大跨度隧道软弱膨胀围岩段施工控制技术

李雷明

摘要：在地质软弱破碎、膨胀性围岩的大跨度隧道施工中，围岩变形、初支开裂是常见的施工问题，制定经济合理的处置措施，安全、快速通过是施工的关键。本文根据施工隧道的实际情况，制定了合理的施工控制技术，可为今后类似工程的施工提供一定的借鉴。

关键词：大跨度;软弱;膨胀;施工控制技术

Abstract： In the construction of large-span tunnels with geologically weak broken and expansive surrounding rocks， the deformation of surrounding rocks and cracking of primary branches are common construction problems. The development of economic and reasonable disposal measures as well as the safe and rapid passage are the key to construction. Based on the actual situation of the construction tunnel， this article has formulated reasonable construction control technology， which can provide a certain reference for the construction of similar projects in the future.

Key words： large span;weakness;expansion;construction control technology

1  工程概况

杨林隧道位于昆明市嵩明县、宜良县境内的国家高速公路网昆明绕城高速公路东南段，起点和终点分别是嵩明县杨林镇甸头村和宜良县北羊街。杨林隧道左线桩号为ZK13+250～ZK22+712全长9462m;右线桩号K13+270～K22+680全长9410m，为双线分离式六车道隧道，进口至出口方向一直为下坡施工，坡度为-1.98%。此隧道不仅是国内在建最长的三车道公路隧道，也是云南省省内目前施工里程最长的公路隧道。隧道区基本地震烈度为Ⅸ度，隧道建设需克服多种不良地质，例如：瓦斯地层、岩溶地层、膨胀性围岩、软弱破碎、断层破碎富水带等。施工过程中极易发生不良地质灾害，为全线的重难点工程和控制性工程。

2  地质情况概述

杨林隧道进口左右线ZK14+700～ZK14+850段（右线相同里程段）施工揭示，围岩主要以强～全风化页岩、碳泥质灰岩、粉砂岩夹页岩為主、同时有泥质白云岩，泥质砂岩、局部夹砂岩层等，灰色～灰黑色、灰白色岩层相互交错，从线路左侧向右上方倾斜，倾角较小，单岩层厚度总体较薄，分布不均，且节理发育，破碎呈镶嵌层状碎裂结构，页岩和泥灰岩层呈薄片状、层间光滑，暴露后自行松散脱落、遇水软化呈泥状，且岩层沿隧道纵向变化较快，有的岩层扭曲呈现褶皱形式，手捏即碎，部分手捏成团，可塑性强。经第三方试验检测，围岩岩体自由膨胀率为45～68%。（图1）

3  施工中出现的不良地质现象

3.1 软弱围岩变形大

该段施工期间，初期支护出现多次大变形，围岩大变形在拱部120°范围较为明显，隧道行驶方向右侧围岩压力远大于左边，拱顶下沉远大于周边收敛。ZK14+740和K14+735拱顶累计沉降量560mm和510mm，水平收敛累计210mm和195mm。

3.2 围岩易失稳、坍塌

在施工过程中，该段变形一直较大，且无稳定趋势。主要的表现形式有：部分初支出现渗水、湿面现象，初支混凝土开裂、掉块，初支出现纵环向裂缝，钢架变形、扭曲甚至错裂，初支侵限。

