三聯(lián)隧道圍巖大變形的原因與處理技術(shù)

謝光明

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京市101400）

三聯(lián)隧道圍巖大變形的原因與處理技術(shù)

謝光明

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京市101400）

隧道圍巖大變形指的是圍巖在高地應(yīng)力的情況下出現(xiàn)的一種極端變形破壞情況，屬于塑性流動和塑性破壞的范疇，對隧道工程的正常施工有比較大的影響。以實(shí)際工程為例，對三聯(lián)圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行了介紹，并對圍巖大變形的原因進(jìn)行了分析，找出了支護(hù)結(jié)果出現(xiàn)變形的原因，然后結(jié)合實(shí)際情況制定了相應(yīng)的處理措施，保證了隧道工程的順利開展。

三聯(lián)隧道；臺階開挖法；圍巖變形處理技術(shù)

1 工程概況

貴昆鐵路六盤水至沾益段新建二線線路全長247.633km，其中三聯(lián)隧道起止里程D K300+465～D1K312+601（12 136 m），W3標(biāo)段負(fù)責(zé)三聯(lián)隧道進(jìn)口段施工，施工里程為D K300+465～D1K305+ 101.08，掘進(jìn)長度4636.08 m。隧道通過地層主要有三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組砂巖夾泥巖、頁巖，二疊系上統(tǒng)宣威群砂巖夾泥頁巖、煤層，峨眉山玄武巖組玄武巖夾凝灰?guī)r。隧區(qū)發(fā)育6條斷層和1個向斜。雨季最大涌水量為60 000 m3/d。三聯(lián)隧道進(jìn)口及平導(dǎo)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，施工難度很大。其中有12段初支在施工完成后，初支面產(chǎn)生變形、開裂等現(xiàn)象。施工中揭示圍巖為玄武巖、玄武巖夾玄武土、玄武巖夾凝灰?guī)r，節(jié)理發(fā)育、巖體破碎，裂隙水發(fā)育，巖體開挖后迅速崩解，遇水成泥，拱墻極易失穩(wěn)產(chǎn)生垮坍，見圖1。

圖1 變形圍巖基本情況

2 地質(zhì)情況介紹

隧道區(qū)域上覆第四系人工填土、滑坡堆積土、錯落堆積層，下伏基巖為斷層角礫巖、二疊系上統(tǒng)宣威群砂巖夾泥頁巖、煤層。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，河谷深切，發(fā)育有背開柱斷層、丁家村1號斷層、木嘎斷層；不良地質(zhì)主要有巖溶、滑坡、危巖落石、煤層瓦斯、煤窯采空區(qū)等；特殊巖土包括人工棄土（碴）、膨脹土、紅粘土。地下水較豐富，主要為巖溶裂隙～管道水、基巖裂隙水，預(yù)計最大涌水量為6×104m3/d。

三聯(lián)隧道進(jìn)口與既有線相距很近，進(jìn)洞困難；區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，地下水豐富，線路穿越煤層地質(zhì)，施工中易發(fā)生突水、突泥、煤層瓦斯突出爆炸等事故，嚴(yán)重影響施工安全。

3 隧道大變形原因

由于該地區(qū)區(qū)域性斷層分布現(xiàn)象較為普遍，延伸長度超過7 000 m，屬于走向逆沖斷層。該斷層的分布方向為南北走向，斷層呈現(xiàn)出60°左右的傾角。斷層來源于峨眉山玄武巖組地層中，組成成分較多，比如糜棱巖、石英脈等礦物，斷層破碎帶寬度不一，呈現(xiàn)出一定的額壓扭性。通過實(shí)地考察得知，該地段破碎帶巖體的穩(wěn)定性較差，受到一些自然因素如雨水、風(fēng)、海浪等的作用，會形成一些溝槽、緩坡等地貌。在斷層帶的兩側(cè)一定范圍內(nèi)巖石受到擠壓會偶見凝灰質(zhì)巖穿插現(xiàn)象。隧道進(jìn)口D1K304+915～985段為斷層破碎帶，對隧道施工影響大。隧道通過P2β玄武巖及P2xn、T1f碎屑巖區(qū)，其設(shè)計標(biāo)高低于與之平行的線路右側(cè)的樂豐小河100 m，在D K304+950木戛斷層位置，推測為地下水的集中涌水段。且木戛斷層帶中見小泉點(diǎn)，推測該斷層為富水?dāng)鄬?，含一定量的斷層帶水?/p>

