復(fù)雜地質(zhì)隧道軟弱圍巖變形支護(hù)及監(jiān)測(cè)技術(shù)

摘? 要：云屯堡隧道地形地質(zhì)條件復(fù)雜，施工中出現(xiàn)多處大變形，基于此本文以云屯堡隧道工程為例，針對(duì)變形過(guò)大問(wèn)題，通過(guò)采取合理的施工方案，對(duì)變形進(jìn)行有效控制，同時(shí)做好變形監(jiān)測(cè)工作，確保變形處于可控范圍之內(nèi)，以此保障施工安全，同時(shí)為類(lèi)似工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道;軟弱圍巖;支護(hù);變形監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U456.33? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2019）05-0000-00

0引言

西南地區(qū)地形具有切割強(qiáng)烈、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地質(zhì)活動(dòng)活躍、地震作用顯著等特點(diǎn)，巖性條件極為軟弱破碎[1]，易形成高應(yīng)力、高地震烈度等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。由于地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，在隧道軟弱圍巖施工中，極易發(fā)生大變形，因此對(duì)工程進(jìn)展帶來(lái)較大的困難。

本文結(jié)合成蘭鐵路云屯堡隧道5#橫洞工區(qū)軟弱圍巖大變形地段，對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的變形原因進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)變形特點(diǎn)，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)以及變形控制，保證隧道的穩(wěn)定性與安全性[2]。

1工程概況

云屯堡隧道位于四川省境內(nèi)，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，出現(xiàn)了典型的“四極三高”特征。該隧道線路上的巖體大多是軟弱破碎板巖、炭質(zhì)板巖、千枚巖等，由于該地區(qū)巖層構(gòu)造比較復(fù)雜，地質(zhì)活躍，很容易出現(xiàn)擠壓變形、揉皺變形，巖性較差，因此其為Ⅱ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道。在隧道施工過(guò)程中，出現(xiàn)了多處大變形現(xiàn)象，且各處變形類(lèi)型不相同。

2軟弱圍巖變形段施工技術(shù)

2.1變形原因

云屯堡隧道位于龍門(mén)山斷裂褶皺帶與甘孜松潘褶皺帶的復(fù)合部位，所處地形比較特殊[3]，軟硬互層狀地層巖體極為破碎，具有“三高、四極、五復(fù)雜”的特征。在施工中受到人為因素與環(huán)境因素的影響，很容易因?yàn)槭艿綌D壓而出現(xiàn)較大變形。

2.2施工方案

對(duì)于隧道變形的處理方案，施工中堅(jiān)持“控制變形”為前提，“優(yōu)化輪廓、分步預(yù)留、錨撐結(jié)合、快速封閉、動(dòng)態(tài)調(diào)整”為基本原則[4]。

（1）對(duì)于微型、中型變形，主要采取優(yōu)化洞形，強(qiáng)化措施，保護(hù)圍巖的原則進(jìn)行控制。

（2）對(duì)于大變形地段，應(yīng)該采取多層支護(hù)，分層施作的原則進(jìn)行控制。在支護(hù)施工中，錨桿的選擇可以使用長(zhǎng)短結(jié)合的方式，待混凝土噴射完成，要及時(shí)制作錨桿，并進(jìn)行施工操作;另外，采取分步預(yù)留的方式對(duì)變形量進(jìn)行預(yù)留。

（3）在隧道施工過(guò)程中，應(yīng)該遵循仰拱先行的原則，注意仰拱的填充不能與仰拱混凝土同時(shí)灌注，不能留設(shè)縱向施工縫。待基底清理干凈才可以進(jìn)行仰拱及底板的施工。

3大變形處理原則

3.1預(yù)留變形量

隧道內(nèi)輪廓不變，開(kāi)挖輪廓線邊墻曲率加大，設(shè)計(jì)預(yù)留20～25cm變形量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際圍巖變形情況，5#橫洞工區(qū)的大小里程調(diào)整預(yù)留變形量為30cm。

3.2開(kāi)挖

采用臺(tái)階法加臨時(shí)仰拱施工，分上、下兩臺(tái)階及仰拱開(kāi)挖，及時(shí)封閉成環(huán)狀，如圖1所示。上臺(tái)階開(kāi)挖至仰拱初支封閉成環(huán)不應(yīng)該超過(guò)12d。

