乌鞘岭隧道F4断层区段监控量测综合分析
乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究
乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究摘要乌鞘岭特长隧道全长20050m，是我国目前正在修建的国内最长的单线铁路隧道。
隧道施工中发生了严重的围岩大变形，主要表现为隧道中部岭脊地段P4—F7断层构成的“挤压构造带”在深埋高地应力条件下的软弱围岩大变形，拱顶最大下沉及侧壁最大水平收敛变形量均达1 000mm以上，导致初期支护开裂破坏并严重侵入衬砌净空等，不得不将初期支护全部或部分拆除重做，再施作二次衬砌。
文章对隧道区域工程地质环境、软弱围岩变形力学特性及初期支护破坏规律、围岩变形的影响因素等进行了分析研究，并讨论了隧道围岩加固、初期支护预留变形量与二次衬砌施作时机等问题。
关键词乌鞘岭隧道软弱围岩变形力学特性影响因素预留变形量破坏规律中图分类号：U451’．2 文献标识码：A1 工程概况我国正在修建的国内最长的乌鞘岭特长隧道全长20 050m，位于改建铁路兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间，隧道洞身最大埋深1 lOOm。
设计为两座单线隧道，线间距40m。
两座隧道除出口段线路位于半径为1 200m的曲线上，右、左线缓和曲线分别伸人隧道68．79m、127．29m处，其余地段均为直线。
两座隧道纵坡相同，大部分为11％。
的单面下坡。
右线隧道较左线隧道高0．56—0．73 m，进、出口右线轨面设计高程分别为2 662．84 m、2 446．8 m。
由于工程艰巨，工期十分紧迫，设计采取“长隧短打”措施，增设了13个斜井、一个竖井，共14个辅助坑道，总长20 383 m，与两个单线隧道合计总长60483 m。
均设计为复合衬砌，钻爆法施工。
隧道自2003年3月开工至2004年8月底，已完成右线正洞成洞11 497 m，占设计总量的57．3％；完成左线(平导)开挖14 012 m(折合成洞8 522m)，占设计总量的70％(42．5％)；完成辅助坑道19 637 m，占设计总量的96．3％。
浅谈乌鞘岭隧道地应力特征及对施工的影响
１ 引 言
随着 高速公路 建设 的发展 和 国家加大 基础 建设 的投资 ， 速公路 向 山区推 进 ， 隧道 、 高 长 深埋 隧道 不
口位 于 天 祝 县 陈 家 沟 沟 口， 口位 于 兰 泉 村 ， 出 长 ４０ ｍ，隧道 最 大 埋 深 １９ ９２ ８ ｍ。属 深 埋 石 质 特 长 隧 道 。乌鞘 岭隧 道 围岩 工程 地 质 条 件较 复 杂 ， 身 深 洞 埋段 主 要 有 ： 洪 积 砾 石 土 、 土 ， 迭 系 砂 岩 、 冲 黄 三 砾
第 ２ ７卷 第 ２ ２期 ２１ ０ １年 １ 月 １
甘 肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｏｏ ｙ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ
ｌ ２ Ｎｏ ２ ｆ ７ ． ．２
Ｎｏ ． ２ １ ｖ ０１
浅 谈 乌鞘 岭 隧道 地 应 力特 征及 对 施 工 的影 响
况极少， 主要是挤压性断层的流变变形问题 ， 由于施
工期间对挤压性断层 流变特性及其破坏机理 、 变形 控制 的认识 不够充 分 ， 导致 流变 变形持续 发展 ， 多次
变更 支护设 计方 案 和地 层 预 加 固控 制 方 案 ； 后来 经
次初期支护与高强二次衬砌 的组合支护方案 ， 以确 保该段落的顺利实施。
可避免 。硐室开挖破坏 了岩体原来的应力平衡 ， 引
起 了应力的重分布， 使围岩产生变形 ， 当重分布后 的 应 力达 到 或超过 岩 石 的强度 极 限时 ， 围岩 除 弹性 变 形外还将产生较大的塑性变形 ， 如果不阻止这种变 形 的发展就会导致围岩破裂 ， 甚至失稳破坏。高地
应 力 区隧道 围岩 的稳定性 及 变形特 征将成 为关 注重
豁， 东经乌稍岭隧道北洞 口北 ， 天河湾、 南泥湾 、 大柳 树沟南缘、 石板沟 、 北岭沟南缘至黑马圈河林场检查 站， 总体呈北 ８。 一 ０西 东西向波状延伸长６ ．ｋ 总 ３ ５ｍ，
隧道施工监控量测技术1
0.023 -
0.064
1.353 1.539 2.051
左拱脚 左墙腰 左墙脚
0.357 0.455 0.383
70.958 44.033 21.556
3.623 -0.260 2.904
0.074 0.061
-
0.596 0.160 1.449
最大值 最小值
0.599 0.228
171.609 21.316