（1）通過勘察得知此段隧道內(nèi)線路走向與最大主應(yīng)力方向呈大角度相交，最大水平應(yīng)力主要表現(xiàn)出來的是構(gòu)造應(yīng)力[1]。受溫度、天氣等因素的作用，凝灰?guī)r強(qiáng)度變化幅度較大，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比約為0.15，屬于極高地應(yīng)力狀態(tài)。

（2）該隧道內(nèi)地質(zhì)環(huán)境變化多樣。由于受到地質(zhì)狀況的影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體出現(xiàn)了不同程度的破碎現(xiàn)象。受到層理、節(jié)理切割作用，巖體形成大量不穩(wěn)定巖塊。與此同時，由于隧道相交于不整合接觸帶，受到外力作用時，隧道變形地段較長，給正常的施工造成重重阻礙。

（3）施工隧道內(nèi)主要分布的是凝灰?guī)r，這種巖石受到水等外界因素的作用，巖石表面被風(fēng)化，不管是強(qiáng)度還是穩(wěn)定性都較低。而且各區(qū)域巖石分布不均勻，差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯[2]。

4 三聯(lián)隧道圍巖大變形處理技術(shù)

4.1 洞口處理技術(shù)

該三聯(lián)隧道進(jìn)口部位有鐵路，考慮到直接從外向內(nèi)開挖時，有可能會引發(fā)安全事故，因此在施工中主要從平導(dǎo)2號橫通道進(jìn)行開挖，直至到達(dá)正洞內(nèi)?？紤]到洞口部位的特殊性，在受到雨水等作用時極易發(fā)生滑坡現(xiàn)象，因此可在正洞區(qū)域使用φ75鋼管樁進(jìn)行注漿加固，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隧道襯砌開挖以輪廓線范圍內(nèi)的控制長度為基準(zhǔn)，樁底嵌入基巖2 m以上，按照梅花型方式進(jìn)行布設(shè)，所選取的是水泥砂漿作為注漿材料，注漿壓力控制在0.5～1.5 MPa，在具體的施工中為了給施工人員創(chuàng)設(shè)一個安全、整潔的環(huán)境，應(yīng)等到加固樁強(qiáng)度達(dá)到80%以上而且路基加固工作結(jié)束后再進(jìn)行洞口段開挖作業(yè)[3]。在進(jìn)行洞口開挖前，施工人員首先必須安裝好排水系統(tǒng)，這樣可確保地下水或者雨水能夠及時排出，不會對巖體造成侵蝕等不良現(xiàn)象。洞口開挖結(jié)束后，施工人員還需對臨時邊仰坡進(jìn)行噴錨支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下：打設(shè)型號為42注漿小導(dǎo)管，采取梅花型布置方式，掛設(shè)8鋼筋網(wǎng)片，噴射厚度達(dá)8 c m的C20混凝土等。

4.2 洞身開挖支護(hù)方案

（1）D K300+465～+495Ⅴ級圍巖段所采取的施工方法是中壁法，為了提高支護(hù)效果，設(shè)置了全環(huán)120b型鋼架與大管棚進(jìn)行共同作用。工字鋼架縱向距離應(yīng)控制在0.6 m，使用型號為89鋼花管作為管棚材料，環(huán)向距離以0.4 m為宜。每環(huán)分布有38根鋼管，每根鋼管的長度可達(dá)35 m，末端嵌入基巖應(yīng)控制在3 m以內(nèi)。

