山嶺重丘區(qū)高應力軟巖大變形隧道施工技術

唐江虎

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

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山嶺重丘區(qū)高應力軟巖大變形隧道施工技術

唐江虎

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

以貴州某高速公路隧道為例進行分析，該隧道施工中出現(xiàn)了多處大變形，造成了高風險施工，加大施工難度。在通過支護參數(shù)的調(diào)整、變形預留量的加大和微臺階施工工藝等措施進行處理以后，大變形現(xiàn)象得到了有效控制。

山嶺重丘區(qū)高應力；軟巖；大變形；隧道施工

1 工程概況

某隧道工程全長4 875.78 m，起訖里程為DK356+080～DK385+089，其中的V級軟巖為3 856.44 m。隧道洞身穿過地層位于云貴高原西部特提斯構(gòu)造域和東部瀕太平洋構(gòu)造域的交接地帶，主要為幾種板巖，第一是灰?guī)r；第二是志留系中；第三是炭質(zhì)千枚巖夾板巖；第四是上千枚巖夾板巖。在實際工程中，大變形發(fā)生在了初期支護時，其為580 mm以上的變形量，下沉最大拱頂為783 mm，而最大水平收斂為793.82 mm。同時，長大段的支護拆換多次出現(xiàn)在斜井工區(qū)和進口，導致單口施工進度不到55 m，給工程施工帶來了很大難度。

2 圍巖特點和變形特征

該隧道圍巖為兩種顏色的炭質(zhì)千枚巖，第一是深灰色；第二是黑色，其具有光澤的表面，手感光滑，觸摸后會留下污痕。在挖開之后發(fā)現(xiàn)，其渣土大多屬于呈碎塊狀，風化速度較快。同時，開挖面具有較大收斂變形，在拱頂和開挖面有坍塌掉塊情況發(fā)生。通過分析發(fā)現(xiàn)，其支護具有很明顯的擠壓性變形情況，皮薄和開裂的情況不同程度的產(chǎn)生在支護混凝土表面，更有一定的變形扭曲情況出現(xiàn)在鋼架上。

在我國隧道施工中，山嶺重丘區(qū)高應力軟巖大變形隧道相對多見，其施工技術方面也有很多值得探索的地方。根據(jù)相關資料可知，隧道進口距離大約為DK356+785～DK356+815的施工段中，其洞內(nèi)水平收斂量和拱頂下沉數(shù)據(jù)如表1所示，其中包括幾個方面的內(nèi)容，第一是該段最大沉降速率為85.3 mm/d；第二是最大收斂速率為52.31 mm/d；第三是累計最大拱頂下沉量為586.7 mm；第四是累計最大水平收斂量為482.5 mm。通過對隧道水平收斂和縱向累計沉降量的分析可以說明，其區(qū)段變形相對較大。同時，其中還具有較大的收斂波動，可能與地下水的實際情況、巖層的產(chǎn)狀和支護參數(shù)有直接關系，但其并不受下沉的影響。

通常情況下，掌子面開挖后下沉比較大的是最初幾天，隨后逐漸變小；加大最為明顯的是開挖中下臺階時；變形量在仰拱開挖之前，其每天產(chǎn)生的差別很??；下沉速度較快的是仰拱開挖時；仰拱封閉以后呈減小趨勢，但下沉并沒有完全終止。同時，收斂變形和下沉有很大相似度，在初期支護封閉以前，下沉和收斂平均每天為16～28 mm之間。在中下臺階開挖以后，鋼架接長懸空狀況長時間形成，其每天還會產(chǎn)生25～38 mm左右的變形；在仰拱開挖時，懸空狀態(tài)再次出現(xiàn)在鋼架接長，變形也會再一次較大產(chǎn)生；當仰拱封閉成環(huán)后，變形的減緩情況很明顯產(chǎn)生，但并未完全終止。另外，當二次襯砌實施到一些地段以后，開裂變形現(xiàn)象也常有發(fā)生。在經(jīng)過對該隧道的變形情況進行分析以后，發(fā)現(xiàn)其具有幾個明顯的特征，第一是變形量大；第二是變形速率高；第三是變形持續(xù)時間長。