932.45 473.91 716.12 310.51 1209.38 367.03
422.97 211.25 353.54 124.87 831.01 195.60
165.33 122.05 153.21 79.65 167.53 81.61
80.65 38.72 70.24 30.76 87.54 35.90
右线隧道
主带 影响带
324.31 125.12 73.46 343.10 91.87 58.58
25.62 YDK170+495 墙腰 19.55 YDK170+410 墙腰
志留系板岩夹千枚岩
F7 断层
右线隧道 右线隧道 左线隧道
千枚岩为主
板岩为主 进入断层初期 设计施工改进后 进入断层初期 设计施工改进后
规范规定的监控量测项目及量测方法
三、量测方法与结果
(一)地质素描
结合隧道施工、同步进行洞内围岩地质工作： 它是隧道设计和施工过程中不可缺少的一项重要 地质工作，是围岩工程地质特性和支护措施的合 理性的最直观、最简单、最经济的描述和评价。
地质素描的内容
1.岩性； 2.结构构造特征； 3.岩体风化程度； 4.地下水的特征、涌水量化数值； 5.施工情况； 6.不良地质特征； 7.支护情况等。
挤压性围岩隧道大变形机理及分级标准研究
（１）变形量大 家竹箐隧道初期支护周边位移曾达２１００ ｍｉｌｌ，乌 鞘岭隧道岭脊段最大变形１２０９ ｍｍ。平均变形按Ｆ４、 志留系板岩夹千枚岩、Ｆ７几区段分别为９０＂－１２０， ２００～４００，１５０～５５０ ｍｍ。 （２）变形速率高 奥地利的陶恩隧道最大变形速率高达２００ ｍｍ／ｄ， 一般也达５０～１００ ｍｉｎ／ｄ。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测 开始阶段变形速率最高达１６７ ｍｍ／ｄ，分区段最大变形 速率分别可达７３，１６５，１６７ ｍｉｎ／ｄ。 （３）变形持续时间长 由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开 挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间 也较长。日本惠那山隧道时间大于３００ ｄ，关角隧道通 车两年后变形还在发展。乌鞘岭隧道大变形区段变形 持续时间大于１００ ｄ。 （４）支护破坏形式多样 由于原始应力状态因方向而异，围岩也具有各向 异性，初期支护常常不均匀受力，破坏形式也是多样 的。喷层开裂、剥落先在受力较大的部位发生。型钢 拱架或格栅发生扭曲，坍塌随即发生。衬砌做好后， 大变形常使衬砌严重开裂，挤入净空。底部上鼓使道 床严重破坏只好中断行车。 （５）围岩破坏范围大 高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范 围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时 围岩破坏范围可达５倍洞径。一般锚杆长度伸不到弹 性区，这常是导致喷锚支护失效的根本原因。 ２．２围岩物理力学参数的综合分析 乌鞘岭隧道岭脊地段围岩软弱，地质构造强烈， 该种地层条件给围岩物理力学参数的试验确定带来了 极大困难，分别采用了取样室内试验、原位岩体试验、
．．
乌鞘岭隧道F4断层区段二次衬砌安全性分析
文章编号:100926825(2007)0720276202乌鞘岭隧道F4断层区段二次衬砌安全性分析收稿日期:2006209202作者简介王立新(62),男,工程师,中铁十五局集团第四工程有限公司,山西侯马 3刘晓宝(82),男,石家庄铁道学院研究生分院硕士研究生,工程师,中铁十五局集团第四工程有限公司,山西侯马 3孙明磊(82),男,硕士,讲师,石家庄铁道学院,河北石家庄 53王立新 刘晓宝 孙明磊摘 要:掌握二次衬砌结构受力的规律,确定隧道衬砌安全性,在F4断层主带和影响带进行了初期支护与二次衬砌间接触压力监控量测,并利用量测结果对实测荷载下二衬的安全性进行了分析,以指导隧道的设计和施工。
关键词:安全性,断层带,监控量测,二次衬砌中图分类号:U455.4文献标识码:A1 工程概况乌鞘岭隧道设计为两座平行的单线隧道,隧道长20050m ,是迄今为止国内最长的单线铁路隧道,隧道最大埋深1100m ,所经地层岩性复杂,岩质相对较软,分布主要受区域断裂构造控制。
特别在F4～F7断层主带及影响带,支护均产生了较为严重的变形。
其中F4断层破碎带(Y DK 170+290～Y DK 170+740)位于乌鞘岭岭南地段,长450m ,Y DK 170+440～Y DK 170+640,长200m 为断层主带,断层主带两侧为影响带,本段埋深约440m 。
