高地应力软岩大变形隧道施工技术阐述

高地应力软岩大变形隧道施工技术阐述

发表时间：2019-06-18T10:19:19.603Z 来源：《中国建筑知识仓库》2019年01期作者：卫永强[导读] 摘要：岷县隧道线路施工过程中，在高地应力软岩地质的影响下，在进行初期支护的过程中，多处地区出现大的变形,并且破坏极为严重。所以，为了保证施工的顺利和安全，采取了先柔后刚、先放后抗、多重支护、提高二次衬砌刚度和超短台阶开挖等有效措施，不仅有效的控制了围岩大变形的情况，而且保证了项目运行的安全性和有效性。借此，本文就岷县隧道线路的工程概况及大变形问题进行了

解，并且采取必要的措施进行大变形的控制。引言

在近些年发展的过程中，我国道路建设实现了高速式的发展，并且对于道路建设标准越来越高，尤其是对于一些地形地貌相对复杂的地区，如隧道区域的长度、隧道深埋度、地质条件复杂度等等。所以，本文就穿越高地应力区且地质复杂的软弱围岩的岷县隧道线路软岩大变形问题及采取的有效施工技术进行研究和分析，希望能够为后续隧道施工提供理论方面的意见或建议。

一、工程概述

1.1隧道概况

岷县隧道线路近南北走向下穿岷山，整个隧道建设采用了分离式的设计，洞身最大埋深约286.9m，其中，左线是ZK234+610～ZK237+400，全长2790m；右线是K234+570～K237+418，全长2848m。在进口段区域，采用了削竹式洞门，在出口段区域，采用了端墙式洞门，隧道整体是全射流风机纵向通风，并且隧道内设置了完善的照明、消防和监控系统。在本次调研的标段中，主要是对岷县隧道线路的隧道出口段进行研究，该标段位于洮河北岸谷坡上，洞线与坡面基本垂直，围岩主要由强风化炭质板岩、中风化炭质板岩组成，遇水变形大，采用环形开挖留核心土进洞。其中，左洞是ZK236+600～ZK237+400（800m），其中明洞20m，右洞是K236+600～K237+418（818m），其中明洞6m。

1.2技术标准

岷县隧道线路为一级公路，隧道设计是以80km/h速度为准；隧道主洞建筑以净宽10.25m，净高5.0m为限界；紧急停车带建筑以净宽13.0m，净高5.0m为限界；隧道车行横洞建筑以净宽4.5m，净高5.0m为限界；隧道行人横洞建筑以净宽2.0m，净高2.5m为限界；公路I级的荷载能力；隧道二衬抗渗等级≥P8；右线纵坡为-0.7%，左线纵坡为-0.704%。

1.3设计情况

1.3.1洞门设计。隧道出口端，左右线均采用钢筋混凝土洞门，形式为端墙式洞门，出口端明暗交界设计里程为ZK237+380，明洞长度20m；YK237+412，明洞长度6m。

1.3.2边坡、仰坡设计。洞口边坡、仰坡开挖坡率分别为1：0.5、1：0.75。洞口边坡、仰坡防护采取锚网喷支护形式，其中锚杆采用Φ22砂浆锚杆，L=3.5m，间距120cm×120cm，梅花型布置；混凝土采用C25喷射混凝土，厚度10cm；钢筋网采用Φ8钢筋网，网格间距20×20cm。

1.3.3截排水系统设计。在距隧道洞口边坡、仰坡开挖线外不小于5m处施作洞口截水沟，以防止雨水对洞口边坡、仰坡坡面和洞口绿化的冲刷而造成洞口失稳。根据地形条件，截水沟流水方向向两侧，与自然沟形成排水系统。

1.3.4进洞辅助措施设计。左右线洞口均采用32m长管棚进行超前支护，钢管采用热轧无缝钢管及钢花管，直径89mm,壁厚6mm，环向间距35cm，每环43根。二、岷县隧道线路施工中存在的问题岷县隧道线路中，隧道出口段的斜坡坡度是40度，斜坡为强风化炭质板岩、中风化炭质板岩。强风化炭质板岩的板理判断，主要是因为裂隙发育，岩体易破碎，并且局部存在坍塌掉块的现象，就施工条件而言，斜坡的整体稳定性是极为差的。另外，在隧道出口段的西侧区域，冲积现象较为显著，对于多雨地区的岷县而言，旱季干涸，雨季时，不仅有大量的降水，而且降水流出的过程中，带有泥石流流出。所以，隧道施工期间，不仅要做好截排水，而且还要做好出口西侧坡脚的防护措施。

三、岷县隧道线路控制变形施工技术针对岷县隧道线路高地应力软岩大变形的情况，在前期准备工作中了解到，该地域多为强风化炭质板岩、中风化炭质板岩的地质条件，在隧道施工环节中，需要遵循先柔后刚、先放后抗、多重支护、提高二次衬砌刚度和超短台阶开挖等先柔后刚、先放后抗、多重支护、提高二次衬砌刚度和超短台阶开挖等原则，并且就不同的区域采取不同的施工办法。

