試論蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施

唐紹武

摘要：在蘭渝鐵路實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的情況，其特征體現(xiàn)在多方面，包括了松散型大變形、擠壓型大變形等。值得注意的是，為了提高該工程隧道施工的質(zhì)量，有必要在充分了解、剖析其大變形特征的基礎(chǔ)上，實施有針對性的施工控制措施。本文便重點圍繞“蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征及施工控制措施”進行研究，以期提高該工程施工的質(zhì)量及安全性。

Abstract： During the actual construction of the Lanzhou-Chongqing Railway， it was found that there was a large deformation in the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway. The characteristics of large deformation are reflected in many aspects， including loose large deformation and extrusion large deformation. It is worth noting that in order to improve the quality of tunnel construction， it is necessary to implement targeted construction control measures based on the full understanding and analysis of its large deformation characteristics. This paper focuses on the "large deformation characteristics and construction control measures of the Muzhailing Tunnel of Lanzhou-Chongqing Railway" to improve the quality and safety of the construction.

關(guān)鍵詞：蘭渝鐵路木寨嶺;大變形特征;施工控制措施;質(zhì)量;安全性

Key words： Lanzhou-Chongqing Railway Muzhailing;large deformation characteristics;construction control measures;quality;safety

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0132-03

0 ?引言

隧道大變形，影響隧道施工的順利、有序進行，并且在未能采取有效控制措施的情況下，還會嚴(yán)重影響隧道施工的質(zhì)量及運營期間的安全性。在蘭渝鐵路施工建設(shè)期間，發(fā)現(xiàn)存在大變形的問題，此問題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了施工的質(zhì)量、進度及安全性。所以，需充分了解其產(chǎn)生大變形的原因，進一步實施有效的改進措施[1]，比如優(yōu)化施工工藝，采取先進的現(xiàn)代化施工技術(shù)等?？傊瑸榱颂m渝鐵路木寨嶺隧道工程施工質(zhì)量及安全性的提高，對其大變形特征及施工控制措施進行研究具備一定的價值意義。

1 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道工程簡述

蘭渝鐵路木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鄉(xiāng)漳河西岸，止于岷縣梅川鎮(zhèn)素子溝內(nèi)楊家臺村，線路基本呈北向南走向，橫跨漳縣與岷縣;左線進口里程DK173+320，出口里程DK192+370，全程長為19050m;右線進口里程DyK173+321.5，出口里程Dy192+390，全長19068.5m，隧道深埋最大約為600m。隧道巖性包括按時代由新到老分別包括了第四系、第三系、二疊系，巖性以礫巖、泥巖夾砂巖為主等等[2-3]。存在節(jié)理裂隙及揉皺等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象發(fā)育，遭遇構(gòu)造的影響，巖體存在破碎的明顯特征，或富含地下水，前期地質(zhì)勘查預(yù)測最大涌水量是正常涌水量的3倍。該工程存在隧道大變形的問題，主要表現(xiàn)為松散型大變形與擠壓型大變形。

2 ?蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形特征分析

在上述工程簡述中，蘭渝鐵路木寨嶺隧道存在大變形的問題，此問題的出現(xiàn)將會影響施工的進度、質(zhì)量及安全性。因此，有必要對其產(chǎn)生大變形的特征進行深入分析研究。下面從本工程隧道大變形的基本特點、類型兩方面進行闡述，具體包括：

2.1 隧道大變形基本特點

在隧道修建過程中，發(fā)現(xiàn)蘭渝鐵路木寨嶺隧道2號、3號、5號、6號以及7號斜井都發(fā)生了圍巖大變形的問題，其存在的水平收斂變形較為突出，在變形量上非常大，且變形的發(fā)展速度非?？?。在變形初始階段，混凝土表面發(fā)生了開裂的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為環(huán)向裂縫及縱向裂縫，且發(fā)生了支護結(jié)構(gòu)內(nèi)鼓及拱架扭曲的問題。