地层以三叠系碎裂砂岩为主,岩体挤压破碎,岩块间结合力差,围岩稳定性较差,覆土埋深约440m ,隧道开挖后,拱部及边墙掉块、坍塌,局部有渗水。
支护后隧道变形大,变形持续时间长。
在F4断层施工中,由于围岩破碎,洞室自稳能力极差,地应力高,发生过较为严重的变形,通过施工方法的比较和优化,采用超短三台阶法施工。
超前预支护采用<42小导管或自进式锚杆注浆支护,人工风镐配合挖掘机开挖,必要时辅以弱爆破。
挖掘机或弱爆破开挖下部断面,人工风镐整修开挖轮廓。
及时喷混凝土4cm ～6cm 封闭岩面,并进行喷锚网,型钢钢架系统支护作业。
隧道不良地质施工常见防治措施)
隧道不良地质施工常见防治措施隧道在施工过程中多会碰见各种不利于隧道工程的不良地质环境，今天大家一起来学习一下在遇到富水断层破碎围岩、膨胀性和挤压性围岩以及黄土地质这三个不良地质段时候的各种防治措施。
一、不良特殊地址地段概述一、不良和特殊地质地段的概念：(一)不良地质地段不良地质地段是指滑坡、崩塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程的不良地质环境。
(二)特殊地质地段特殊地质地段是指膨胀岩地层、断层破碎带、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、岩爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地层等二、开挖和支护过程中可能造成的危害：1、土石坍塌2、隧道支撑严重变形3、衬砌结构断裂三、不良和特殊地质地段隧道工程的一般规定：1、制定完整预案，做好技术、物资、机械储备2、制定地质预测、预报方案3、根据预报结果及时调整施工方案4、必须加强量测工作，并及时反馈量测结果四、不良地质地段隧道施工注意事项：1.选择施工方法注意事项：选择施工方法(包括开挖及支护)时，应以安全及工程质量为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面形式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期要求、经济和技术的可行性等因素而定。
同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。
施工以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为指导原则。
2.加强监控和量测工作3.使用喷锚技术注意事项：(1)爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。
(2)锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢拱架支撑加强支护。
4.采用临时支护时注意事项：(1)支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。
(2)围岩出现底部压力，产生底膨现象或可能产生沉陷时应加设底梁(3)当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密；(4)根据现场条件，可结合管棚或超前锚杆等支护，形成联合支撑(5)支护作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。
乌鞘岭特长隧道施工技术及方案研究
乌鞘岭特长隧道施工技术及方案研究作者：张超来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第05期摘要:乌鞘岭隧道是我国目前计划修建的国内最长的铁路单线隧道,本文从设计、地质条件、施工方案、支护等方面介绍了该隧道主要施工技术及经验。
关键词:隧道施工方案支护1 工程概况1.1 隧道简介乌鞘岭特长隧道全长20050m,设计为两座单线隧道。
该隧道右线出口段线路曲线半径为1200m,缓和曲线伸入隧道68.79m,隧道其余地段均位于直线上,线间距为40m。
本标段洞内纵坡除出口端350m为10.9‰的下坡,余均为11‰的下坡。
1.2 地形和地貌乌鞘岭隧道出口位于古浪县龙沟乡的砂沟台,地形较狭窄,施工场地和地形条件较差,路肩设计高程为2446m。
该地区整体属于祁连山东北部中高山区,隧道进口以南为庄浪河河谷区,出口以北为古浪河及其支流龙沟河河谷区,隧道经过乌鞘岭～毛毛山中高山区,根据山体相对高度及本标段工程情况,可进一步划分为乌鞘岭中高山区和乌鞘岭北坡低高山区二个次级地貌单元。
1.2.1 乌鞘岭中高山区:位于F4和F7断层之间,海拔高程3500m左右,毛毛山最高峰为4070m。
该区地势较高,相对高差较大,自然坡度35°～50°,地表广腐植土,阴坡小灌木发育。
