新蜀河隧道炭質(zhì)片巖變形段施工技術(shù)

茍耀輝

摘要：針對(duì)襄渝二線新蜀河單線鐵路隧道出現(xiàn)大段落炭質(zhì)片巖，引發(fā)大規(guī)模初期支護(hù)變形侵限，給施工帶來重大安全、工期挑戰(zhàn)。本文結(jié)合現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，總結(jié)了變形段施工技術(shù)控制措施，對(duì)類似工程具有一定的參考作用。

Abstract： The plentiful carbonaceous schist in Xinshuhe single track railway tunnel of the second Xiangyu line causes the large-scale primary support triggered massive invasion and brings major challenges for security and construction period. Combined with the on-site construction experience， this paper summarizes the technical control measures of the deformation period of construction to provide references for the similar projects.

關(guān)鍵詞：隧道；變形段；施工

Key words： tunnel；deformation section；construction

中圖分類號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）07-0160-02

0 引言

新蜀河隧道全長8989m，為襄渝二線胡安段第一長隧，是全線控制工程之一。受炭質(zhì)片巖軟弱地質(zhì)影響，初期支護(hù)變形量大且持續(xù)時(shí)間長，變形不宜收斂，極易引起初期支護(hù)變形侵限，在對(duì)初期支護(hù)拆換過程中易引發(fā)坍方造成人員傷亡等安全事故。因此，對(duì)變形段的施工技術(shù)控制就顯得尤為重要。本文以炭質(zhì)片巖變形基本認(rèn)識(shí)，施工過程中采取的主要施工技術(shù)措施及施工體會(huì)為切入點(diǎn)，闡述了新蜀河隧道變形段施工技術(shù)，為安全順利完成隧道施工提供了有力的技術(shù)保障。

1 工程項(xiàng)目基本情況

新蜀河隧道位于滬漢蓉通道胡家營至安康段陜西旬陽縣境內(nèi)，隧道全長8989m，為襄渝二線胡安段第一長隧道，是全線控制性工程之一。新蜀河隧道分4個(gè)工區(qū)組織施工，進(jìn)出口及2座斜井工區(qū)，自2005年10月進(jìn)場施工到2009年9月底建成通車，歷時(shí)4年。受炭質(zhì)片巖軟弱地質(zhì)影響，從DZK224+025至DZK226+378段2353m連續(xù)出現(xiàn)大變形，隧道初期支護(hù)施做后出現(xiàn)變形侵限嚴(yán)重，造成多次拆換，施工進(jìn)度緩慢，成本壓力很大，安全風(fēng)險(xiǎn)陡增。據(jù)統(tǒng)計(jì)共發(fā)生圍巖變化238次，原設(shè)計(jì)Ⅳ級(jí)圍巖長度1852m，變更為4317m；原設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)圍巖長度357m，變更為2057m。施工過程中幾乎Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖段均發(fā)生了不同程度的變形，尤其是Ⅴ級(jí)圍巖有水地段，水平收斂單側(cè)最大變形量達(dá)2250mm，下沉量達(dá)1900mm，且出現(xiàn)多次坍方，給工程帶來了很大困難。

2 對(duì)變形的基本認(rèn)識(shí)

新蜀河隧道炭質(zhì)片巖是沿片理面蠕消流變的弱質(zhì)巖。片理面蠕消受區(qū)域構(gòu)造擠壓，扭曲揉皺非常明顯，節(jié)理構(gòu)造面非常光滑，巖體不完整，c、？準(zhǔn)值大幅下降，從而在山體壓力作用下產(chǎn)生蠕消作用，是導(dǎo)致大變形的主要原因。變形具有流變特性，在初期支護(hù)約束下仍然發(fā)生變形，主要是巖石強(qiáng)度低、壓力大，地下水作用進(jìn)一步降低了c、？準(zhǔn)值，同時(shí)存在消動(dòng)面對(duì)流變有放大的作用。

其主要變形特征為：

①變形量大。隧道開挖支護(hù)后，日水平收斂變形30～50mm。如：DZK224+780處，10天累計(jì)變形量606mm，20天累計(jì)變形量936mm，最大變形達(dá)到1250mm，引起初期支護(hù)侵限及褶皺扭曲。如圖1、圖2所示。

②變形速率快。隨著隧道掘進(jìn)，上臺(tái)階開挖掌子面爆破、下臺(tái)階開挖及仰拱開挖等施工擾動(dòng)，加劇了初期支護(hù)變形速度。

③變形持續(xù)時(shí)間長。隧道開挖支護(hù)后變形趨勢一般經(jīng)過阻尼、勻速變形和加速變形三個(gè)階段，圍巖蠕變比較嚴(yán)重，持續(xù)很長時(shí)間，施作護(hù)拱后依然變形。

