方向控制[12]；③該段初期支護(hù)侵限，存在突變與支護(hù)失效風(fēng)險(xiǎn)。因此，該段增設(shè)第2層I 20a鋼架，間距50 cm，與初支鋼支撐重疊并緊靠安裝；每環(huán)設(shè)置12根Φ42、L=6 m的鎖腳錨管。

圖8 DLⅡ46+905斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.8 Monitoring data of DLⅡ46+905 section

4.3.2 永久安全監(jiān)測(cè)

在DLⅡ46+910和DLⅡ46+978處設(shè)置2個(gè)永久監(jiān)測(cè)斷面。DLⅡ46+910監(jiān)測(cè)斷面設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)和深層錨桿應(yīng)力計(jì)；DLⅡ46+978監(jiān)測(cè)斷面設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、滲流滲壓計(jì)以及深層錨桿應(yīng)力計(jì)。施工期間主要進(jìn)行隧洞圍巖內(nèi)部位移、應(yīng)力監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)設(shè)施布置以《水利水電工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 725—2016)中“水工隧洞監(jiān)測(cè)”作為主要依據(jù)，施工期間監(jiān)測(cè)結(jié)果為：

(1)DLⅡ46+910監(jiān)測(cè)斷面多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)位移介于-0.45～27.25 mm之間，受底板開(kāi)挖影響，圍巖變形均有不同程度的增加，支護(hù)完成后未見(jiàn)圍巖變形急劇增加的趨勢(shì)。實(shí)測(cè)錨桿應(yīng)力介于-166.3～280.6 MPa之間。受底板開(kāi)挖影響，錨桿應(yīng)力均有不同程度的增加，圍巖變形及錨桿應(yīng)力總體變化趨勢(shì)基本一致，支護(hù)后未見(jiàn)圍巖變形及錨桿應(yīng)力急劇增加的趨勢(shì)。

(2)DLⅡ46+978監(jiān)測(cè)斷面多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)位移介于0.01～13.93 mm之間。受底板開(kāi)挖影響，多點(diǎn)位移計(jì)孔口位移均有明顯的拉伸。實(shí)測(cè)錨桿應(yīng)力介于-10.8～222.11 MPa之間。受底板開(kāi)挖影響，錨桿支護(hù)應(yīng)力呈現(xiàn)急劇增加的趨勢(shì)，圍巖變形及錨桿應(yīng)力總體變化趨勢(shì)基本一致。

(3)DLⅡ46+978監(jiān)測(cè)斷面實(shí)測(cè)圍巖基本無(wú)滲透壓力。

4.4 隧洞穿越散體壓密結(jié)構(gòu)施工原則

隧洞穿越散體壓密結(jié)構(gòu)采取大管棚超前預(yù)支護(hù)、圍巖加固、強(qiáng)支護(hù)、施作讓壓錨桿和長(zhǎng)鎖腳錨管等針對(duì)性施工對(duì)策，但仍可能存在多個(gè)不確定因素：①高地應(yīng)力條件散體壓密結(jié)構(gòu)具有易擾動(dòng)性、損傷劣化、遇水軟化、各向異性等特性，圍巖變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、卸荷圍壓高，對(duì)支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅；②散體壓密結(jié)構(gòu)具有特殊的力學(xué)特性，變形特性與圍巖松弛度、擾動(dòng)深度、支護(hù)時(shí)機(jī)及支護(hù)抗力等相關(guān)，由于其變形與受力極為復(fù)雜，變形可能難以抑制；③高地應(yīng)力條件下隧洞分臺(tái)階施作，變形時(shí)空效應(yīng)明顯，洞室空間變化可能導(dǎo)致支護(hù)體系受力改變而誘發(fā)圍巖突變；④下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)不可避免拆除臨時(shí)橫撐，拆除時(shí)可能導(dǎo)致支護(hù)突變。因此，除采用加強(qiáng)初期支護(hù)外，為有效抑制高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)圍巖變形，施工應(yīng)遵循“預(yù)支護(hù)、快掘進(jìn)、快支護(hù)、快閉合”的原則。該段開(kāi)挖分上、中、下、底板4個(gè)臺(tái)階，在滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備作業(yè)空間條件下應(yīng)用微臺(tái)階法，盡量減小各臺(tái)階高度、縮短臺(tái)階長(zhǎng)度，盡早使初期支護(hù)封閉成環(huán)。

5 結(jié) 論

隧洞穿越散體壓密結(jié)構(gòu)堅(jiān)持“預(yù)支護(hù)、快掘進(jìn)、快支護(hù)、快閉合”的原則，有效抑制了圍巖松動(dòng)向深度發(fā)展與變形。本文所得結(jié)論如下。

(1)獅子山隧洞DLⅡ46+857—47+073段處于FⅢ-102和F16斷裂構(gòu)造夾持帶，地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜，擠壓構(gòu)造作用強(qiáng)烈，巖質(zhì)較軟，極破碎，呈散體壓密結(jié)構(gòu)，屬典型的高應(yīng)力軟巖洞段。

(2)高地應(yīng)力條件散體壓密結(jié)構(gòu)地層具有顯著的卸壓失穩(wěn)、擠壓性變形特征。典型變形破壞形式表現(xiàn)為：圍巖碎裂化、拱部呈“流砂”狀坍塌、掌子面擠出失穩(wěn)、圍巖與支護(hù)變形、初支開(kāi)裂、鋼架扭曲變形等。

(3)針對(duì)隧洞開(kāi)挖揭示散體壓密結(jié)構(gòu)具有易擾動(dòng)、損傷快速劣化、遇水泥化崩解、易塌孔以及地層弱透水致密造成注漿效果差的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝試驗(yàn)對(duì)比，選擇應(yīng)用ST-20鉆機(jī)進(jìn)行管棚超前預(yù)支護(hù)與圍巖加固，施工難題得到解決，實(shí)現(xiàn)了安全快速施工。

(4)針對(duì)散體壓密結(jié)構(gòu)巖體極破碎、應(yīng)力水平高、形變荷載大、變形速度快的特性，采取“及時(shí)強(qiáng)支護(hù)”措施，有效抑制圍巖松動(dòng)發(fā)展和維持隧洞穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)置主動(dòng)支護(hù)錨固體系和長(zhǎng)鎖腳錨管等措施來(lái)抑制隧洞大變形。

(5)針對(duì)高地應(yīng)力條件下散體壓密結(jié)構(gòu)易發(fā)生擠壓突變的問(wèn)題，加強(qiáng)圍巖監(jiān)控量測(cè)和圍巖內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，實(shí)施動(dòng)態(tài)控制，信息化施工。對(duì)潛在危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)警，并進(jìn)行局部加強(qiáng)支護(hù)。