白巖子隧道軟巖大變形施工技術(shù)

王超超

（中鐵二十四局集團有限公司，上海200071）

隨著中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入，西部地區(qū)鐵路運輸建設(shè)正經(jīng)歷著大闊步的發(fā)展速度。新建麗江至香格里拉鐵路位于云南省的西北部，線路連接大理至麗江鐵路，并通過該鐵路和廣大鐵路與成昆鐵路相連。麗香鐵路建設(shè)是推動滇西北旅游業(yè)發(fā)展的需要，將有效促進云南西北地區(qū)土地資源開發(fā)，發(fā)展沿線經(jīng)濟，促進少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟繁榮，鞏固區(qū)域扶貧成果，具有重要意義。

云南地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，構(gòu)造應(yīng)力大且為保證接線隧道設(shè)置埋深大，導(dǎo)致隧道修建過程中多出現(xiàn)大變形情況，嚴(yán)重威脅施工安全以及施工進度［1-2］，本文以新建麗香鐵路白巖子隧道軟巖大變形施工為工程背景，依據(jù)大變形破壞形式，對其大變形進行了分類。通過對比不同施工方式對大變形的抑制效果，提出了相對合理的大變形施工控制措施。

1 工程概況

白巖子隧道位于虎跳峽站與螺螄灣站段內(nèi)，進口端為D1K61+600，出口端為D1K65+683，隧道全長4 083 m。隧道最大深度約為680 m，隧道的進口部分為28.5‰（50 m）的上坡，其后依次為28.2‰（3 150 m）、21‰（350 m）、6‰（533 m）上坡。

截至2019年4月17日，掌子面施工至D1K62+800，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報資料及現(xiàn)場掌子面揭示，地層巖性為灰、灰黑色，薄層狀、弱風(fēng)化板巖夾炭質(zhì)板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，層面光滑，傾角平緩，結(jié)合差，發(fā)育條帶狀石英脈，存在軟弱夾層，巖體松馳破碎，遇水易軟，掌子面濕潤，圍巖穩(wěn)定性極差，圍巖級別為Ⅴ級。采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，臺階法施工。受軟巖大變形影響，初支開裂變形較為嚴(yán)重，其中D1K62+493處線路右側(cè)最大累計水平收斂已達(dá)760 mm（預(yù)留變形量400 mm）。自2018年以來，由于圍巖較差，初支收斂變形大，頻繁拆換拱，1月到7月該掌子面平均月進尺18 m（不足20 m），導(dǎo)致工期嚴(yán)重滯后。

2 白巖子隧道軟巖大變形施工控制措施

根據(jù)強度特征、泥質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)面特征和塑性變形特征的不同，按照上述特征差異［3］，結(jié)合產(chǎn)生大變形的機理，軟巖一般分為這四類：膨脹軟巖（低強度軟巖）、高地應(yīng)力軟巖、節(jié)理軟巖及復(fù)合軟巖［4-5］。依據(jù)白巖子隧道施工后揭示的地質(zhì)情況，將白巖子隧道大變形歸類為高地應(yīng)力作用下的軟弱節(jié)理圍巖引起的擠壓性大變形。

2.1 大變形ⅡA型襯砌斷面（I20b型鋼鋼架）

D1K62+420～D1K62+530段采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，全環(huán)采用I20b型鋼鋼架，間距0.5～0.6 m/榀，拱部采用組合中空錨桿，側(cè)壁采用φ22砂漿錨桿，長度均為4 m。大變形ⅡA型的襯砌斷面圖見圖1。

圖1 大變形ⅡA型襯砌斷面圖（I20 b型鋼鋼架）

在使用該參數(shù)施工后，局部變形得到控制，但后期徐變引起的變形對初支鋼架起拱線處影響較大，導(dǎo)致大段落的侵限拆換拱現(xiàn)象，初支侵限及拱架扭曲見圖2。

圖2 D1K62+487處初支變形侵限及鋼架扭曲

2.2 大變形ⅡA型襯砌斷面（I20 b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架）

D1K62+530～D1K62+560段采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌（雙層初支試驗段，I20b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架），間距0.5 m/榀，拱部采用組合中空錨桿，側(cè)壁采用φ22砂漿錨桿，長度均為4 m。大變形ⅡA型襯砌斷面見圖3。

圖3 大變形ⅡA型襯砌斷面圖（雙層初支試驗段，I20b型鋼鋼架+I18型鋼鋼架））

具體施工流程為：

1）先分3次施作3榀外層鋼架（遠(yuǎn)離斷面中心），即初噴混凝土，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，架設(shè)型鋼拱架，并鉆設(shè)超前錨管、鎖腳錨管及徑向錨桿復(fù)噴至設(shè)計厚度。