Ⅴ級(jí)圍巖，上臺(tái)階每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺≤1鋼架間距，邊墻每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺≤2鋼架間距（嚴(yán)禁左、右側(cè)對(duì)稱開(kāi)挖），仰拱開(kāi)挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺≦3m，仰拱開(kāi)挖且封閉距離掌子面≦35m。二次襯砌應(yīng)及時(shí)施工，二次襯砌距離掌子面的距離≦于70m。

開(kāi)挖臺(tái)階上臺(tái)階高度：（1）Ⅴ級(jí)復(fù)合加強(qiáng)4.5m;（2）錨段4.5～4.95m;下臺(tái)階高度：（1）中部4.42m;（2）兩側(cè)開(kāi)挖至鋼架C單元底部5.42m;仰拱高度2.53m。

3.3初期支護(hù)

3.3.1超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)

拱部施作φ42超前小導(dǎo)管，間距0.4m×3.0m（環(huán)向×縱向），每根長(zhǎng)4.5m，注水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。

3.3.2 H175型鋼鋼架支護(hù)

（1）鋼架架設(shè)時(shí)可利用系統(tǒng)錨桿作為定位錨桿，縱向間距60cm/榀。相鄰鋼架之間采用呈“Z”形布置的φ22鋼筋縱向連接，設(shè)于鋼架內(nèi)側(cè)（靠二次襯砌側(cè)）。為了提高穩(wěn)定性，要求鋼筋錯(cuò)頭搭接。另外，臺(tái)階底部鋼架縱向墊設(shè)槽鋼，以此保證鋼架的穩(wěn)定性與安全性。

（2）采用洞內(nèi)組裝，安裝時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整單元長(zhǎng)度，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整接頭位置。但是要注意的是不得將鋼架接頭設(shè)置在拱頂，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行鋼架焊接及螺栓連接。每榀鋼架之間使用螺栓進(jìn)行連接，拱腳、邊墻腳設(shè)置墊槽鋼。

（3）型鋼鋼架與初噴混凝土之間接觸緊密無(wú)空隙。如有空隙，應(yīng)該采用混凝土墊塊進(jìn)行楔緊，每一榀鋼架按照15處設(shè)置，每一處放置一塊1號(hào)墊與兩塊2號(hào)墊塊，施工過(guò)程中可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整其數(shù)量與位置。

3.3.3 鋼筋網(wǎng)

拱墻采用φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cm×20cm。

3.3.4 邊墻系統(tǒng)錨桿

拱部施作長(zhǎng)4.0m的Φ22組合中空注漿錨桿，邊墻施作的Φ32自進(jìn)式錨桿，間距1.2m×1.0m（環(huán)向×縱向），采用錨桿鉆機(jī)鉆孔。

3.3.5 鎖腳錨桿

在鋼架拱腳及墻腳位置，施作8根φ42鎖腳錨管，每根長(zhǎng)度為4.5m，注水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。施工過(guò)程中鎖腳錨桿的設(shè)置角度和方向應(yīng)結(jié)合巖層傾角及走向、節(jié)理發(fā)育方向等確定。一般情況下，當(dāng)圍巖壓力以垂直壓力為主時(shí)，建議增大α角度;當(dāng)圍巖壓力以水平壓力為主時(shí)，建議減小α角度。鋼架腳必須放在牢固的基礎(chǔ)上。當(dāng)不能利用時(shí)應(yīng)另行設(shè)置φ22定位筋，定位筋長(zhǎng)1.0m，按環(huán)向間距2.0m布置。

3.3.6 噴射混凝土

采用C30噴射混凝土，拱墻噴射厚度為27cm，仰拱噴射厚度為25cm。

4 監(jiān)控量測(cè)

4.1隧道圍巖收斂變形

通過(guò)全站儀監(jiān)測(cè)隧道圍巖收斂變形數(shù)值，監(jiān)測(cè)圍巖及支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)變化。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

4.1.1測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

測(cè)點(diǎn)由基座和反射膜片組成，基座由5cm×5cm鋼板和φ16mm的鋼筋焊接而成。開(kāi)挖完成后，將基座固定于初期支護(hù)上或錨固在巖壁上，并在基座上粘貼反射膜片。