1.2.2 乌鞘岭北坡低高山区:位于F7断层以北,地形起伏不大,自然坡度15°～30°,海拔高程2800m左右,相对高差200～400m。
地表多有土层覆盖,其间沟谷发育,主要支沟有大洪沟、窄洪沟、金家直沟、大沙沟、天井沟及直沟等。
1.3 隧道结构隧道采用曲墙带仰拱整体式模筑混凝土衬砌,模筑混凝土支护,其拱部背后进行回填压浆,模筑混凝土支护为隧道结构的组成部分。
隧道在模筑支护与模筑衬砌之间设防水板,按“防水板+防水板”结构形式沿隧道全长全断面铺设。
全隧道洞内设双侧保温水沟,墙脚纵向设庐200mmPVC盲沟。
横向按5.0～10m间距设φ60mm软式透水管环向盲沟,与墙脚纵向盲沟相连。
新乌鞘岭隧道岭脊段高地应力软岩大变形控制技术
工程建设新乌鞘岭隧道岭脊段高地应力软岩大变形控制技术马殷军（中国铁路青藏集团有限公司，青海西宁810000）摘要：针对新乌鞘岭隧道岭脊段高地应力软岩变形问题，采用加强初支、铣挖法施工在软岩大变形方面取得了良好的效果。
通过调整仰拱曲率、加大变形预留量、加强初期支护、超前预加固等设计支护措施，结合铣挖法开挖可有效减少对周边围岩的扰动，有效控制软岩塑性区的发展。
研究表明：相比钻爆法，采用铣挖法开挖易于控制超欠挖，并大幅度降低对围岩的扰动。
轮廓平均线性超挖由37 cm缩减至17 cm，超挖率由121%缩减至61%，喷射混凝土与岩面密贴性好，有利于提升围岩自承能力和初期支护的承载能力，可有效改善变形控制效果，提高软岩施工的进度及安全性，可作为高地应力软岩大变形控制的有效方法。
关键词：新乌鞘岭；隧道；软岩大变形；铣挖法；变形控制；高地应力中图分类号：U456 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）11-0001-07 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.09.18.0040 引言随着我国西部开发持续深入，西部地区交通建设成为其重要组成部分。
在建设过程中，隧道工程面临的地质条件极端复杂，主要包括高地应力软岩大变形、高地应力岩爆、富水断层破碎带等复杂地质问题，隧道工程面临高地应力软岩大变形和岩爆等重大技术挑战［1-8］。
采用数值分析方法，对比分析机械法和钻爆法对软岩变形的影响，讨论机械法在挤压性软岩隧道大变形控制的适用性。
1 工程概况新乌鞘岭隧道全长17.125 km，位于既有兰武二线乌鞘岭特长隧道东侧上方，是单洞双线隧道，最大埋深952 m。
新建隧道施工辅助坑道充分利用既有兰武二线乌鞘岭特长隧道的5#、7#、8#、9#、10#斜井（长度合计9 280 m）。
其中的9#斜井工区为V级围岩Ⅲ级变形段，志留系作者简介：马殷军（1976—），男，高级工程师。
E-mail：********************千枚岩夹板岩，千枚岩为主，极薄层状，软硬不均，层间结合力差，受构造影响严重，岩体极破碎，岩质软，整体性差，呈块状，拱部稳定性差，易掉块，掌子面存在少量渗水现象，受施工扰动易发生失稳坍塌等风险（见图1）。
专题十一高地应力软岩隧道大变形控制技术(乌鞘岭隧
围岩强度应力比= Rb /max
(2-1)
表 2-1
标准类别 法国隧道协会 我国工程岩体分级基准 日本新奥法指南(1996) 日本仲野分级
围岩强度应力比的分级基准
极高地应力
高地应力
＜2
2~4
＜4
4~7
＜2
4~6
＜2
2~4
一般地应力 ＞4 ＞7 ＞6 ＞4
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2.2 隧道大变形的概念
各类围岩在正常施工条件下都会产生一定的变 形，隧道施工规范、新奥法指南及衬砌标准设计等 对各类围岩及各种支护结构都规定有不同的预留变 形量以容纳这些变形 。
以圆形巷道在λ＝1.0，σv=σH 时的情况进行分析， 由弹性力学可知，如果处于弹性阶段，则围岩中任
一点的应力σr、σθ可用下式表示:
r V(R 0/r)2V θV(R 0/r)2V
(2-24)
以r=R0代入(2-24)式，可得： θ 2V
所以当Rb/σv<2时，洞室周边将产生塑性变形。
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2.4.2 塑性区的影响因素分析
0.6
0.3
0
0
250
500
750
1000
埋深/m
图2-11 F7洞壁位移随埋深的变化规律
精品pp
(2)强度应力比
图2-18分别为乌鞘岭隧道分区段拱顶下沉及墙腰水 平位移与强度应力比的关系曲线。
位移值 /m
1
0.8
0.6
拱顶
墙腰 0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
