浅析木寨岭高风险隧道变形处治和预防措施11.doc

浅析木寨岭极高风险隧道变形处治和预防措施陈 强（中铁隧道集团有限公司兰渝铁路LYS-3标一工区，甘肃漳县）摘要：随着国家基础建设的快速发展，高速公路、高速铁路建设已全面拉开，且或多或少的都要通过山岭地区，而穿越山岭免不了要修建隧道，很多地方都是地质条件复杂，围岩软弱，同时也就会出现隧道支护变形，甚至出现坍塌等现象。因此，隧道在软岩围岩施工中变形控制显得尤为重要。现将兰州至重庆铁路木寨岭隧道在变形中采取的处理和预防措施做一简单介绍，供类似工程参考。关键词：隧道 变形 预防 处治1 软弱围岩地段变形情况简介11 工程简介木寨岭隧道位于甘肃定西境内，起于漳县大草滩乡，终于岷县梅川镇，为双线铁路隧道，被誉为铁路界的高风险隧道。木寨岭隧道属秦岭昆仑纬向构造体系被后期构造体系改造，出露三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系等中生界、古生界的地层，山间盆地内仍零星出露第三系白垩系等新生界、中生界的地层，主要为板岩、炭质板岩、灰岩、砂岩、泥岩、砾岩及燕山玢岩等。地质构造十分复杂，主要为秦岭褶皱系一级大地构造单元，在漫长的地质历史时期内经历了多期的构造运动，形成了纬向构造体系，后期活动的构造体系对前期形成的构造体系加以改造、归并、复合，地质构造极为复杂，类型多样，区域内断裂构造发育，表现形式多为破碎带、揉皱带及不整合接触带。岩性多为V级软岩，呈全风化强风化断层泥，属较软岩软岩；层理面整体有扭曲现象，薄层中厚层，岩层产状杂乱，层理间有泥质物、岩屑充填，岩体极破碎；地下水不发育，局部渗、滴水。V级软岩均出现不同程度地变形。下文简要对DK174+340+590段V级软岩施工方法描述。12 施工方法V级软岩采用三台阶法进行施工。即：上台阶高度2.2m，上台阶长4m5m，中台阶高度3.9m，中台阶长4m5m，下台阶高度4.5m，左右错开与上台阶同时推进，仰拱距开挖面3540m。人工钻眼爆破及挖掘机配合进行开挖，初期支护紧跟开挖面。13 支护参数初期支护采用拱墙架立I20b钢拱架，一榀一开挖，间距50cm，有水地段预留变形量为50cm，无水地预留变形量为30cm。喷射混凝土采用C30混凝土，初喷厚度为4cm，然后复喷至33cm砼厚度。超前支护采用42超前小导管，长3.5m, 间距40cm，拱部120范围布置，每环24根，搭接长度不小于1.0m。锚杆采用R32N自进式锚杆，长4.5m，按环纵向间距1.2m1.0m梅花形布置。采用8钢筋网，网格尺寸为20cm20cm，并按12个网格长度搭接。当V级软岩施工至DK174+425+470时，该段初期支护出现严重变形。2 变形情况的分析21 变形规律及特点变形出现明显，且变形较大的位置，均是距离开挖掌子面3040m的段落，且出现变形时，开始连续47d内变形速率较大，(量测数据显示收敛及沉降速率为4070mmd)。 前期开挖时掌子面无水，或水量很小，在后期(开挖后7l5d左右)和雨天支护表面出现渗漏水，随之开始出现大的沉降及收敛。 变形段先沉降，紧接着收敛增大。 一般沿拱顶或拱腰出现纵向开裂，围岩发生变化地段环向开裂，收敛最大处为大跨上约2m范围，在此范围内，I20b工字钢架出现扭曲，支护鼓包，喷砼开裂脱落。 变形周期长，根据量测数据，隧道在长时间内（衬砌前）基本都未达到稳定状态。变形情况如图1，表1所示：表1 DK174+430桩处理前收敛及沉降情况日期沉降（mm/d）上台阶收敛（mm/d）下台阶收敛（mm/d）主要工序08-086.87.208-099.78.308-107.59.508-1112.513.7右下台阶施工08-1215.314.4左下台阶施工08-139.48.98.208-1419.215.112.608-1520.114.513.808-162516.614.308-173513.310.522 变形原因分析 围岩结构不利于稳定：呈黑色断层泥，强风化，属较软岩软岩；该段层理面整体有扭曲现象，薄层状，岩层产状杂乱，层理间有泥质物、岩屑充填，节理发育，岩体极破碎，岩层走向与隧道轴线夹角均小于40，对隧道围岩稳定产生不利影响。 