3.3 变形速率大、范围大

隧道掘进、台阶转换施工中，掌子面后方10～15m范围内已施工完成的初支变形快，变形速率大，最高可达159mm/d。（图2、图3）

3.4 围岩压力大、变形持续时间长

杨林隧道初支施工后，垂直应力大且压力持续增加，软弱围岩变形处于蠕变期，自稳性差，变形持续1个月左右。随着施工继续，围岩应力受扰动，变形持续时间长。

3.5 受力点基本相同

通过施工总结，该段受力基本在拱部120°范围，破坏程度基本相同，直观表现为钢拱架扭曲变形，前期增设的套拱在围岩的压力作用下，拱部范围出现变形、扭曲甚至断裂。

4  软弱膨胀围岩段施工控制技术

该段的围岩自承能力较低，不能一味地要求围岩发挥自承能力，应从开挖方法的选择上、加强初期支护强度、隧道监控量测等方面进行加强。

4.1 施工工法

施工应严格遵循“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则使用合理的开挖方法。通过多次对比和实践，三台阶预留大核心土法可有效地减缓变形速率，控制变形。同时，仰拱及时施做，变形趋于稳定后，适时施做二衬，确保各工序间有足够的衔接作业空间，对控制变形也十分有利。

4.2 双层拱架支护法

前期施工中采用增加临时套拱、临时仰拱的方法，对控制变形效果明显，但套拱、临时仰拱的拆除造成了大量的废弃工程，施工进度受到严重制约。经专家论证后，对原设计初期支护进行调整，改为双层钢拱架进行施工。先施作第一层钢拱架（I25a），并加强监控量测，视变形情况适时施作第二层钢拱（I20a）。钢架间距为60cm，锁脚采用6m长的Φ42×4mm注浆小导管，每个台阶两侧各布设两根。

4.3 径向锚杆的施工

该段围岩致密性比较强，原设计径向锚杆为3.5m长的Φ42×4mm注浆小导管。前期径向小导管注浆效果不理想，不能有效地固结周围岩体。施工中采取了后注浆方式，初支施工完成后返回变形段注浆，可有效地减缓变形速率，并减少围岩变形。但是就注浆效果的可持续时间来说，仅有7天左右，因为受松散岩类空隙水及基岩裂隙水的作用，可持续时间较短。后续施工中径向锚杆调整为6m长的Φ25砂浆锚杆和3.5m长的Φ42×4mm注浆小导管，梅花形交替布置，对控制变形更有效果。

4.4 适量加大预留变形量

根据施工现场监控量测数据，该段施工期间将预留变形量控制在50cm左右。

4.5 加强拱架纵向连接

将原设计的拱架连接筋调整为I14工字钢连接，在拱架拱顶及连接法兰上下各0.5m处增加工字钢连接，使拱架整体受力增强，提高了拱架抗扭、抗弯性能，控制变形起到一定作用。

4.6 加大连接板厚度

由于连接板是钢拱架受力的薄弱位置，为加强钢架连接，为避免连接板位置变形、开裂，钢拱架连接板由10mm调整为12mm。

4.7 拱脚处增设槽钢及扩大拱脚

在各台阶拱脚位置增设槽钢，增强拱脚受力，同时在上、中台阶拱脚外侧加设工字钢斜撑，增大拱脚的受力面积，对控制变形起到较好的作用。

4.8 控制喷射混凝土质量

为了防止岩层大面积坍塌，开挖以后必须及时进行初喷，减少围岩的暴露时间。又因为初支背后存在空洞，并且松散破碎岩体的挤压容易使应力集中，造成初支出现裂缝或者掉块的现象，所以喷射混凝土封闭必须密实。

4.9 加强超前地质预报及监控量测

鉴于此处施工特点，采用RPD-180CBR多功能钻机结合地质雷达的方法准确判断前方围岩情况。在已完成的初支面上加密监控量测点，加大观测频率，同时利用断面仪进行断面的扫描，为初支参数调整及二衬施工时机提供数据支撑。

5  结束语

通过上述措施，杨林隧道软弱膨胀围岩段施工效果显著，结论如下：

①杨林隧道为大跨度三车道公路隧道，岩体破碎软弱，围岩具有膨胀性，初支破坏严重，前方施工安全无法保证。

②围岩垂直应力大、变形量大、持续时间长，破坏范围基本一致。

③通过施工工法的选择，加强初期支护强度，加大预留变形量，仰拱及时施做等一系列措施，能较好地控制变形及初支破坏。

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