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，變形主要表現(xiàn)為噴射混凝土表面開裂，考慮到變形能夠得到有效遏制，項目部門針對斜井變形段落實施了應(yīng)急處理措施，使得變形問題得到一定程度的緩解，但是累計變形值依舊較大，部分區(qū)域發(fā)生了變形量持續(xù)增加，出現(xiàn)初支噴射混凝土脫落及拱架扭曲變形等問題;與此同時，一些地段因為變形速率較大，最大每天可達到600mm，累積變形量非常大，因此針對此段采取了二次套拱及拆換拱的解決方案[4]。

此外，以7號斜井為例，其發(fā)生隧道變形范圍最大，經(jīng)歷的時間最長，其變形范圍從洞口30m附近起大約有300m，變形位置拱架扭曲，噴混凝土開裂，有環(huán)向裂縫與縱向裂縫兩種，針對變形段采取了二次套拱的發(fā)生，使得變形得到有效控制。

根據(jù)工程實際情況，雖然采取一定的控制措施，使得變形得到有效控制，但是考慮到后續(xù)施工的質(zhì)量及安全性能夠得到有效保障，有必要分析大變形的類型及相關(guān)原因，以此為進一步控制措施方案的明確提供客觀、科學(xué)的依據(jù)。

2.2 隧道大變形類型

本隧道工程大變形的類型有兩大類，即：松散型大變形與擠壓型大變形，具體表現(xiàn)為：

①松散型大變形。從松散型大變形的特征分析，于掌子面開挖的數(shù)日時間中，變形表現(xiàn)為連續(xù)變大，給予有效支護方案后，變形速率得到有效減緩，但在大概一個月之后，變形發(fā)生突變的現(xiàn)象，其突變發(fā)生的變形量較大。通過分析可知，基于高地應(yīng)力條件下，發(fā)生跳躍式增長變形問題，且此問題和隧道圍巖存在關(guān)聯(lián)系，主要是軟弱圍巖會發(fā)生松動圈，且非高地應(yīng)力自身會對圍巖形成擠壓型變形。綜合考慮，對于松散型大變形，需加強支護結(jié)構(gòu)的剛度及密貼性，并在施工期間加強監(jiān)測，以此使大變形問題得到有效解決[5]。

②擠壓型大變形。從擠壓型大變形的特征分析，基于掌子面開挖一段時間之后，變形持續(xù)平緩增長，變形速率在受到臺階施工的影響下，會引發(fā)變大的情況，但是變形主要表現(xiàn)為收斂穩(wěn)定。研究分析，主要是基于高地應(yīng)力條件下，軟巖及破碎巖體的強度難以承受隧道開挖引發(fā)的應(yīng)力集中，進一步出現(xiàn)塑性剪切滑移，最終使圍巖變形現(xiàn)象非常顯著。綜合考慮，針對擠壓型大變形，需加強對高地應(yīng)力大變形地區(qū)的分析研究，做好工程拆換及防護工作。

3 ?相關(guān)施工控制措施的實施探究

經(jīng)實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致隧道大變形的原因和地質(zhì)條件、巖性情況、支護參數(shù)、地下水以及施工工藝等因素密切相關(guān)。為了改進隧道大變形，進一步提高施工的質(zhì)量及安全性，便有必要采取有效的控制措施?？偨Y(jié)起來，包括：

3.1 施工原則

結(jié)合上述分析，同時根據(jù)本工程隧道施工的實踐經(jīng)驗，對于大變形隧道，需遵循的基本施工原則為：一方面，做好支護的強化作業(yè)，及時進行封閉作業(yè)，并確保初期支護一次性到位，避免拆換。另一方面，對于二次支護，需在適宜的時間段進行，使變形控制高效、安全、經(jīng)濟。此外，掌握現(xiàn)代化施工工藝要求，充分落實科學(xué)的施工技術(shù)要點，確保施工的質(zhì)量及安全性得到最大化的提升。