地下水及地表水影响：隧道在洞身开挖过程中局部裂隙水发育，无水地段雨水渗透，是支护收敛、沉降的基本原因，受水影响，围岩自身稳定性降低，大量的应力向隧道内释放，导致变形过大。 施工因素影响：根据量测数据反映部分时间内收敛、沉降，与施工方法有关，主要为同一断面扰动次数多（上、中、下台阶开挖、仰拱开挖四次扰动）；仰拱成环不及时，落后较远。3 变形所采取的处治措施对于正在发生变形的已施工地段需要及时采取措施，防止变形继续扩大，避免造成坍塌等严重后果，主要采取了以下几项的处理加固措施：(1) 停止掌子面继续掘进，立即施做初期支护使仰拱封闭成环。(2) 补打径向注浆小导管，长4.5m，按环纵向1.01.0m间距布设，加固围岩已发生松弛的松动圈（有水地段注双液浆，无水地段注单液浆）。(3) 锁脚支护采用两根长3.5m42注浆小导管以及两根长4.5m砂浆锚杆，小导管用“L”型22钢筋与拱架焊接。(4) 然后对侵限段拱架按“一榀一拆除一支护”进行换拱处理。(5) 加快二次衬砌施工，拱墙范围衬砌内加I20钢拱架，间距1榀/1.0m。(6) 变形速率较大时，先架设临时套拱，再进行注浆加固等措施。采取以上措施后沉降及收敛情况如表2所示:表2 DK174+430桩加固后收敛及沉降情况日期沉降（mm/d）上台阶收敛（mm/d）下台阶收敛（mm/d）主要工序08-1835.627.114.3径向小导管注浆08-1919.817.421.7掌子面停止开挖并开始开挖仰拱08-2021.118.715.5初支仰拱施工封闭成环08-2111.414.912.1初支仰拱施工封闭成环08-229.310.35.3仰拱上填碴整平场地08-238.87.24.108-245.74.54.908-253.56.33.408-262.93.22.308-272.52.12.54 变形预防措施对DK174+470+590未施工的地段，为防止发生同样的变形，造成不必要的安全隐患，避免增加二次加固、换拱等工作，施工时对一次支护进行加强措施。4.1 调整参数，加强支护措施 V级软岩地段，将原设计I20b钢拱架，改为HW175型钢。 在上、中、下台阶处每榀钢架每侧各增设两根锁脚注浆小导管，与钢拱架焊接牢固，长度4.5m。 预留变形量按60cm设置，预留二次套拱空间，施工时可根据监控量测数据及时调整预留变形量。 预留注浆小导管，根据监控量测数据拱顶下沉超过10cm，边墙位移超过15cm，采取加固注浆措施，可有效地控制变形。预留注浆小导管布置按环纵间距1.01.0m梅花型布置，长度3.5m，小导管同拱架连接时采用L型22钢筋焊接，将锁脚锚杆系统化，增加钢架整体刚度。 加大型钢支护能有效地增大被动支护力量，加大预留变形量可一定程度上减少换拱，预留注浆小导管在变形后注浆能使松散围岩形成稳定的支护圈，为二次衬砌创造有利条件。在下台阶开挖之后，及时施做仰拱，及时封闭成环。4.2 严格施工工艺 采用短台阶法施工，控制台阶长度在45m。 控制循环进尺，做到“管超前、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟”。 加快仰拱施作，使初期支护尽快封闭成环。加强洞内防排水，输导水源，防止水流浸泡初期支护，二衬时在多水地段加密环向盲管，加大泄水孔。 制定应急处理措施，对出现大的收敛、沉降等变形地段及时处理，并停止掌子面开挖作业，二次衬砌钢筋内加I20b工字钢拱架（间距按1.0m设置），并紧跟开挖面保持安全步距60m左右。 加强现场监控量测，及时反馈围岩变形信息，并建立日常量测管理体制及管理标准，以数据分析来指导施工。5 结束语 “弱爆破、短进尺、强支护、勤量测、早封闭”施工原则是整个防变形的精髓。少扰动围岩、及时进行强有力的支护、依靠量测信息科学指导施工，是进行软岩大变形地段施工成功的关键所在，对于地质条件差(软弱围岩