强度应力比
图2-18 F7洞壁位移随强度应力比的变化规律
(2-26)
乌鞘岭隧道I标段围岩监控量测管理办法
工作办法一．编制依据1．中华人民共和国《铁路隧道施工规范》TB10204—2004；2．兰新线兰武段乌鞘岭特长隧道设计文件；3．乌鞘岭指工程[2003]53号《关于印发〈乌鞘岭隧道平行导坑及辅助坑道施工地质测试与超前预报实施细则〉的通知；4、乌鞘岭指工程[2004]25号《关于进一步加强乌鞘岭隧道变形量测的通知》。
二．编制目的1．为隧道施工提供围岩、支护稳定性及衬砌可靠性的信息；2．为二次衬砌提供合理的施作时间；3．为设计修改支护参数提供依据。
三．组织机构为做到围岩监控量测管理规范化、标准化和制度化，指挥部成立以总工程师为组长的组织机构（见下图），同时要求各公司项目部也成立相应的组织机构，并设专人负责，配备足够的技术人员，实行指挥部、项目部二级管理。
组长：周文海副组长：万连余组员：林海剑孙庆卫张守同刘川刘成君（各施工作业面的量测小组和负责人名单附后）四．职责分工（一）指挥部职责1.负责本标段围岩量测日常事务管理工作及对外联络，督促各项目部认真完成该项工作；2.根据规范及现场实际，随时检查各部门对围岩量测执行情况。
3.及时收集和整理各处项目部所上报的围岩量测资料，并核查其真实性和可靠性；4.负责对围岩量测资料的上报工作（设计队月报）；5.随时深入工地，检查各处对围岩量测点的埋设及规范操作情况。
（二）项目部职责1．设专测班，全面负责工点范围内的围岩监控量测工作；2．为专测班配备专用办公场所，配备必需的办公品及仪器；并在办公室张贴必要的图表（如量测布点图等）；3．为专测班配备必需的施工规范、检验规程及相关技术资料；4．为专测班提供工程图纸、设计说明及有关技术文件；5. 负责对资料的收集与整理，并保存完整。
6. 项目部总工做好监控量测的监督工作，确保量测资料的原始性、准确性、及时性，并对其真实性、准确性负责；7. 掌握围岩发展动态，及时做线性回归分析，确定衬砌最佳时间；8. 测量人员应经培训持证上岗，并且不得随意更换；9. 各种量测记录标注明显，没有涂抹，计算成果和图表准确清楚。
岭脊段量测作业指导书
30#横通道及右线隧道工程监控量测作业指导书编制：王才高复核：柴瑞峰审批：杨文国中铁五局乌鞘岭隧道第一项目部二OO四年十月二十五日量测作业指导书根据乌鞘岭隧道设计及《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》要求，以及乌鞘岭指工程[2004]25号文件《关于进一步加强乌鞘岭隧道变形量测的通知》，并针对我项目部施工实际，特编制此《监控量测作业指导书》，以更好地指导现场施工。
一、量测项目根据新奥法施工原理，在施工过程中，以量测资料为基础及时修正支护参数，使支护参数与地层相适应，并充分发挥围岩的自承能力，使围岩与支护体系达到最佳受力状态。
30#横通道及右线隧道工程量测项目包括：掌子面地质描述及支护工作状况观测、水平净空收敛量测和拱顶下沉量测内容。
二、量测工作小组组长：杨文国 副组长：柴瑞峰成员：彭海启、尹晨、李长亮、李刚、席兵、蒋春发、王才高 三、量测点布置Ⅴ级围岩每10m 埋设一个断面，每断面埋设5个点。
即拱顶下沉一个点，水平收敛四个点（上、下台阶各1组）。
量测必须在开挖后及时埋点，距掌子面不大于2m 。
测点埋设应牢靠，易于识别，用红油漆标明里程和测点编号。
并妥善保护，防止爆破和其它情况的破坏，量测点上不悬挂其它任何物品。
在下一循环爆破前读取出读数。
同时保证在12h 内读取初读数。
在待测围岩表面部位用冲击钻或风钻钻一孔径为3cm 深30cm 的孔（衬砌面上孔深15cm ），在孔中填塞专用锚固剂后插入杆件，待硬化后立即进行第一组数据的量测。
埋设时应确保拱顶下沉和周边收敛测点埋设在同一断面上，埋水平杆件时应尽量使杆件轴线在同一水平线上，并与壁面垂直。
1、水平净空及拱顶测点布置图如下：2、测杆的加工。
水平收敛和拱顶下沉量测测点采用ф6mm 的光圆钢筋加工成三角形焊于Ф拱顶下沉测点22mm 螺纹钢筋端头，三角形为4cm 的等边三角形，Ф22mm 螺纹钢筋长30cm ，如下图所示：衬砌断面测杆加工尺寸如下图所示：（2）、量测频率净空水平收敛量测及拱顶下沉量测采用相同的量测频率，量测频率见《量测频率表》，实际量测频率应从表中根据变形速度和距开挖工作面的距离选择较高的一个量测频率。
乌鞘岭隧道建设管理要点简析