（2）D K300+495～D1K300+560Ⅴ級圍巖段所采取的施工方法是中壁法，具體的方案是：設(shè)置全環(huán)I18工字鋼架及拱部φ42超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，各工字鋼架之間的縱向距離為0.8 m，小導(dǎo)管每環(huán)為38根，每根小導(dǎo)管的長度為3.5 m。

（3）D1K300+560～+584Ⅳ圍巖段主要采取臺階法進(jìn)行施工，施工步驟見圖2。設(shè)置拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進(jìn)行支護(hù)，鋼架之間的縱向距離控制在0.8 m，錨桿1.6 m設(shè)置一環(huán)，每環(huán)共有錨桿51根，每根長度可達(dá)3.5 m。

圖2 臺階開挖法施工步驟示意圖

（4）D1K300+584～+684Ⅳ圍巖段的施工方式是臺階法，為了提高支護(hù)效果，設(shè)置了拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進(jìn)行支護(hù)，鋼架之間的縱向距離為1.2 m，錨桿每隔2.4 m為一環(huán)，每環(huán)共有錨桿38根，每根錨桿的長度為3.5 m。

（5）D1K300+684～+708Ⅳ圍巖段的施工方法是臺階法，設(shè)置拱墻格柵鋼架與砂漿錨桿進(jìn)行支護(hù)，鋼架之間的縱向距離為0.8 m，錨桿每隔1.6 m設(shè)置為一環(huán)，每環(huán)總共有錨桿51根，每根錨桿長度為3.5 m。

（6）D1K300+708～D1K304+915Ⅳ圍巖段采取的是臺階法進(jìn)行施工，設(shè)置拱墻格柵鋼架與拱部Φ22砂漿錨桿加強(qiáng)支護(hù)，鋼架之間的縱向距離為1.2 m，錨桿每隔2.4 m設(shè)置一環(huán)，每環(huán)總共有錨桿38根，每根錨桿的長度為3.5 m。

（7）D1K304+915～+985Ⅴ級圍巖段的施工方法是臺階法與臨時仰拱施工的有效結(jié)合，仍選取的是全環(huán)I18工字鋼架及拱部42超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，工字鋼之間的縱向距離為0.8 m，小導(dǎo)管每隔1.6 m設(shè)置一環(huán)，每環(huán)分布有38根小導(dǎo)管，每根小導(dǎo)管長度為3.5 m。

（8）D1K304+985～D1K305+101.08Ⅳ圍巖段采取臺階法進(jìn)行施工，設(shè)置拱墻格柵鋼架與拱部Φ22砂漿錨桿加強(qiáng)支護(hù)，鋼架之間縱向距離為1.2m，錨桿每隔2.4 m設(shè)置一環(huán)，每環(huán)總共38根錨桿，每根長度為3.5 m。施工立體效果見圖3。

圖3 三臺階七步開挖法施工立體效果圖

4.3 施工監(jiān)測

為了提高施工成效性，確保工程得以高質(zhì)量、如期完成，施工中應(yīng)做好監(jiān)測工作，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題應(yīng)及時采取有效的措施進(jìn)行改進(jìn)。在進(jìn)行現(xiàn)場施工監(jiān)測中，主要采取智能化監(jiān)控與人工現(xiàn)場檢測相結(jié)合的方式進(jìn)行，借助計算機(jī)對洞內(nèi)的各個控制分站與洞內(nèi)工作面進(jìn)行全程監(jiān)控，對于一些關(guān)鍵部位工作人員還應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場勘查，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)，最終根據(jù)位移監(jiān)測計所獲取的數(shù)據(jù)開展全面的分析工作，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工狀況良好，無其他異?，F(xiàn)象發(fā)生，洞段穩(wěn)定性良好。由此說明施工取得了顯著的效果。

5 結(jié)論

綜上所述，在三聯(lián)隧道施工過程中，由于圍巖的強(qiáng)度應(yīng)力比較低，巖質(zhì)軟弱并且分布缺乏規(guī)律，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)大變形，針對圍巖變形比較嚴(yán)重的區(qū)段，使用“以抗為主”的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法取得了良好的加固效果，可以有效控制圍巖變形，值得類似工程借鑒和參考。

[1]朱建明,徐金海,張宏濤.圍巖大變形機(jī)理及控制技術(shù)研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[2]TB10012-2007/J124-2007,鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[3]TB10038-2012/J1408-2012,鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程[S].

