浅谈高原隧道软弱围岩变形控制措施

1、    浅谈高原隧道软弱围岩变形控制措施    王福聪【摘要】 随着国家交通事业的不断发展，高海拔、高寒地区的隧道施工也会更多地被我们接触，如何降低高寒条件下围岩冻胀对隧道施工的影响，如何控制高原隧道软弱围岩的变形以及提高隧道超欠挖的控制水平，直接影响到高原项目隧道施工的安全、质量、进度和效益。本文根据花久公路扎果隧道施工经验，针对高海拔的围岩特性，采取相适应的的初支加强、防排水等措施，有效地控制了初支沉降变形，保证了安全质量，提高了施工进度。【关键词】 高原 冻土 初支加强 防排水1.工程概况花久公路扎果隧道位于青海省果洛州久治县门堂乡，地处青藏高原东

2、南部，平均海拔4000米以上，为高山峡谷区，人烟稀少，生态环境脆弱。设计为双向四车道分离式公路隧道，设计时速80km/h，隧道主洞设计建筑限界宽×高为：2×（10.25×5）米。最大埋深为235.5米。其中左线进口浅埋段260m，右线进口浅埋段250m，浅埋段埋深仅为445m。1.1 地形地貌扎果隧道隧址区水文地质条件复杂，地表少有泉水出露，冲沟发育，隧道两侧均有水量较大的冲沟，且沟底标高均高于隧道拱顶标高。隧道进口地段草沼极发育，地表见有大量的积水坑，水深0.3-0.8米。1.2 水文地质条件由于隧道进口地形平缓，第四系松散层中粉粒含量较大，地表径流、排泄不畅等

3、因素，在该地段形成上层滞水，在后期生物、化学作用下，形成特殊的水草地等特殊岩土，对工程存在不利影响。1.3 不良地质隧道进口处高海拔区，冬季多积雪、冰冻天气，区内降雨量较大。隧道进口为斜坡地带，覆盖层较厚，岩体破碎，岩土层富水性较强，在冬季，隧道进口地带多涎流水现象，对隧道施工影响较大。隧道进口位于水草地内，水草地主要物质成分以粉粒为主，包含角砾成分，厚度1.0-3.0m不等，松散-稍密状，含腐殖质成分。下部为冲积、坡积等成因卵石、碎石。该层土受水位、含水层厚度、含水量等影响，冻土上限埋深一般为1.6-2.5m，冻胀性强，对隧道施工影响很大。2.现场实际水文地质情况及出现的问题2.1 现场实际

4、水文地质情况隧道边仰坡开挖后渗水量大：尤其左洞左侧边仰坡相交处、右洞仰坡面及右侧边仰坡相交处水流呈线状多股涌出。边仰坡开挖暴露出围岩为泥岩夹砂砾，岩体极破碎，多呈散体状结构，自稳能力极差，边仰坡经涌水冲刷侵泡后极易坍塌，尤其右洞洞口边仰坡开挖暴露出围岩为黑色泥岩，无自稳能力。在施工过程中洞身暴露出围岩为碳质泥岩夹强风化砂岩，充填粉土，围岩节理裂隙极发育，围岩极破碎，呈散粒状结构，掌子面自稳性极差。且裂隙水发育，渗水量大，掌子面围岩经涌水冲刷极易坍塌。其中左线zk143+462处发生过涌水突泥。洞身初支结构沉降较大，尤其在中下台阶施工时初支结构沉降最大。2.2 施工中出现的问题扎果隧道于2013

5、年9月进入洞身施工，在施工中下台阶时初支结构最大日平均变形量达到6cm以上，变形最大点累计变形量达1m以上。隧道沉降收敛较大导致初支结构开裂，喷射混凝土脱落，工字钢由于无法承受巨大挤压力导致扭曲变形。严重的初支收敛下沉造成初支结构局部已侵入二衬净空。2.3 原因分析扎果隧道左右线进口浅埋段洞身开挖暴露出围岩为深灰色碳质泥岩夹强风化砂岩，呈散体状结构，岩层极破碎、软弱，节理裂隙极发育，节理面成垂直状，岩体完整性极差，无自稳能力，成洞条件极差。掌子面渗水较大，呈股状出水。雨季时（或冻土融化），水量变大，排水困难；冻土融化时，岩土体强度极低，呈流塑状，成洞极为困难。受反复冻融作用，裂隙张开，强度降低