乌鞘岭隧道建设管理要点简析王志坚;信本焕【摘要】重点介绍乌鞘岭隧道为确保安全、质量、工期、投资等控制指标,实施建设管理的要点及取得的效果.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2005(000)009【总页数】4页(P1-4)【关键词】乌鞘岭隧道;建设管理;要点【作者】王志坚;信本焕【作者单位】铁道部技术委员会,北京,100844;铁道部工程管理中心乌鞘岭隧道建设指挥部,兰州,730000【正文语种】中文【中图分类】U4551 工程建设情况1.1 工程概况乌鞘岭隧道位于兰新增建兰武二线段，全长20.05 km，设计为2座单线隧道，线间距40 m，轨道按重型标准设计，隧道限界满足双层集装箱通过，一次铺设超长无缝线路，旅客列车设计行车速度160 km/h，主体质量须达到“不渗、不漏、不裂”的要求。
隧道横穿祁连山系高中山区，洞身位于海拔2 400 m以上，最大埋深1 100 m，穿越4条区域性大断层组成的挤压构造带和长约3 km的高质密千枚岩地层。
在高及极高地应力作用下的软岩大变形，以及富水等问题，是困扰隧道施工的主要地质难题。
尤其是，因前期准备时间不足，岭脊段地质工作深度不够，加大了工程建设的难度。
作为兰新铁路兰武二线的首要控制工程，乌鞘岭隧道能不能尽早、优质建成，关系国家西部开发和总体的能源战略，事关铁路第六次大提速的按期实施，意义重大。
铁道部提出了两年半建成Ⅰ线隧道、再经过一年建成Ⅱ线的总体建设目标。
1.2 建设总体安排紧迫的工期和复杂的地质使乌鞘岭隧道被许多专家称为世界级的工程难题，也被誉为铁路跨越式发展的标志性工程。
为了优质按期建成该隧道，铁道部指定铁道部工程管理中心作为建设单位，委托铁一院承担设计，招标选定富有长大隧道施工经验的中铁一、二、五、隧道、十二、十六、十七、十八局承担施工，选定铁一院、铁研监理站承担施工监理，开创性地委托铁二院承担设计监理；在总体战略上，一方面是采取必要的工程措施，增设多个辅助坑道，多开工作面，实施长隧短打，展开会战，加快进度；另一方面，在建设管理上采取措施，即采用科技先导、动态管理和过程控制、考核激励等措施，来激励、指导和规范施工行为，确保安全，确保质量，加快进度，控制投资，实现各项建设目标。
乌鞘岭隧道岭脊段复杂地质变形控制技术研究与应用
・乌鞘岭隧道论文专辑・机制,实施动态管理的思想,体现激励的考核原则,对工程建设管理具有普遍的借鉴意义。
参考文献:[1] 关宝树.铁路工程管理与实务[M ].成都:西南交通大学出版社,2000.[2] 全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.建设工程项目管理.中国建筑工业出版社,2004.[3] 乌鞘岭隧道建设指挥部.乌鞘岭特长隧道指导性施工组织设计[R ].兰州:2004.收稿日期:20050618作者简介:宋建平(1962—),男,教授级高级工程师,铁道部工程管理中心乌鞘岭隧道建设指挥部总工程师,1984年毕业于西南交通大学隧道及地下工程专业,工学学士。
乌鞘岭隧道岭脊段复杂地质变形控制技术研究与应用宋建平,董勤银(铁道部工程管理中心乌鞘岭隧道建设指挥部,兰州 730000)摘 要:通过乌鞘岭隧道岭脊地段复杂地质变形控制技术研究,确定了在复杂应力条件下衬砌结构形式及设计支护参数、施工方法,为设计和施工提供科学的依据。
关键词:隧道乌鞘隧道;变形控制;技术研究中图分类号:U455 文献标识码:B 文章编号:10042954(2005)090004091 概况乌鞘岭隧道所经地层岩性复杂,分布主要受区域断裂构造控制。
主要有第四系、第三系、白垩系、三叠系、志留系、奥陶系等,并伴有加里东晚期的侵入,特别是岭脊约7k m 范围分布的F 4、F 5、F 6、F 7四条区域性大断层组成的宽大“挤压构造带”的地应力较为复杂,岩质相对较软,在施工中初期支护段均发生过较为严重的围岩变形和流变。
根据现场实际情况和部有关部门的要求,于2004年4月相继启动了12项科研项目,先后邀请国内7家科研机构和院校,并有4家施工单位研究施工方法,对岭脊地段地应力、断层、志留系地层、围岩塑性区、支护与衬砌压(应)力、隧道变形等进行长达半年的监测试验,分析了挤压变形的机理、成因和围岩应力释放与围岩压力的作用规律,确定了在较高地应力条件下衬砌结构形式、设计支护参数及施工方法,保证了工程质量安全,满足了工期的要求。
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表 1 A，B 两断面位移量测结果 Table 1 Measured results of displacement of sections A and B
断面
量测项目 拱顶下沉
累计变形 最大变形
仰拱封闭时收敛
/mm 速率/(mm·d－1) 占累计收敛比例/%
24.000
3.000
66.7
A 拱脚水平收敛 96.913