內(nèi)蒙古實(shí)施交通重大工程建設(shè)3年行動

日前，內(nèi)蒙古自治區(qū)政府印發(fā)了《交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)三年行動計劃實(shí)施方案》。

近年來，自治區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)不斷完善、能力逐步提升，在促投資、調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長方面發(fā)揮了明顯作用，但與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求相比，交通基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)密度、覆蓋范圍、質(zhì)量水平等方面還存在較大差距。重大工程前期工作滯后、項目儲備不足的問題仍然比較突出，亟需加快實(shí)施一批現(xiàn)實(shí)需求緊迫、基礎(chǔ)條件成熟、利于長遠(yuǎn)發(fā)展的交通重大工程。為推動落實(shí)《交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)三年行動計劃》(發(fā)改基礎(chǔ)〔2016〕730號)，統(tǒng)籌安排好自治區(qū)“十三五”中前期交通重大基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃布局和建設(shè)工作，特制定《交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)三年行動計劃實(shí)施方案》。

“十三五”時期是交通基礎(chǔ)設(shè)施重大工程建設(shè)的重要階段，內(nèi)蒙古自治區(qū)在2016年～2018年擬重點(diǎn)推進(jìn)鐵路、公路、機(jī)場、城市軌道交通項目99項(含1個打捆項目)，涉及項目總投資約3 925.6億元。其中：2016年項目28個(含1個打捆項目)，總投資約1064.9億元；2017年項目42個，總投資約2 228.1億元；2018年項目29個，總投資約632.6億元。

鐵路方面：結(jié)合中長期鐵路路網(wǎng)規(guī)劃和鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃，推進(jìn)自治區(qū)高速鐵路建設(shè)，提升普通鐵路通達(dá)通暢水平。重點(diǎn)推進(jìn)7個項目，新建改擴(kuò)建線路約2 160km，涉及投資約872億元。

公路方面：結(jié)合國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013年～2030年)、自治區(qū)省道網(wǎng)規(guī)劃(2013年～2030年)及自治區(qū)“十三五”公路水路發(fā)展規(guī)劃，實(shí)施國家高速公路網(wǎng)剩余路段建設(shè)和繁忙段改擴(kuò)建，新建地方高速公路，推進(jìn)普通國道、省道提質(zhì)升級和未貫通路段建設(shè)。重點(diǎn)推進(jìn)83個項目，新建改擴(kuò)建高速公路2 382.2km、國省干線7 258.7km，涉及投資約2 097.5億元。

機(jī)場方面：結(jié)合全國民用運(yùn)輸機(jī)場布局規(guī)劃和自治區(qū)“十三五”通用航空發(fā)展規(guī)劃，加快推進(jìn)機(jī)場建設(shè)，實(shí)施既有機(jī)場遷建和改擴(kuò)建工程，繼續(xù)增加支線和通用機(jī)場布點(diǎn)，不斷提升航空運(yùn)輸保障能力。重點(diǎn)推進(jìn)東烏珠穆沁旗、正藍(lán)旗、林西及呼和浩特新機(jī)場4個運(yùn)輸機(jī)場和1個通用機(jī)場打捆項目(含20個子項目)，涉及投資約277億元。

城市軌道交通方面：加強(qiáng)規(guī)劃建設(shè)管理，有序推進(jìn)城市軌道交通建設(shè)，逐步優(yōu)化城市軌道交通結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)推進(jìn)4個項目，新建城市軌道交通91.4km，涉及投資約679.1億元。

U456.31

B

1009-7716（2017）06-0220-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.065

2017-02-23

謝光明（1977-），男，江西吉安人，高級工程師，從事交通土建施工技術(shù)管理工作。