6、，极易变形产生热融沉降。洞身开挖后围岩暴露遇水有膨胀性，由于围岩无自稳能力，围岩应力随着临空面的产生不断释放，在施工中下台阶及仰拱时，围岩应力释放已累积到一定程度并不断传递到初支结构上，随着初支结构受力的不断累积，达到受力临界点而产生突变，钢架扭曲变形成麻花状，采用20b工字钢无法满足围岩受力要求。3.控制措施3.1 支护加强措施3.1.1 将超前小导管加密。原设计42×4mm超前小导管长3.0m，环向间距30cm，纵向排距180cm。将超前小导管纵向间距加密成120cm。增加超前支护刚度，减少初期支护与超前支护之间岩土厚度，控制开挖支护过程中围岩掉块或局部坍塌。3.1.2 将初期支

7、护型钢加强。原设计初期支护采用20b工字钢，间距60cm，c25纤维喷射混凝土厚26cm。将初期支护型钢加强为i25a工字钢，间距不变，c25纤维喷射混凝土厚31cm。由于变形原因主要为初支刚度偏弱，无法承受围岩应力导致钢架变形而引起整个初支结构收敛下沉。因此增加钢架刚度及喷射混凝土厚度能增强整个初支结构受力。3.1.3 将初支型钢整体连接加强，落脚受力面积增大。将型钢钢架拱脚采用i16工字钢纵向连接，增强初支结构整体受力能力；在型钢拱脚采用槽钢垫实，增大型钢落脚受力面积。控制初支结构下沉。3.1.4将初期支护锁脚加强。原设计在型钢连接每处施工两根25中空锚杆，长3.5米。将锁脚改为42

8、15;4mm锚管，在型钢连接每处施工四根，长度不变，并且从型钢脚两侧加焊钢构件耳朵中穿过，锁脚锚管下插角度控制在3040°，锁脚锚管与型钢用“7”型螺纹钢满焊连接。这样能增强锁脚刚度及受力能力。3.1.5 在设计基础上适当加大预留变形量，并且施工中加强监控量测，如果发现初支结构收敛沉降异常，及时在中台阶位置增加临时仰拱，临时仰拱采用20b工字钢，纵向间距0.6m，采用22螺纹钢纵向连接，并用厚26厘米c25喷射混凝土封闭。这样能对初支结构临时封闭成环，让其成为整体，能较好地控制初支结构变形。3.1.6 如局部初支结构变形开裂严重，应为该初支背后围岩挤压初支程度较大，可考虑径向小导管注

9、浆加固处理。采用42×4mm小导管，长3m，间距0.6×1.0m（纵*环，间距及长度可以根据实际情况调整）。注浆材料一般采用1：1水泥净浆。3.2 防排水加强措施针对高海拔软弱围岩，对施工最大影响是渗水。围岩遇水易变软；围岩有水在高寒地区发生冻融作用易導致初支结构下沉。因此，应加强对围岩渗水的处理及引排。首先，在初支背后安装盲管，将围岩裂隙水引入综合排水系统。其次如果初支结构出现较大渗水，可以采取径向小导管注浆止水，一般采用42×4mm小导管，间距及长度可以根据实际情况确定。注浆材料采用水泥、水玻璃双液浆。另外在高海拔环境下，综合排水系统必须采取保温措施，横向排水管采用保温管，中心排水管埋深必须深于本地区冻土深度，出水口作保温处理。通过这些堵排水措施将围岩渗水及时引入综合排水系统，尽量减少围岩冻胀作用，降低对隧道结构的影响。3.3 仰拱、二衬及时跟进在初支结构变形有效控制的情况下，加快仰拱、二衬的施工，及时封闭成环，保证安全步距。4.结论与建议通过上面采取的一系列措施，目前对扎果隧道软弱围岩段初支结构的变形控制已经取得了一定的效果，初支结构整体收敛沉降较少（从上台阶施工到仰拱施工完变形累计一般控制在30cm