复杂高地应力区软岩隧道大变形控制技术研究

复 杂 高地 应 力 区软 岩 隧 道 大 变 形 控 制 技 术 研 究
潘 飞 ， 程 圣 国， 陈 婷
（ 三 峡 大 学 土 木 与建 筑 学 院 ， 湖北 宜昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 以 鄂 西 宜 巴 高速 公 路 峡 口 隧道 为 ＿ Ｙ － 程 实例 ， 针Biblioteka Baidu对 隧道 施 工 中遇 到 的 高地 应 力 软 岩 大 变形 问题 ， 对 其 高地 应 力 软 岩 特 点 和 大 变 形 特征 进 行 分 析 研 究 。提 出优 化 开 挖 方 法 、 调 整预 留 变形 量 、 利 用 联 合 初 期 支 护 和 可伸
对 鄂 西 复 杂 高地 应 力软 岩 隧道 大 变 形控 制 技 术 作 了有 益 的探 索 。
关 键 词 ： 高 地 应 力 ；大 变形 ；变形 控 制 ； 施 工工法 ； 软 岩 隧 道 中 图 法 分 类 号 ：Ｕ ４ ５ ５ 文 献 标 志 码 ：Ａ
近 年来 随着 高 等级 公 路 建 设 的跨 越 式 发展 ， 穿 越
缩 性 ｕ 型 钢 架及 信 息 化 施 Ｘ － 等 综 合 大 变形 控 制 措 施 和 施 工 技 术 ， 有 效 地 控 制 了 隧 道 围岩 大 变 形 。通 过 支护
结构受力监测 ， 以 及拱 顶 、 水 平收 敛 累 计 沉 降 量 与 沉 降速 率 监 测 ， 验 证 了 所 采 取 的 大 变形 控 制技 术 的合 理 性 ，
复 杂高 地应 力地 区且 工程 地质 环境 恶 劣 的软弱 围岩 的
理 设计 ， 采 用复 合式 衬砌 ， 初期 支 护采用 挂 网喷混 凝 土 和钢 拱架 ， 二次 衬砌 为模 筑混 凝土 或钢 筋混 凝土 。
根据地 质 勘察 资料 ， 隧 洞进 口段 围岩 分 级 为 Ⅵ类 围岩 。掌 子面 揭露 围岩 情况 显示 ， 洞段 岩体 节理 、 裂 隙 遍布 ， 岩体 非常 破碎 ， 岩层 呈 薄层 、 交互 状 ， 开挖后 自稳
敛变 形 达 ２ ０ ｃ ｍ， 部 分 断 面 已发 生 侵 限 现象 。初 衬 裂
１ 工 程 围 岩 特 点 及 变 形特 征
峡 口隧道 位 于鄂 西 兴 山 县 峡 口镇 境 内 ， 隧道 采 用
缝首 先 自拱脚 部 位产 生 ， 初 期 为羽状 剪裂 纹 ， 随后 向拱 顶发 展 ， 最后形成贯穿裂缝 ， 裂 缝 宽 度达 １～２ ｃ ｍ， 钢
地 下工 程 自身 的特殊 性导 致没 有任 何一 个理 论 或 治理 措 施 能 够 应 对 地 质 复 杂 多 变 的实 际情 况 。 宜 巴 高速 峡 口隧道 位 于地 形 、 地质 条 件复 杂 的鄂西地 区 ， 隧道 区 的水平 地应 力 以构 造 应 力 为 主 ， 地 应 力 场 以水
题 一 。
能 力差 ， 易垮 塌 ； 围岩 在水 平地 应力 挤压 作用 下产 生弯 曲变形 ， 形成 褶 曲。 根 据埋 深 ２ ４ ０ ｍ 的 隧道 现 场 断 面 测试 结 果 ， 洞 身
最 大水 平应 力 为 １ ３ ． ０ ６ ＭＰ ａ ， 横 断 面最 大初 始 应 力 为
围岩 采用 正 台阶环 形 法施 工 ， 衬 砌结 构 依 据 新 奥 法 原
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３一ｌ ０— ０ ９
变形。
工 过 程 中合理 的变 形 控 制 技 术措 施 ， 以 期 为该 类 隧道 工 程 问题 的设 计 与施工 提供 理论 依 据 。
隧 道开挖 后 ， 进 口段 围岩变 形强 烈 ， 监 测数 据显 示
局部 最 大 拱 顶 下 沉 量 累计 达 到 了 ６ ４ ｃ ｍ， 两 侧 拱 腰 收
长 大隧 道越 来越 多 ， 由于 隧 道 围岩 软 弱 、 地 应 力较 高 、 变形 大 且持 续 时间 较长 ， 为 高 速公 路 长 大 隧 道 的 设计 和施 工 带来 了重 大 的 挑 战¨ 。可 以 这样 说 ， 在 高地 应 力 区修 建隧 道工 程 ， 最 大 的难 题 就 是 大 变 形 的 控 制 问
架现 扭 曲变形 成 “ Ｓ ” 状 或 麻 花状 ， 对 隧 洞 安 全 十 分 不
分 幅式 ， 其 左 幅长 ６ ４ ５ ６ ． ０ ｍ， 右幅长 ６ ４ ８ ７ ． ０ ｍ； 隧道
最 大埋 深 约 １ ４ ７ ８ ｍ， 属 深埋 特长 隧道 。隧道设 计 Ⅵ类
利 。最后 导致 峡 口隧 道 右 线 掌 子 面被 迫 暂 停施 工 ， 对 Ｙ Ｋ １ ０ ５＋ ０ ７ ６～Ｙ Ｋ １ ０ ５＋１ ３ ７段初 期 支护 进 行拆 换 钢 架
第４ ５卷 第 １期 ２ ０ １ ４ 年 １月
人 民 长 江
Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
ＶＯ １ ． ４ ５． ＮＯ， １
Ｊ ａ ｎ．， ２ ０１ ４
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ Ｉ ２ ０ １ ４ ） ０ ｌ一 ０ ０ ４ ９— ０ ４
１ ２ ． ３ ７ ＭＰ ａ ， 对应岩体 （ 炭 质页 岩、 砂质 页岩 、 砂 质 泥 岩、 粉质 泥岩 ） 的单轴抗 压 强度 为 ２ ． ５～８ ． ７ ＭＰ ａ ， 最 大
水平 主应力 与 隧道轴 线 交 角 较 大 ， 对 隧 道 围岩 的稳 定
平应 力 为主导 ， 地 应力 量值 为极 高应 力 ， 隧道 施工 过程
中 出现 的大变 形情 况 较为 常见 。 本 文结合 峡 口隧 道进 口段 高地 应力 软岩 大变 形工 程实 例 ， 分析研 究 围岩 大变 形特 征 和发展 规 律 ， 探 究施
性 不利 。隧道 区 地 应 力 等 级 为 高 、 极高地应力 （ 主 要
结 果见 表 １ ） ， 属 高应 力 区 ， 隧道 极 易 产 生 大 的位 移 和