表1 DK356+785～DK356+815段量測結(jié)果

3 變形控制技術

3.1 支護參數(shù)的優(yōu)化

首先，合理調(diào)整支護參數(shù)，并將120b型鋼的原設計進行適當調(diào)整，一般選擇為H175型鋼，其間距仍然保持為50 cm；其次，將原計劃中的鎖腳錨桿改為自進式錨桿，其長度大約為6 m。

3.2 變形量的加大預留

根據(jù)工程需求，預留變形量的最初設計為30 cm,經(jīng)過多方面的分析以后，決定將其調(diào)整至45 cm，而局部滲水地段要加大到85 cm。

3.3 調(diào)整施工工藝

在原計劃中，準備使用平行作業(yè)法進行三臺階開挖，但基于每個臺階相對較長的情況，使得從掌子面開挖到仰拱封閉大約需要32～36 m，并且，需要持續(xù)的時間為52 d左右。而從開挖到二次襯砌澆筑混凝土的時間來看，其大約需要63 d。同時，基于并未完全終止收斂和下沉，且發(fā)展還在持續(xù)中，其會導致變形量超出標準范圍內(nèi)的預留量，會直接影響到二次襯砌范圍，必須合理拆換支護，以保證施工過程的安全性。在經(jīng)過施工單位的相關調(diào)查和分析以后，施工人員決定使用單工序作業(yè)方式，先合理縮短臺階的長度，并壓縮仰拱封閉的時間，控制在22 d以內(nèi)最佳，仰拱到開挖面的距離也進行了相應的縮短，由原來的32～36 m，縮短到22～26 m以內(nèi)。

3.4 自進式長錨桿鎖腳

基于該段斷面較大、圍巖軟弱的情況，如果使用普通鎖腳錨管，隧道拱角的穩(wěn)定性可能會無法有效保證。因此，可以采用自進式錨桿錨進行替換，選擇長度為6 m的規(guī)格，其應用效果將會明顯提高。

3.5 施工工藝質(zhì)量控制

為了確保施工的順利進行，各個施工工藝的質(zhì)量保證是必須嚴格強調(diào)的，其主要包括幾個方面的內(nèi)容，第一是鋼架的安裝；第二是接長質(zhì)量的有效保證；第三是錨桿的鎖腳工序；第四是鎖固錨桿的質(zhì)量保證；第五是鋼架底腳的處理；第六是注漿質(zhì)量；第七是混凝土澆筑的厚度；第八是混凝土強度等，必須確保每個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。基于該段施工的變形特點，在支護參數(shù)優(yōu)化和施工工藝調(diào)整以后，對后續(xù)進行了相應時間段的觀察。其中，收斂和下沉已經(jīng)受到了有效的控制，解決了拆換拱的情況，且明顯加快了施工進度。

4 結(jié)束語

總而言之，在本文的隧道工程中，大變形情況出現(xiàn)在了初期支護，并產(chǎn)生了一系列的后續(xù)情況，如鋼架扭曲和鋼架拆換頻繁的問題，對施工進度造成了嚴重影響。在經(jīng)過對施工實際情況的分析以后，對支護形式、參數(shù)，以及施工工藝進行了有效調(diào)整，并應用微臺階施工技術，對仰拱封閉時間和距離進行了有效控制，控制了大變形現(xiàn)象。

[1] 劉臻.劉家溝隧道山嶺重丘區(qū)高應力軟巖大變形施工控制技術[J].交通世界(中旬刊),2016,(11):68-69.

[2] 劉文剛.新蓮隧道山嶺重丘區(qū)高應力軟巖大變形施工技術研究[J].建筑工程技術與設計,2016,(5):373-373,598.

2017-04-28

唐江虎(1974-)，男，湖南岳陽人，高級工程師，研究方向：高速公路道路與橋梁施工技術管理。

U455

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1008-3383(2017)05-0151-02