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谈六盘山隧道软岩大变形段施工处理技术

1 ·工程简介
    青岛至兰州公路( 宁夏境) 东山坡至毛家沟高速公路六盘山隧道，全长9 490 m。项目区域地处泾源县境内，位于六盘山自然保护区试验区。六盘山主体为中山区，两侧为中低山丘陵区，地势上中间高两侧低。山体表层植被比较茂盛，进口海拔高程为2 075 m，1 号斜井高程为2 184 m。山顶大多呈圆顶形，山两侧被东西向及南北向沟谷切割，沟谷纵横，多呈“V”字形。本合同段表层主要为亚粘土、碎石土、粉砂质泥岩。隧址区内出露地层为白垩系、第三系，并有覆盖于基岩之上的第四系堆积层。
    不良地质主要为软质岩大变形和突涌水，六盘山隧道穿越地层岩性主要以中风化粉砂质泥岩为主，岩石风化不均，风化层厚度变化大，且埋深较大，加之区内存在高地应力现象，因此隧道深部软质岩存在大变形可能。本项目隧道穿越褶皱构造，层状砂岩岩体裂隙发育，在断层破碎带和富水带段，有突发涌水的可能。
    2 ·大变形概况及特征
    2013 年9 月3 日六盘山隧道进口左线ZK7 + 340 处发生大变形，掌子面里程为ZK7 + 354，地质情况为强风化粉砂质泥岩，节理裂隙较发育，薄层状构造，掌子面左侧有股状出水，围岩稳定性差，易坍塌。在掌子面爆破后，中台阶拱架开始发生突变，变形量达32 cm，并出现小型裂缝，发现情况后，马上将有关情况上报相关部门，并在变形段设立了加密观测点，4h 观测一次，截止2013 年9 月4 日上午， 24 h 变形量达8． 8 cm，最大变形达42 cm，见图1。
    3· 发生大变形的原因
    1) 初期支护强度不足。掌子面的地质条件为强风化粉砂质泥岩，薄层状构造，拱顶处含夹层，节理裂隙较发育，且掌子面拱顶左侧有股状水流出，地下水较发育。施工时未根据实际围岩情况调整支护参数，加强拱架刚度，仍采用原设计的Ⅰ16 的工字钢架，拱架间距1． 0 m，自稳能力差，再加上没有及时封闭成环，未形成一个受力椭圆结构，导致侧壁失稳。
    2) 地质岩性因素。隧道开挖破坏后方水系，在开挖时只有少量的滴漏水现象，前方开挖后爆破震动影响后方围岩的自稳能力，受F2 大断层影响，隧道穿越地段为褶皱构造，强风化粉砂质泥岩，岩体节理裂隙较发育，岩石强度低，较破碎，完整性差，含有夹层，开挖后岩体自承载能力差，ＲQD 不足50%。
    3) 地下水影响因素。隧道开挖掌子面地下水较发育，主要为孔隙水及裂隙水，拱顶右侧拱腰处有股状水流出。掌子面左侧围岩含水量大，隧道围岩地质为强风化粉砂质泥岩，节理杂乱无章，薄层状构造，自稳能力差。此类围岩遇水4 h ～ 6 h 后开始软化，自稳能力急剧下降，使围岩产生塑性变形，形成对左侧拱架的挤压力，由于压力超过工字钢的刚性强度，在拱架的铰接点处产生集中应力，造成拱架变形。
    4) 前方爆破影响。掌子面爆破扰动，前面掌子面进行爆破开挖，对原来的水系进行了破坏，爆破产生的能量通过岩体传递到中台阶处，对围岩产生二次扰动，加剧岩体压力变化，使拱架的变形由量变达到质变，破坏工字钢，造成突变。
    4· 大变形处理方案
    根据隧道施工的新奥法原理，隧道施工要充分利用围岩的自稳能力，形成一个封闭的受力结构。利用相应的技术措施如分部开挖，及时支护，及时成环; 使用加长锚杆，加固塑性围岩区等。常用的加固方法主要有:
    1) 注浆固结: 利用注浆小导管向破碎岩体中注入水泥浆液，使水泥浆液与破碎岩体结合为一体形成一个加固体，从而提高围岩整体性，减少地下水的不利影响。
    2) 注浆超前支护: 利用超前管棚进行注浆固结岩体，增强掌子面前方岩体的整体性，提高其力学性能，为保证其结构性能，常配合采用钢架、锚杆、喷射混凝土对岩体结构进行补强等。
    3) 加强支护参数: 采用更高强度的工字钢架进行支撑，加强锚杆和小导管等参数。
    4) 加强二次衬砌，采用加厚衬砌厚度，提高衬砌混凝土标号，并采用钢筋混凝土。为限制初期支护的变形不至于过大，要求尽快施作二次模注衬砌，使二次衬砌和初期支护共同承受围岩压力。
    针对本次隧道大变形特点，研究制定了如下处理措施与方法:
    1) 对左侧拱脚处加设L = 4 m 的注浆小导管，间距1 m × 1 m，对拱架背后岩体进行注浆固结，浆液采用水灰比为1∶ 1 的水泥砂浆，小导管注浆压力为0． 5 MPa ～ 1． 0 MPa，改善围岩，增加岩体强度和围岩的自稳能力，控制变形( 见图2) 。

    2) 对变形段应力集中点进行临时仰拱支撑( 见图3) ，间距为1 m，对应原来的拱架间距，并采用Ⅰ18 的工字钢，在适当的位置增加斜撑，支撑范围从发生变形的位置前后延伸5 m，使变形段拱架暂时封闭成环，分散岩体应力。
    3) 对变形段初期支护进行钻孔，找出水源集中点，进行放水泄压，减轻水压力对围岩的挤压。采用50 的风枪进行钻眼，在有水印的地方，50 cm 间距布置，钻眼深度为3 m，如某眼不出水，继续在相隔50 cm 的地方钻眼，直至眼内有水泻出，并观察此孔是否满流，如满流继续钻孔泄水( 见图4) 。

4) 对掌子面进行超前预注浆( 见图5) ，固结前方岩体，防止隧道在继续施工过程中再次发生大变形。注浆采用“深浅孔组合+ 后退式分段注浆”，外层注浆孔长度为20 m，内层注浆孔长度为30 m，注浆孔间距为1 m × 1 m，梅花形布置，外插角为5° ～ 25°，注浆材料为水泥浆，注浆压力为1． 5 MPa ～ 2． 5 MPa，按照“由外而内，从下到上”的原则进行。

    5) 对后期施工的围岩采用四级大变形支护参数进行施工，工字钢采用Ⅰ18，间距为70 cm，锚杆采用L = 6． 0 m 的中空注浆锚杆，间距为100 cm × 100 cm，二衬采用45 cm 厚的钢筋混凝土，加设超前小导管等加强参数进行施工，并采取分部开挖，及时封闭。
    5· 结语
    此次大变形处理是建立在对大变形原因分析，地质条件现场多次查勘，并进行现场试验，围岩收敛持续监控的基础上进行的，并邀请相关专家对处理方案进行了论证，在处理过程中进行了验证，能有效的控制软岩变形。
    通过实践证明，隧道发生大变形后要及时察看现场情况; 研究地层岩性及水文地质特点; 检查隧道软岩大变形对初期支护的损坏情况; 对围岩变形情况进行持续监控观测; 分析大变形可能的发展趋势; 及时采取施工措施能有效控制围岩变形，减少经济损失和次生灾害的发生。目前本隧道已安全通过此段软岩大变形段。

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点击次数：更新时间：2016-7-22 14:43:46 【打印此页】【关闭】

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