隧道软弱围岩大变形处理方案研究

曹 伟

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆 400000)



隧道软弱围岩大变形处理方案研究

曹 伟

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆 400000)

结合某隧道大变形段的地质及设计概况，分析了该隧道围岩变形的主要原因，并提出了围岩变形的现场处理措施及施工技术要点，有效控制了隧道初期支护变形现象的发生，促进了全线工程的顺利进行。

隧道，软弱围岩，初期支护，变形

1 隧道概况

某电力牵引单线隧道，设计行车速度120 km/h，全长10 606 m，隧道最大埋深约680 m，最小埋深约40 m。线路纵坡：全隧道为单面上坡，坡率依次为6‰(564 m长)，21‰(350 m长)，28.1‰(6 750 m长)，28.5‰(1 610 m长)，28.1‰(750 m长)，16‰(350 m长)，1‰(232 m长)。

隧区位于欧亚板块和印度洋板块相互碰撞汇聚形成的青藏高原东南缘之川滇菱形断块的西部边界断裂带(金沙江—中甸断裂带)内，地质构造复杂，新构造运动强烈，属我国著名的南北向地震带南段之滇西地震带。

隧区位于冲江河断裂北侧，断裂构造发育，主要有阿里洛断层、土官村断层，受其影响，节理发育，岩体较破碎，风化差异大。隧道洞身穿越的地层为三迭系上统(T2b)白云质灰岩夹板岩、下统(T1)板岩、千枚岩夹灰岩、炭质板岩(T1)、二叠系上统(P2a)片理化玄武岩夹凝灰质片岩。

2 大变形段原设计情况

2.1 地质情况

该隧道初期支护变形较大地段地层岩性以千枚岩、炭质板岩、炭质页岩为主，局部地段裂隙水发育，围岩级别为Ⅴ级(见图1)。

2.2 设计情况

Ⅴ级围岩地段设计采用Ⅴ级B型复合式衬砌，全环设Ⅰ18工

字钢架加强支护，纵向间距0.8 m～1 m，拱部设φ42超前小导管，每根长3 m～3.5 m，环向间距0.4 m，纵向间距1.6 m～2 m，台阶法施工(见图2)。

3 现场施工情况

该隧道初期支护变形较大地段均按Ⅴ级围岩进行施工，采用Ⅴ级B型复合式衬砌，全环设Ⅰ18工字钢架加强支护，纵向间距0.6 m，拱部设φ42超前小导管支护。

现场施工方法以两台阶法、三台阶法(部分地段增加临时仰拱)为主。初期支护变形主要为水平收敛，集中表现为边墙钢架接头处初支开裂，并形成纵向裂缝，拱顶下沉量一般较小。变形较大时，隧道一般正在进行下台阶或仰拱开挖支护，洞内收敛明显增大。初期支护变形水平收敛值最大达10 cm/d，拱顶下沉最大达5 cm/d；最大累计水平收敛值达80 cm，最大累计沉降值45 cm，初支开裂严重，钢架扭曲变形。

洞内初期支护变形情况见图3。

4 原因分析

通过对该隧道围岩变形较大地段情况分析，其主要原因有：

1)根据现场开挖揭示，围岩变形较大地段岩性多为千枚岩、炭质板岩、炭质页岩等，岩体软弱破碎，自稳能力差。加之部分地段存在裂隙水，进一步降低了围岩的物理力学指标，导致隧道开挖后围岩变形较大(见图4)。

2)监控量测数据反映，各隧道洞内初期支护变形主要为水平收敛较大，拱顶下沉量较小。从现场施工来看，水平收敛较大时，边墙处钢架连接部位明显出现接头裂开现象(见图5)，初期支护沿各钢架接头处形成纵向裂缝(见图6)。其主要原因为施工过程中钢架接头连接不密贴牢固，锁脚锚管未起到锚固作用，且由于初期支护封闭支护成环时间较长，导致围岩变形持续性发展。

3)现场施工工艺标准不高(锁脚锚杆与钢架连接不够牢固)、支护措施实施不到位(系统锚杆数量及长度不够、临时横撑施作不及时)、施工组织不力等也是变形原因之一。

5 现场处理措施

由于该隧道已出现围岩变形较大，初期支护持续性换拱，严重影响现场施工安全及进度，结合本隧道初期支护大变形特点，拟采用措施如下：

1)变形较大地段衬砌型式采用调整后的曲墙式衬砌(见图7)，必要时采用大变形衬砌结构形式(辅助坑道采用曲墙式+全环钢架衬砌，模筑衬砌内增设钢筋)。施工过程中根据监控量测成果资料，适时调整预留变形量，避免侵限或回填过大。

2)初期支护全环设Ⅰ18型钢钢架，纵向间距调整为0.5 m；拱部设φ42超前小导管，每根长3.5 m，环向间距0.4 m，纵向间距2 m。钢架间纵向连接钢筋采用φ25钢筋，“Z”形布置，设于钢架内侧(靠二衬侧)，钢筋纵向接头应错开；同时，加强各台阶底部钢架纵向垫槽钢的施工工艺，确保钢架系统整体稳定性。

3)根据现场施工情况及监控量测数据反映情况，围岩及初支变形多发生于边墙及存在基岩裂隙水部位，拟将原设计50%系统锚杆的长度调整为4.5 m，设于开挖揭示存在变形风险区域，间距1 m×1 m(环向×纵向)交错布置。改进锚杆施工设备，加强锚杆施工工艺，做好锚杆尾部垫板及螺栓连接、灌浆等工艺，确保径向锚杆施工质量及施作效果。

4)施工方法建议调整为短台阶法或微台阶法，根据监控量测成果资料，必要时可加设临时横撑，尽快封闭支护成环，及时施作二次衬砌。施工过程中应严格控制每循环进尺，每循环开挖后严格执行“初喷→架设钢架→锚杆→钢筋网→复喷”的施工工序，确保施工质量及施工安全。

5)加强φ42锁脚锚管的施工工艺、注浆工艺，研究强化锚管与钢架的连接工艺，确保锚管施工质量；必要时可适当增设锁脚锚管，防止工序倒换时突发沉降。

6)地下水发育地段，可适当设引(排)水孔，防止地下水聚集导致围岩及初支变形加剧。

7)对于变形持续增大、变形速率持续不稳定段落，为保证二衬强度，从而避免二衬后期受压开裂，除采取相应加强措施之外，必要时通过埋设支护内力测试元器件并进行监测，通过内力监测数据指导支护参数的优化。

8)施工过程中加强监控量测及数据分析，适当调整预留变形量及支护参数。加强各工序施工工艺及施工质量，确保施工及结构安全。

6 施工处理效果

现场施工过程中严格按照上述措施及要求进行施工，隧道初期支护大变形情况已得到有效控制，为确保全线按设计工期完工奠定了良好基础。

Study on weak surrounding rock deformation processing scheme of the tunnel

Cao Wei

(ChongqingInstituteofTrafficPlanningSurvey&Design,Chongqing400000,China)

Combining with geology and design conditions of the tunnel deformation section, the paper analyzes major tunnel surrounding rock deformation causes, and puts forward field processing measures and construction technology points of surrounding rock deformation, which effectively avoids the tunnel preliminary support deformation and promote smooth operation of the whole-line engineering as well.

tunnel, weak surrounding rock, preliminary support, deformation

1009-6825(2016)32-0185-02

2016-09-07

曹 伟(1986- )，男，工程师

U452.12

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