3.1改善隧道形状，直墙变曲墙岷县隧道线路施工环节中，根据设计需要开挖断面为直边墙，在高地应力的影响下，大多数变形主要是以水平收敛变形结构为主，并且具备了变形快、变形量大的特性。另外，在软岩变形区域出现的喷混凝土开裂情况，初期主要是混凝土表面出现环形，或者是纵向的裂缝，并且支护出现内鼓，拱架开裂、扭曲等，严重影响到了施工的安全性和顺畅性。所以，就结构受力情况而言，采取斜井开挖断面的方式，在一定程度上，不仅可以保障受力的均匀性，而且还能尽可能降低应力集中导致的一系列负面影响。因此，钢架支护采用圆曲形的同时，增加仰拱的支撑力，进而形成闭合环的形式，进而保障支护的稳定性。

3.2先柔后刚、先放后抗“先柔后刚”实际上指的就是支护结构为柔性支护，主要是由钢筋网喷混凝土、钢架、锚杆等组成。二次衬砌是刚性的浇筑混凝土，主要承担残余的地层荷载力。“先放后抗”实际上指的就是在初期支护作业完成之后，在一定程度上，允许一定的变形，保证变形在变形预留量之内，可以进行第二次的混凝土浇筑，即混凝土衬砌。

3.3多次支护控制变形在前期多次的斜井施工过程中，在充分考虑到考变形快这个特征的前提下，岷县隧道线路的初期支护可以采取双层钢架网喷混凝土加强得方式，首先，在第一层支护中，采用刚性较大的工字钢架，在一定程度上，可以及时有效地抵抗岩层变形情况。其次，第二层支护的作用就是限制变形情况扩大。

3.4底部加强，抑制隆起

为了进一步防止岷县隧道线路底部隆起，必须要保障隧道底部支护的强度符合设计要求，而且底部的厚度需要与顶拱保持一致，在一定程度上，适当的加大曲率范围，并且还要及时施作隧底钢筋混凝土仰拱。如岷县隧道线路混凝土采用C25喷射混凝土，厚度10cm；钢筋网采用Φ8钢筋网，网格间距20×20cm。

3.5监控量测

在岷县隧道线路现场施工过程中，需要进行现场量测，这也是为了监测围岩稳定、判断支护衬砌断面设计，并且确保施工方法的有效性。

3.5.1变形量测数据统计

根据现场的实际测量来看，岷县隧道线路隧道高地应力区变形统计结果如表1木寨岭隧道高地应力区近期变形统计结果。表1岷县隧道线路高地应力区近期变形统计结果

区段里程岩性平均值/mm 最大值及所处位置手链稳定时间/d

高

地

应

力边墙/拱脚收敛值基底面以上2m收敛值边墙/拱脚收敛值基底面以上2m收敛值

DYK18+650~+720 硬质板岩 262.8 267.4 378mm

DYK187+670 375.4mm

DYK187+670 34

DYK18+560~+650 硬质板岩、夹砂岩 248 246.8 281mm

DYK174+630 273mm

DYK174+620 23

在高地应力的前提条件下，对于不同的岩性段落，虽然隧道施工变形相差并不显著，但是，其变形最为打的就是在 DYK187+650~+720长70 m 区段，由于该隧道穿越高地应力区主要是以碳质板岩为主，拱顶下沉幅度较小，平均边墙收敛值是267.4 mm，最大边墙收敛值为 378.0 mm。变形主要在DYK1874+560~+650 区段发生，高地应力区的灰碳质板岩夹砂岩，最大边墙收敛值为是281.0 mm。

3.5.2支护方式和二次衬砌时机的确定

在进行前期支护变形观测的过程中，岷县隧道线路高地应力段施工变形预留量是25 cm，虽然采用一层初期支护，但是，在一定程度上，预留了二次支护的空间，空间是20 cm。所以，二次衬砌作业主要是在洞室开挖支护24d之后进行的，这也是出于保障受力的均匀性和工程的质量安全考虑。

3.6变形控制等级划分

根据岷县隧道线路的变形情况和变形发展规律来看，可以总结概括变形控制等级，如表2变形控制等级划分。表 2 变形控制等级划分

类别累计变形值/mm 初期支护工程特征现场应采取的措施

Ⅰ ≤150

无明显异常特征

Ⅱ 150~200 喷混凝土局部出现环向开，轻微掉块，裂缝进一步扩展

加强监测，径向注浆加固，补喷混凝土

Ⅲ 200~300 喷混凝土大面积出现环向开裂、掉块

增加套拱，并喷射混凝土

Ⅳ ≥300

钢架出现扭曲、错断，喷混凝土层出现大面积剥落和掉块

进行钢架拆换

3.7施工结果验证

通过岷县隧道线路的动态设计，在施工的同时，对施工方法、施工设计等进行及时性的调整，不仅有效地保障了施工的质量和安全，而且也体现了灵活性的特性要求，为整体项目的顺利竣工奠定了坚实的基础。

四、总结

综上所述，在进行岷县隧道线路高地应力软岩大变形隧道施工技术研究的过程中，高地应力软岩作为隧道产生大变形的主要因素之一，虽然高地应力无法改变，但是，可以通过加强初期支护、仰拱及时闭合，以及一些辅助性的施工方法进行有效地控制，所以，加强科技方面的创新，不仅是行业发展的要求，而且也是时代发展的必然。

参考文献：

[1]张文强，王庆林，李建伟,等.木寨岭隧道大变形控制技术[J].隧道建设，2010-08-11.

[2]唐绍武、王庆林.木寨岭隧道大战沟斜井高地应力软岩大变形施工技术[J].隧道建设，2010-03-09.

[3]廖雄.高地应力软岩大跨变截面隧道施工变形机理及其控制技术研究[D].西南交通大学,2018-05-01.