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

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