3.2 施工工藝要求

在本工程隧道大變形施工過程中，需掌握必要的施工工藝要求，總結(jié)起來包括：

①對斷面曲率加以優(yōu)化，其結(jié)構(gòu)形式需統(tǒng)一，均選擇圓形或者近圓形，見圖4。

②對于變形段仰拱與鋪底施工，避免半幅施工，對于大坡度有軌斜井底部開挖與噴射混凝土施工，適合使用臺階法，使結(jié)構(gòu)沿斜面形成的滑移得到有效控制[6-7]。

③在發(fā)生大變形之后，需及時采取臨時支撐措施，且于支撐加固之后，需針對兩側(cè)采取初支后進行注漿加固作業(yè)，使初支結(jié)構(gòu)和地層的聯(lián)結(jié)力得到有效增強，見圖5。

④對于容易引發(fā)比較大的變形段，基于開挖過程中，需預(yù)留足夠的變形量，并預(yù)留二次支護空間，使施工需要的隧道凈空要求得到有效保障，對于其預(yù)留量，需結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，進一步加以明確。

⑤以臺階法施工作為導(dǎo)向，開挖作業(yè)完成之后，及時進行初噴作業(yè)，分級、適時進行深孔錨桿、錨索及多層支護，在施工過程中，需結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進行嚴(yán)格施工。

⑥針對變形段，需設(shè)置初支仰拱鋼架，并和上部拱墻鋼架封閉成環(huán)。

⑦對工藝控制加以規(guī)范，按照施工作業(yè)規(guī)范嚴(yán)格操作濕噴作業(yè)，并對工序加以優(yōu)化，嚴(yán)格控制爆破，使混凝土質(zhì)量得到有效保障，進一步確保支護的強度。

⑧為了確保結(jié)構(gòu)工藝水平的提高，需保證初期支護一次到位，針對大變形控制難度大的情況下，可采取變形預(yù)留的方法，并通過量測將結(jié)果反饋，利用支護分層及分次作業(yè)，確保支護可以對變形得到有效的控制[8]。

⑨對鋼架縱向連接進行強化，使初支結(jié)構(gòu)整體承載能力得到有效提升，使鋼架局部扭曲得到有效避免。

3.3 技術(shù)實施要點

在隧道大變形控制過程中，相關(guān)技術(shù)實施要點包括：

①結(jié)合監(jiān)測信息反饋，對變形控制標(biāo)準(zhǔn)加以確定，將二次支護空間預(yù)留下來，并分次進行二次支護，確保變形得到有效控制。

②對二次襯砌的厚度進行加大，使后期變形得到有效控制;由于軟巖段變形存在變形時間長的特點，考慮到二次襯砌可以有效抵抗后期變形，將二次襯砌厚度適當(dāng)增加，避免二次襯砌強度不足及開裂的現(xiàn)象的發(fā)生。

③結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，結(jié)合支護參數(shù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等，對成果進行分析，并對施工參數(shù)及時優(yōu)化，針對變形很難控制的地段，基于施工過程中遵循“先放后抗”的原則，使施工的安全性得到有效保證;進一步結(jié)合監(jiān)測信息的優(yōu)化，對后續(xù)施工給予支持，確保施工的連續(xù)性。

④為了使鋼架抗扭性能得到有效強化，可采取H型鋼替代工字鋼;對鋼架節(jié)點強度進行強化，確保螺栓連接強度不比鋼架自身強度低，進一步利用鎖腳錨桿加固鋼架連接板處。此外，通過早強噴射混凝土初期強度發(fā)展快速的特點，使隧道變形速度得以控制。

4 ?結(jié)語

通過本文的研究，認(rèn)識到蘭渝鐵路木寨嶺隧道大變形問題較為突出，主要的大變形類型包括松散型大變形和擠壓型大變形。為了提高施工的質(zhì)量及安全性，便需采取有效施工措施，處理大變形問題。一方面，需了解隧道大變形的特征及產(chǎn)生的原因;另一方面，掌握施工工藝手段以及變形控制技術(shù)方法等。總之，相信通過隧道大變形控制措施的實施，能夠使隧道大變形得到有效控制，進一步為該工程施工整體質(zhì)量及安全性的增強奠定扎實的基礎(chǔ)。

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