4.1.2 數(shù)據(jù)采集

全站儀用于數(shù)據(jù)采集。首先在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置全站儀，使其能夠看到測(cè)點(diǎn)，然后將測(cè)點(diǎn)中心調(diào)平，測(cè)量收斂水平線兩端的相對(duì)坐標(biāo)（XA、ya、ZA）和（XB、Yb、ZB）。

4.2隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)隧道拱頂下沉量的監(jiān)測(cè)好額數(shù)據(jù)分析，可以看到隧道圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的力學(xué)變化，從而判斷隧道的安全性和穩(wěn)定性。

4.2.1 測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

測(cè)點(diǎn)埋設(shè)方法與隧道圍巖收斂變形中的埋設(shè)方法相同，其中基座換成5cm鋼板及φ<22mm的鋼筋焊接而成。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集

在測(cè)量埋設(shè)完成以后，將全站儀架設(shè)在合適的位置上，并且對(duì)中整平，然后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量任務(wù)，將后視基點(diǎn)命名為1，則可以測(cè)出與之對(duì)應(yīng)的高程Z1，然后再前視，得到斷面拱頂反射片，獲得與之對(duì)應(yīng)的會(huì)高程Z0，那么斷面拱頂反射片中心的高程：H=H1+Z0-Z1。

4.3量測(cè)斷面布置

在同一個(gè)斷面上，分別布置拱頂沉降、水平收斂變形量測(cè)點(diǎn)，布置見(jiàn)表1。

注：按每5m一個(gè)斷面

4.4監(jiān)控量測(cè)頻率

圍巖拱頂沉降、水平收斂變形采用相同的量測(cè)頻率（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2）。在實(shí)際的施工中，量測(cè)頻率要結(jié)合變形速度和開(kāi)挖面距離來(lái)合理選擇。大變形地段的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)加大，必要時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.5信息反饋

根據(jù)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出圍巖量測(cè)的相關(guān)信息，接著進(jìn)行隧道安全性評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定工程施工方案。

5結(jié)語(yǔ)

云屯堡隧道通過(guò)實(shí)施大變形綜合控制措施，以斷面D6K234+380為例，通過(guò)壓力盒檢測(cè)圍巖與初支接觸面壓力明顯減小，拱頂總累計(jì)收斂569.4mm，上臺(tái)階總累計(jì)收斂766.9mm，下臺(tái)階總累計(jì)收斂428.9mm，收斂數(shù)值趨于穩(wěn)定。通過(guò)斷面儀檢測(cè)，符合要求，因此隧道大變形得到了有效的控制。

（1）隧道極易發(fā)生大變形且難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，將云屯堡隧道大變形處理段納入動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)管理，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

（2）鑒于隧道地應(yīng)力復(fù)雜多變，應(yīng)增加地應(yīng)力測(cè)試及結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)，并開(kāi)展相關(guān)理論分析工作，為大變形段處理措施提供相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)開(kāi)展大變形段的變形和受力監(jiān)測(cè)工作，并建立長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1]徐飛，張偉，石少帥，等.強(qiáng)震區(qū)千枚巖隧道塌方預(yù)報(bào)、成因機(jī)制及關(guān)鍵治理技術(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2016（12）：28-32.

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收稿日期：2019-08-10

作者簡(jiǎn)介：王鐵（1984—），男，河北霸州人，本科，工程師，研究方向：隧道工程施工技術(shù)管理。

Deformation Support and Monitoring Technology of Soft Surrounding Rock in Complex Geological Tunnel

WANG Tie

（China Railway 16th Bureau Group Second Engineering Co.Ltd.，Tianjin? 300000）

Abstract：Yuntunpu tunnel has complex topographical and geological conditions and many large deformations in construction. Based on this， this paper takes yuntunpu tunnel project as an example， aiming at the problem of large deformation， through taking a reasonable construction scheme， effectively control the deformation， and at the same time， do a good job in deformation monitoring to ensure that the deformation is within the controllable range， so as to ensure the construction safety and provide for similar engineering applications Reference resources.

Keywords：tunnel; weak surrounding rock; support; deformation monitoring