第 25 卷 第 7 期 2006 年 7 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.25 No.7 July，2006
乌鞘岭隧道 F4 断层区段监控量测综合分析
刘志春，李文江，孙明磊，朱永全
(石家庄铁道学院 土木工程分院，河北 石家庄 050043)
21.406
68.8
墙腰水平收敛 192.442
35.150
71.7
拱顶下沉
15.000
3.000
80.0
B 拱脚水平收敛 92.445
20.351
88.0
墙腰水平收敛 126.230
26.817
88.4
二
上
台
250
阶 开
挖
200
下测
仰
台点
拱
阶埋
封
开设
闭
挖
u = 233.265exp(－3.040 4/t)
LIU Zhichun，LI Wenjiang，SUN Minglei，ZHU Yongquan
(School of Civil Engineering，Shijiazhuang Railway Institute，Shijiazhuang，Hebei 050043，China)
Abstract：Wuqiaoling tunnel，the longest single-track railway tunnel in China，is the key project of Lanzhou— Urumchi Railway. It goes through four regional faults，and its geological and geostress conditions are complicated. According to the characteristics of soft rock and large deformation under the complicated stress condition，the comprehensive monitoring is executed during the construction in F4 section. Based on the measured results of the vault settlement，the horizontal convergency，the axial force of rock bolt，the surrounding rock pressure，the steel liner plate stress，the concrete stress of preliminary support，the stress and pressure of the secondary lining，the synthetical factors of the relation between measurement and construction procedure，the relation between surrounding rock pressure and displacement ， the forecast of measurement ， the developmental rule of multi-measurement items，the longitudinal distribution rule of displacement，the coefficient of lateral pressure， the shared ratio of secondary lining，the time of secondary lining construction，etc. are analysed. And the information is fed back to the construction in time. The structure stability is analysed and the corresponding measures are adopted，which can provide references for data simulation and theoretical analysis. The practice proves that the effect is reliable，the surrounding rock is steady and the structure is in good condition，which can provide a reliable technology reference for the perforation of the section. Key words：tunnelling engineering；Wuqiaoling tunnel；monitoring and measurement；surrounding rock pressure；displacement；structures stability；comprehensive analysis