④變形分布不均勻和不對(duì)稱。從炭質(zhì)片巖段初期支護(hù)變形位移量值和破壞程度表明，不同地段變形持續(xù)特征不同，同一斷面上水平收斂明顯大于拱頂下沉，拱頂下沉一般在50mm左右，水平收斂一般大于500mm。局部段落達(dá)到1200m以上。且右側(cè)變形大于左側(cè)，呈不規(guī)則性。

⑤變形呈重復(fù)性、突發(fā)性特點(diǎn)。由于隧道初期支護(hù)持續(xù)收斂變形侵限，需反復(fù)對(duì)初期支護(hù)拱架，格柵進(jìn)行拆除，每次拆換后，變形依然很大，且變形加速，極易發(fā)生突變，造成圍巖失穩(wěn)坍塌。

3 采取的主要施工技術(shù)措施

3.1 優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

①加強(qiáng)超前支護(hù)措施：超前小導(dǎo)管產(chǎn)度由3m增長到4.5m，每循環(huán)均打設(shè)形成多重超前支護(hù)，環(huán)向間距由40cm縮小為30cm；②加強(qiáng)型鋼的鋼架間距，鋼架Ι20間距由60cm變?yōu)?0cm，并在接頭處每側(cè)增加4根鎖腳錨管；③單層鋼筋網(wǎng)增加為雙層鋼筋網(wǎng)；④采取了徑向補(bǔ)充注漿和深部注漿措施；⑤增設(shè)長錨桿，錨桿長度由3.0m增加為5～6m；⑥加大開挖預(yù)留沉落量及二襯斷面。

3.2 合理施工方法

按照軟巖隧道施工：“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的指導(dǎo)原則，合理選擇施工方法。

新蜀河隧道采用“三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法”施工，很好地解決了以下問題： （如圖3示意圖，圖4施工圖）

①臺(tái)階法能及早提供成環(huán)的條件，給快支、快封閉打下了基礎(chǔ)；②臨時(shí)仰拱有效的解決了圍巖突變問題；③施工中在臨時(shí)仰拱約束下，先施工正式仰拱，后拆除臨時(shí)仰拱，使初期支護(hù)未發(fā)生突變或較大變形下，形成了封閉結(jié)構(gòu)，大大減小了變形量；④可盡早實(shí)現(xiàn)二次襯砌，體現(xiàn)強(qiáng)支理念，大大減小了初期支護(hù)局部變形侵限的拆換工作量，有利于進(jìn)度，有利于成本。

3.3 嚴(yán)格掌距管理

為方便和滿足施工所需工作條件，上中下三臺(tái)階長度嚴(yán)格控制在5m以內(nèi)，形成超短臺(tái)階作業(yè)。在每步臺(tái)階底部采用鋼架加鎖腳錨桿，以補(bǔ)強(qiáng)拱腳的穩(wěn)定性，嚴(yán)格控制步長，在主要變形位置增設(shè)橫撐（起拱線、大跨）。

正臺(tái)階施工，在起拱線部位增設(shè)臨時(shí)仰拱，采用工20型鋼按照鋼拱架的間距設(shè)置，灌注C20砼厚度32cm。

3.4 針對(duì)隧道變形的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，增加了預(yù)留變形量，由設(shè)計(jì)的15cm增加到30cm，根據(jù)右側(cè)變形大的特點(diǎn)，又對(duì)右側(cè)加大預(yù)留變形量到45cm。

4 結(jié)束語

綜上，經(jīng)過對(duì)新蜀河隧道炭質(zhì)片巖的初步接觸到在施工中逐步認(rèn)識(shí)和摸索，對(duì)炭質(zhì)片巖的形成機(jī)理和變形特征有了一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)和直觀的印象。在施工中根據(jù)炭質(zhì)片巖的變形特點(diǎn)，不斷優(yōu)化施工組織和改變施工方案，逐步在摸索中形成了解決炭質(zhì)片巖有效的施工方案。

經(jīng)監(jiān)控量測資料顯示：采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，隧道水平收斂明顯小于拱頂下沉，施做臨時(shí)仰拱后水平收斂值日均不到10mm較原收斂值減小了三分之二，工程措施效果明顯。大大降低了初期支護(hù)拆換和坍方的危險(xiǎn)，成功的解決了炭質(zhì)片巖這種地質(zhì)隧道的施工難題。

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