2）待3榀鋼架施工完畢后，施工第4榀外層鋼架。同時開始施工內(nèi)層鋼架（靠近斷面中心）。

3）待Ⅱ內(nèi)工序施工完畢后，以防斷面垮塌，及時施工第4榀外層支護噴混凝土作業(yè)。

4）待施工第4榀外層支護噴混凝土作業(yè)完畢后，及時施工第1榀內(nèi)層支護噴混凝土作業(yè)。

按照雙層初支鋼架施作后（外層全環(huán)架設(shè)I20b型鋼鋼架，內(nèi)層全環(huán)采用I18型鋼鋼架），初支收斂變形得到有效控制，其中D1K62+535～D1K62+555段收斂變形情況見圖4。

圖4 D1K62+535～D1K62+555段隧道水平收斂變形情況

根據(jù)監(jiān)控量測水平收斂曲線圖顯示，控制累計變形（30 d）在360 mm以內(nèi)，變形速率控制在5 mm/d以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期效果。雖然初期支護收斂變形得到有效控制，但施工工效低，施工進度緩慢，造價高。該施工方案工序循環(huán)耗時見表1。

表1 工序循環(huán)耗時情況一

2.3 大變形ⅡA型襯砌斷面（I25 b型鋼鋼架）

D1K62+560～D1K62+800段采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，全環(huán)用I25b型鋼鋼架，間距設(shè)置在0.6 m/榀，拱部用Φ25組合中空錨桿，長度4 m，側(cè)壁采用φ22早強砂漿長錨桿，長度6.5 m，大變形ⅡA型襯砌斷面見圖5。按照單層初支鋼架（I25b型鋼鋼架），同時邊墻系統(tǒng)錨桿采用Ф22早強砂漿長錨桿（6.5 m）施作后，初支收斂變形得到有效控制，其中D1K62+565～D1K62+580段收斂變形情況見圖6。

圖5 二次襯大變形ⅡA型襯砌鋼架圖（I25b型鋼鋼架）

根據(jù)監(jiān)控量測水平收斂曲線圖顯示，控制累計變形在360 mm以內(nèi)，變形速率控制在8 mm/d以內(nèi)，達(dá)到預(yù)期效果，工序循環(huán)耗時情況見表2。采用I25b型鋼鋼架，針對變形較大側(cè)增大預(yù)留變形量，邊墻采用Ф22早強砂漿長錨桿（6.5 m）措施，有效抑制初支變形，安全、質(zhì)量、進度顯著提升。

表2 工序循環(huán)耗時情況二

圖6 D1K62+565～D1K62+580段隧道水平收斂變形情況

3 經(jīng)濟性分析

1）采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，全環(huán)采用I20b型鋼鋼架，間距設(shè)置在0.6 m/榀。主要工程數(shù)量見表3，其工程數(shù)量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，每延米費用約為58 651元。

2）采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，全環(huán)采用I25b型鋼鋼架，間距設(shè)置在0.6 m/榀。主要工程數(shù)量見表4，其工程數(shù)量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，每延米費用約為63 125元。

3）采用大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌，全環(huán)設(shè)置雙層初支鋼架（外層全環(huán)架設(shè)I20b型鋼鋼架，內(nèi)層全環(huán)采用I18型鋼鋼架），間距0.5 m/榀。主要工程數(shù)量見表5，其工程數(shù)量套用合同清單Ⅴ級圍巖單價，費用約為82 905元/m。

表3 大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌（I20b型鋼鋼架）工程數(shù)量

表4 大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌（I25b型鋼鋼架）工程數(shù)量表

表5 大變形ⅡA型復(fù)合式襯砌（雙層初支鋼架）工程數(shù)量

根據(jù)以上支護參數(shù)工程數(shù)量計算費用，進行經(jīng)濟性對比分析，采用雙層初支鋼架雖然能有效抑制變形，但施工成本過高（較I20b型鋼鋼架增加費用24 254元/m）；而采用I25b型鋼鋼架既能有效抑制變形，又能合理控制投資（較I20b型鋼鋼架增加費用4 474元/m）。

4 結(jié) 語

本文以新建鐵路麗江到香格里拉線白巖子隧道軟巖大變形施工技術(shù)為研究背景，對比分析了不同支護條件下隧道大變形控制效果及造價，提出了相對合理的大變形施工控制措施，主要結(jié)論如下：

1）依據(jù)白巖子隧道施工后揭示地質(zhì)情況，將白巖子隧道大變形歸類為高地應(yīng)力作用下的軟弱節(jié)理圍巖引起的擠壓性大變形；

2）對比分析了I20b型鋼鋼架、I25b型鋼鋼架、雙層初支鋼架對隧道大變形控制效果，雙層初支鋼架抑制效果最好，I25b型鋼鋼架次之，I20b型鋼鋼架最差；

3）對比分析了I20b型鋼鋼架、I25b型鋼鋼架、雙層初支鋼架造價，以I20b型鋼鋼架施工費用為基礎(chǔ)，I25b型鋼鋼架較I20b型鋼鋼架增加費用4 474元/m，雙層初支鋼架較I20b型鋼鋼架費用增加了24 254元/m；

4）綜合對比分析，認(rèn)為I25b型鋼鋼架較為合理，既能有效抑制變形，又能合理控制投資。