2 工程概况
乌鞘岭隧道位于兰新线兰州西—武威南段，全 长 20 050 m，是国内最长的单线铁路隧道，最大埋 深 1 100 m，设计为左、右 2 条单线隧道，右线正洞 先贯通，左线前期为平导，后期扩挖为正洞，两线 间距 40 m。隧道工程在大地构造单元上位于祁连褶 皱带内，由 F4～F7 共 4 条区域性大断层为骨架构成 的宽大“挤压构造带”所组成，呈 NWW 向展开， 带内的次级断层发育，由于构造作用，切割的古生 界、中新生界及加里东岩体被推覆于上新地层之 上，地应力条件十分复杂[17，18]。
初期支护混凝土 及钢架应力
拱顶下沉 初期支护 围岩压力
初期支护收敛
二次衬砌收敛
二次衬砌 接触压力
锚杆轴力
图 2 测点布置图 Fig.2 Arrangement of observation point
4 量测结果
4.1 位移量测 位移量测是围岩及支护应力形态变化最直观的
反映，能为地下洞室稳定性提供可靠直接的信息， 且易测取[7，8]。位移量测项目包括初期支护的拱脚 水平收敛、墙腰水平收敛、拱顶下沉，以及二次衬 砌收敛量测，初期支护位移量测断面间距为 5 m， 量测时间段为喷射混凝土后至二次衬砌前；二次衬
3 监控量测实施情况
在断层主带的 A 断面(YDK170+610)和断层影 响带的 B 断面(YDK170+715)分别进行了锚杆轴力、 初期支护围岩压力、初期支护钢架应力、初期支护 混凝土应力、二次衬砌接触压力、二次衬砌混凝土 应力监控量测，在断层带沿纵向每隔 5 m 布置测点 进行了初期支护拱顶下沉、拱脚水平收敛及墙腰水 平收敛及二次衬砌收敛量测。测点布置见图 2[12]。
摘要：乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越 4 条区域性大断层，地质及
地应力条件十分复杂，围岩软弱破碎，变形大。针对复杂应力条件下的软岩大变形隧道特点，在 F4 断层区段施工
过程中，严格进行系统、全面、长期的监控量测指导设计施工，以实测的拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初期
挂 防 水 板
次 衬 砌 浇 注
R2 = 0.987 8
150 拱顶下沉
100
拱脚收敛 墙腰收敛
u = 121.627exp(－3.594/t) R2 =0.986 2
u = 32.395exp(－5.134/t)
50
R2 = 0.980 3
78.5 kN 2.7 m
76.4 kN 2.1 m 80.6 kN
第 25 卷 第 7 期
刘志春等. 乌鞘岭隧道 F4 断层区段监控量测综合分析
• 1503 •
1引言
隧道工程所遇到的地质条件千变万化，围岩与 支护相互作用十分复杂，因此，监控量测对于隧道 工程设计施工显得尤为重要。一方面是为掌握围岩 动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设 计、指导施工，并预见事故险情，以便及时采取措 施；另一方面是积累资料，为以后设计提供类比依 据[1～9]，对于软岩大变形隧道更是如此。现行隧道 设计施工规范[10，11]对软岩大变形隧道没有一套有针 对性的合理可行的设计施工方法[12]，使其在设计思 想、变形控制、二次衬砌施作时机等问题上与现行 规范有许多冲突之处。国内外积累了一些软岩大变 形隧道的设计施工经验，也开展了一些针对软岩问 题的研究[13～16]，但相应的系统量测资料并不多。
97.4 kN
50.3 kN
2.7 m 82.9 kN 2.1 m 28.3 kN
2.1 m 68.6 kN
1.4 m 40.4 kN
37.2 kN
支护围岩压力、初期支护钢架应力、初期支护混凝土应力、二次衬砌接触压力、二次衬砌混凝土应力数据为依托，
进行实测数据与施工工序的关系、围岩压力与位移的关系、量测项目稳定值的预测、多量测项目发展趋势相互关
系规律、位移的纵向分布规律、荷载侧压力系数、二次衬砌分担围岩压力比例、二次衬砌施作时机等多项综合分
析，及时将处理信息反馈给施工，对开挖后的结构稳定性作出分析判断及采取相应措施。实践证明效果可靠，围
断层主带采用 3 榀/(2 m) I18 钢架，φ 22 mm 砂 浆锚杆长 4 m，喷射混凝土厚 20 cm，预留变形量 25 cm，二次衬砌钢筋混凝土 50 cm。断层影响带采 用 1 榀/m 格栅钢架，φ 22 mm 砂浆锚杆长 3 m，喷 射混凝土厚 15 cm，预留变形量 15 cm，二次衬砌素 混凝土厚 40 cm。